液壓多路閥設(shè)計(jì)及有限元分析

錢(qián)老紅

摘要：就液壓多路閥來(lái)說(shuō)，其是現(xiàn)代機(jī)械領(lǐng)域液壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，也是最常見(jiàn)的控制部件種類，對(duì)應(yīng)的性能直接對(duì)機(jī)械裝備的精廢程度和使用效率造成直接影響。從臨床當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看，其多路閥的閥體和主閥芯等部件均存在尺寸較小，加工密度較低的情況，導(dǎo)致相關(guān)器械產(chǎn)品的壓力損傷較大，在進(jìn)行機(jī)械操作的過(guò)程中，容易出現(xiàn)操縱力不達(dá)標(biāo)的情況，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。本研究則在此基礎(chǔ)上，將Pro/E軟件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行裝配，將有限元仿真軟件ANSYS進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)主閥芯通孔和油路展開(kāi)劃分，以網(wǎng)格劃分為主，促進(jìn)載荷的增加，并進(jìn)行約束，促進(jìn)其強(qiáng)度和剛度力學(xué)特征性云圖的出現(xiàn)，并提出液壓多路閥的進(jìn)一步改進(jìn)措施，保證促進(jìn)工作性能的有效提高。

關(guān)鍵詞：液壓多路閥;設(shè)計(jì);有限元;分析

液壓多路閥在現(xiàn)代機(jī)械裝備中的應(yīng)用范圍較廣，包括裝載機(jī)鏟斗的升降，及其承重大小等，均是尤液壓多路閥所決定的。在此過(guò)程中，保證將設(shè)計(jì)與制作技術(shù)進(jìn)行提高，促進(jìn)性能更好的閥體制作，是現(xiàn)代液壓領(lǐng)域中的一大難題，一個(gè)好的多路閥可促進(jìn)工程機(jī)械工作效率的有效提高，促進(jìn)單位內(nèi)工作效率，并有效縮短工期。從目前發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)液壓多路閥的發(fā)展速度較快，但是到今天為止，依然難以制作出性能較強(qiáng)的多路閥液壓系統(tǒng)，因此對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有的液壓多路閥進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)是很有必要的。本研究則在此基礎(chǔ)上，對(duì)某型液壓多路閥展開(kāi)改進(jìn)設(shè)計(jì)，并將Pro/E進(jìn)行應(yīng)用，促進(jìn)多路閥實(shí)體建模，并通過(guò)對(duì)有限元仿真軟件的應(yīng)用，對(duì)主芯通孔和多路閥油路進(jìn)行力學(xué)性能分析，從而促進(jìn)液壓多路改進(jìn)設(shè)計(jì)方案可行性的增加，進(jìn)一步提出改善策略。

1液壓多路閥

在實(shí)際發(fā)展中，不同工程對(duì)液壓多路閥的使用情況不同，其中液壓多路閥的油路結(jié)構(gòu)也存在一定的差異性，其主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）并聯(lián)油路液壓多路換向閥，在單個(gè)閥門(mén)間，可促進(jìn)油路并聯(lián)，對(duì)滑閥進(jìn)行獨(dú)自控制。多路閥內(nèi)的油道壓力較大，通常與結(jié)構(gòu)中負(fù)載最小的機(jī)構(gòu)連接并相關(guān)。

（2）串聯(lián)油路液壓多路換向閥。各單個(gè)的閥門(mén)間通過(guò)油路被進(jìn)行串聯(lián)，在同時(shí)對(duì)個(gè)滑閥進(jìn)行操作時(shí)，其所連接的所有負(fù)載機(jī)構(gòu)可同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

（3）分片式多路換向閥。在對(duì)多路閥進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，每個(gè)不同的滑閥及其他零件可分別進(jìn)行制造，并將螺釘進(jìn)行應(yīng)用，形成固件裝配形成整體。閥體在通過(guò)鑄造后，其對(duì)應(yīng)的工藝較為簡(jiǎn)單，具有較高的品質(zhì)，而且在其中一片閥體出現(xiàn)故障時(shí)，并不會(huì)影響其他閥體的正常運(yùn)行[1]。

