基于ANSYS某轉(zhuǎn)向液壓三通管接頭流體分析

王曉， 楊立榮， 郭帥，梁文倩， 劉智云

(泰安航天特種車有限公司，山東泰安 271000)

0 引言

液壓系統(tǒng)中的管接頭是液壓系統(tǒng)中基本的零部件，管接頭布置對液壓系統(tǒng)中的壓力及流速變化存在一定影響，而液壓油在管路的流動過程中，尤其是通過三通管接頭時，其壓力及流速均會發(fā)生變化，本文作者結(jié)合某實(shí)際項目，對特種汽車轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)中某部位的三通管接頭進(jìn)行流體分析，以對后續(xù)的設(shè)計及系統(tǒng)分析提供思路。

1 液壓系統(tǒng)的工作原理

油源部分液壓原理圖如圖1所示。

圖1 油源部分液壓原理

某特種汽車因其使用要求的特殊性，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)采用主泵及應(yīng)急泵應(yīng)急合流的方式。主泵由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，應(yīng)急泵采用分動箱驅(qū)動。車輛正常工作時，由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)向主泵向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，分動箱驅(qū)動的應(yīng)急泵通過應(yīng)急控制閥回液壓油箱；當(dāng)發(fā)動機(jī)因故障熄火或轉(zhuǎn)向主泵存在故障時及轉(zhuǎn)向主泵流量低不足以滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時，由分動箱驅(qū)動的應(yīng)急泵向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍能正常工作，從而使車輛行駛安全。在此液壓系統(tǒng)中，主泵及應(yīng)急泵管路合流位置使用三通關(guān)接頭進(jìn)行合流，以向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力源，當(dāng)液壓油通過三通接頭時，主泵油路中的液壓油與應(yīng)急泵油路中的液壓油的流體運(yùn)動會產(chǎn)生一定的影響。

2 三通管接頭建模分析

該處液壓管接頭采用通徑20 mm的T型三通管接頭，接頭長100 mm，高度為50 mm，為方便模型簡化，在有限元模型中采用圓柱體進(jìn)行建模處理。根據(jù)實(shí)際情況與經(jīng)驗(yàn)值，T型三通接頭兩端為主泵進(jìn)油及應(yīng)急泵進(jìn)油，中間油口向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)供油，其流速均為2 m/s,出油口壓力為10 MPa，液壓油介質(zhì)為10號航空液壓油。

在ANSYS中建立起CFD模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并設(shè)定好邊界條件，共劃分230 930個網(wǎng)格，如圖2所示。

圖2 三通接頭有限元模型

在ANSYS軟件中設(shè)置材料屬性，將材料屬性設(shè)置為10號航空液壓油，密度為850 kg/m3，動力黏度為0.085 kg·s/m2，如圖3所示，設(shè)置出口壓力為10 MPa，T型管接頭兩端進(jìn)口流速為2 m/s后進(jìn)行仿真分析。

圖3 參數(shù)設(shè)定圖

經(jīng)仿真分析計算，計算分析結(jié)果如圖4—圖6所示。

圖4 迭代計算曲線

圖5 三通接頭壓力分布云圖

圖6 三通接頭速度矢量云圖

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，三通接頭作為合流使用時，其壓力變化不大，壓力波動范圍在9.93～10.2 MPa，壓力變化比較小，對液壓系統(tǒng)影響較小，可以忽略不計。三通接頭在流速方面有一些變化，考慮到實(shí)際三通接頭存在圓角，模型處理時存在一定偏差，但整體趨勢可以體現(xiàn)三通接頭實(shí)際流速情況，在三通接頭出油端流速較大，在兩端進(jìn)油口流速會有所降低(最低流速在1 m/s左右，遠(yuǎn)小于雷諾數(shù)[5])，但對于實(shí)際工程應(yīng)用來講，采用三通接頭形式進(jìn)行管路連接對轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用影響不大。

3 結(jié)束語

結(jié)合ANSYS有限元進(jìn)行液壓三通管接頭進(jìn)行流體分析，可以對常見的液壓管路管接頭內(nèi)部流體內(nèi)壓力及流速變化進(jìn)行分析，對實(shí)際工程應(yīng)用可以提供數(shù)據(jù)支持及理論依據(jù)；對某特種汽車轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)中所用的三通管接頭進(jìn)行流體分析，可以看出，該位置所選用的三通液壓管接頭滿足實(shí)際工程使用需要。