周瑞強，蘇乃權，蔡業(yè)彬，黃崇林，喬東凱

（廣東石油化工學院機電工程學院，廣東茂名525000）

專論綜述

陶瓷磚機閥口與孔道研究綜述

周瑞強，蘇乃權，蔡業(yè)彬，黃崇林，喬東凱

（廣東石油化工學院機電工程學院，廣東茂名525000）

二通插裝閥、集成塊和充液閥作為磚壓機中液壓系統(tǒng)中重要基礎元件。插裝閥閥芯的運動特性、集成塊內部孔道能量損失和充液閥通流能力直接關系到磚壓機能量損耗、快速性和穩(wěn)定性。因此，對閥口與孔道的通流能力提出更高的要求。分析了插裝閥、充液閥、集成塊國內外研究現(xiàn)狀及其研究方法，展望閥口與孔道的研究方向和待解決的問題。

磚壓機；液壓閥；集成塊孔道；研究現(xiàn)狀

陶瓷磚壓機是生產陶瓷磚最關鍵的設備，是集機、電、液、計算機控制技術和陶瓷工藝技術相結合的現(xiàn)代高技術生產設備[1]。陶瓷磚壓機有以下特點[2]：1）設備已經大型化；2）可方便調節(jié)和控制壓力、速度、保壓時間等參數(shù)，達到工藝要求；3）工作過程中施加的作用力為靜壓力，所以磚壓機工作平穩(wěn)，對磚坯的壓制成型有利。

插裝閥、充液閥及集成塊作為液壓系統(tǒng)中的基礎元件，閥芯運動特性、充液閥啟閉特性和集成塊過流面的能耗影響壓機各方面的性能[3]。

二通插裝閥結構簡單、性能可靠、流動阻力小、通油能力大、動態(tài)響應快和易于實現(xiàn)集成化等特點，是材料成形裝備、尤其是大型液壓機動力系統(tǒng)的重要元件[4]。其SolidWorks三維模型如圖1所示。

圖1 插裝閥的組成

在陶瓷磚壓機液壓系統(tǒng)中，設計充液閥的目的主要是在設計的過程中避免選用大流量泵，達到動梁在空載下運行速度較快，提高陶瓷磚壓機工作效率[6]。壓磚機中通流量最大的閥是充液閥，充液閥啟閉特性影響到壓機效率。油箱的油液通過充液閥大量流入主缸上腔填充其不足，實現(xiàn)活動橫梁的快速下降。當活動橫梁回程時，打開充液閥油缸上腔的油液通過充液閥迅速排入油箱，以實現(xiàn)活動橫梁的快速上升[2]。如圖2為充液閥模型。

圖2 充液閥模型

液壓集成塊作為液壓系統(tǒng)的關鍵部件，具有結構緊湊、元件密度高、占據空間小，維護、安裝、調整和更換液壓元件方便等優(yōu)點[7，8]。液壓集成塊在液壓系統(tǒng)中主要是利用集成塊內的孔道代替液壓油管，簡化連接的復雜性，降低沿程壓力的損耗。同時方便安裝，便安裝更加合理[9]。

陶瓷磚壓機中管道的布置比較復雜，在設計集成塊的管道過程中，孔道處交叉、非直角轉向、并帶有加工過程的刀尖和工藝孔。這些因素影響到磚壓機的能量損耗。如圖3為集成塊模型。

圖3 集成塊模型

1 國內外研究現(xiàn)狀

隨著國內陶瓷磚壓機企業(yè)對壓機的技術創(chuàng)新高度重視，使得壓機在國產化的發(fā)展上取得長足的進步。在引進國外的先進技術，與此同時結合自身產品的特點，發(fā)展自己的特色，使國產磚壓機在國內的占有率不斷地提高，開始向國外出口[10-12]。

（1）液壓閥內部流場的研究現(xiàn)狀

國內學者高殿榮等利用有限元分析方法，對液壓錐閥的內部流場的變化情況進行仿真分析，得出錐閥流場的分布情況[13，14]。趙永杰等采用流體力學CFD軟件對流體在大流量液壓錐閥內部的流場進行仿真模擬，分析開度與通流量之間的聯(lián)系[15]。

插裝閥內部流場的研究方面，利用仿真軟件進行了深入的研究，得到了大量的研究成果，這些研究成果運用到實踐中去，取得較好的結果。如：龐積偉等建立插裝閥的數(shù)學建模，并對閥的動態(tài)特性研究[16-18]；郭劍波針對位移反饋數(shù)字液壓閥進行了數(shù)學建模[19]。李亞星等針對不同結構的插裝閥閥芯和閥套進行研究[20]。邵森寅為了進一步了解插裝式順序閥閥芯在不同的過流量下的受力情況，建立閥芯力學動態(tài)平衡方程和閥口流量平衡方程[21]。周慶申對壓機的研究，發(fā)現(xiàn)二通插裝閥運動特性[22]。Backe教授等開展了插裝閥啟閉特性的研究，得到了控制壓力，彈簧剛度，阻尼網絡，流量大小等因素對啟閉時間的影響等一系列結果[23]。N.D.Vaughan等針對滑閥的層流的變化情況和錐閥在不同開度下液動力的變化情況利用有限差分法進行研究[24-27]。

針對閥芯的啟閉過程的液動力、過流量與閥開度的關系[28]，浙大流體傳動控制國家重點實驗室對滑閥在不同的開度下的研究，發(fā)現(xiàn)滑閥液動力的變化過程，流入節(jié)流槽時液動力數(shù)值不大，在閥口開度的中間段，液動力方向使閥口趨于打開，在小開口和大開口區(qū)段，液動力使閥口趨于關閉[29]。

Roger Yang模擬滑閥內部流場和穩(wěn)態(tài)液動力[30]。Qinghui Yuan等通過對滑閥液動力的分析，提高滑閥開啟的快速和降低磁鐵能耗，給出了對滑閥閥芯與閥腔的修改意見[31]；Norense Okungbowa針對滑閥的穩(wěn)態(tài)液動力過大的問題，通過仿真軟件對其內部流場進行模擬計算，提出了對滑閥過流面的結構改進方法[32]。R.Amirante提出環(huán)形槽和補償口的方法[33]。

（2）充液閥多相流研究

葉松君為了對現(xiàn)有的充液閥進一步的優(yōu)化，利用能量法對閥的啟閉特性進行分析與模擬研究，給出了合理的優(yōu)化依據[26]。徐根濤在對液壓油管工作中出現(xiàn)在的發(fā)熱問題以及充液閥的泄漏問題，對磚壓機液壓系統(tǒng)的工作原理、是否泄漏、結構及受力進行分析[27]。

S bernad[34]等針對錐閥閥腔內出現(xiàn)的氣蝕現(xiàn)象，對其內部流場的分布情況與流動狀況進行模擬仿真，并分析了在單相與多相的流動現(xiàn)象對閥的過流量的影響。余志毅等在SIMPLEC算法基礎上提出了一種氣液兩相流的壓力修正算法[35]。劉趙淼等通過對彎管內氣體與液體兩相流和截面空隙率的研究，發(fā)現(xiàn)氣體向管內側靠攏[36]。

（3）集成塊過流面研究現(xiàn)狀

高衛(wèi)國為了達到對集成塊高效設計，提高液壓集成塊設計過程和結果的可適應性為目標，系統(tǒng)地研究了液壓集成塊的可適應設計過程建模、快速設計原型軟件系統(tǒng)等關鍵技術問題[37]。邢志偉等分析液壓集成塊設計過程及加工工藝過程的基礎上，建立孔道優(yōu)化設計的數(shù)學模型[38]。賈春強等針對集成塊的設計規(guī)律，在此基礎上提出一種融合現(xiàn)代智能優(yōu)化理論和工程設計經驗的集成塊優(yōu)化方法[39]。謝國慶等針對集成塊在加工過程中的工藝孔對通流過程的沿程壓力損失，利用CFD方法進行模擬仿真，得出流道的壓力云圖及速度云圖[40]。黎旭等集成塊的模塊規(guī)劃模型，通過引入概念模塊、輔助功能集等概念，闡明了模塊橫、縱系列化的本質，并以之為基礎，提出了一套廣義模塊化設計方法[41]。張宏等應用計算流體動力學方法對液壓集成塊內部典型流道流場進行了模擬研究，快速設計了過流面的位置。分析了液流在流道中渦旋產生的位置及大小[42]。

2 總結與展望

（1）通過了解閥及集成塊的流場分布情況，對閥與集成塊結構進行優(yōu)化以達到提高磚壓機運行快速性、穩(wěn)定性和降低能耗目的。

（2）充液閥上腔充液油箱液面上氣壓壓力的變化情況需要氣壓測試，得到的實驗數(shù)據可以進一步設置充液閥的進出口壓差，為仿真優(yōu)化提供更加準確的依據。

（3）研究二通插裝閥液動力時，利用動網格技術來進行插裝閥的動態(tài)特性研究，分析閥芯打開時間、瞬態(tài)壓力和液動力的變化過程，可以結合FLUENT與AMESim聯(lián)合仿真，運用UDF動網格進行動態(tài)仿真。

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The Research Summary of Ceramic Brick Machine Valve Port and Channel

ZHOU Rui-qiang，SU Nai-quan，CAI Ye-bin，HUANG Chong-lin，QIAO Dong-kai
（School of Electro-mechanical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming Guangdong 525000，China）

Two-way cartridge valve，liquid valve and integrated block is important element in ceramic tile press hydraulic system.Movement characteristics of two-way cartridge valve core，liquid flow ability of prefill valve and energy loss of manifold blocks internal channel directly affect the energy consumption，rapidity and stability of ceramic tile press.Therefore，we put forward the higher requirement to the flow ability of valve port and channel.This paper mainly analyzes the home and abroad research status and methods about the cartridge valve，prefill valve and manifold blocks.And then we look forward to the research direction and the problems to be solved of valve port and channel.

ceramic tile press；hydraulic valve；manifold blocks internal channel；research status

O351

A

1672-545X（2017）06-0047-03

2017-03-11

廣東省科技計劃項目（2014A010106033）；廣東石油化工學院青年基金項目（513090）；廣東省橡塑材料制備與加工工程技研究中心（2015B090903083）；茂名市科技計劃（643613）

周瑞強（1960-），男，廣東茂名人，講師，本科，研究方向為機械設計。