（4）整體式多路換向閥。滑閥和其他液壓零件均被裝配在同一個(gè)閥體內(nèi)，在將其進(jìn)行具體應(yīng)用時(shí)，不僅具有固定數(shù)量的滑閥和滑閥機(jī)能，而且其結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，具有較好的密封性，對(duì)應(yīng)的體積較小，質(zhì)量較輕，可有效減輕雅鹿損傷。

本次研究設(shè)計(jì)的液壓多路閥是一種大流量，高壓力的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，以分片式液壓多路閥為主，主要被應(yīng)用在挖掘機(jī)，農(nóng)用拖拉裝載機(jī)，鉆機(jī)和裝卸機(jī)等制造中，主要依靠主閥芯的位置變化對(duì)閥體內(nèi)液壓油的流向和壓力進(jìn)行改變，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載機(jī)構(gòu)的控制，保證其可實(shí)現(xiàn)提升，旋轉(zhuǎn)，輔助等作用。具體如下圖1所示。

在閥芯處于中間位置時(shí)，液壓油會(huì)流過(guò)通油路，隨后回到液壓油箱中。在啟動(dòng)控制閥芯時(shí)，閥芯便會(huì)展開(kāi)運(yùn)動(dòng)。液壓泵與連接的執(zhí)行器可通過(guò)精通溝槽進(jìn)行有效連接，并且此連接形成雙向性[2]。與此同時(shí)，旁通油路可通過(guò)精通溝槽進(jìn)行節(jié)流。在液壓泵的壓力比執(zhí)行器的壓力大時(shí)，液壓油可通過(guò)向單個(gè)閥進(jìn)入到執(zhí)行器中，此閥工作流程可被分為兩種，分別為全覆蓋中位，精確控制范圍和最終形成。其所對(duì)應(yīng)的范圍控制主要與主閥芯的控制范圍相關(guān)，其主閥芯的移動(dòng)控制準(zhǔn)確性更高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有負(fù)載更精準(zhǔn)的控制。

2多路閥閥體有限元分析

2.1主閥芯通孔的力學(xué)分析

就材料屬性來(lái)說(shuō)，在對(duì)單元類型進(jìn)行設(shè)定后，液壓多路閥使用的是灰鑄鐵，其所對(duì)應(yīng)的彈性模量為130GPa，對(duì)應(yīng)的泊松比則為0.25，將彈性模量值設(shè)置為1.3×106，泊松比輸入為0.25。

閥體劃分網(wǎng)絡(luò)，可得到閥體具有多個(gè)微小單元。在計(jì)算求解后，可得出相關(guān)數(shù)據(jù)?；虻玫较鄳?yīng)的結(jié)果后，對(duì)液壓多路閥的整體力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)評(píng)，可得出X，Y和Z[3]。

2.2液壓油路力學(xué)強(qiáng)度分析

就液壓多路閥閥體來(lái)說(shuō)，其中承壓力最大的為液壓油路和主閥芯的通孔，對(duì)液壓油路展開(kāi)力學(xué)特性的分析，其中所采用的材料為灰鑄鐵，對(duì)應(yīng)的彈性模量為130GPa，泊松比為0.25.選擇4個(gè)連接孔對(duì)其進(jìn)行約束，對(duì)應(yīng)的多路閥油路施加載荷為1000N，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，并對(duì)各個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行查看。

2.3結(jié)果分析

在進(jìn)行分析后，可看到在約束孔邊緣附近存在紅色，主要因?yàn)槠錇榘肫式Y(jié)構(gòu)，實(shí)際生產(chǎn)中并不存在，因此，不給予考慮。此外，主閥芯通孔所承受的最大力為兩孔末端，因此建議對(duì)末端形狀進(jìn)行改進(jìn)，促進(jìn)內(nèi)凹角度的增加，并對(duì)閥體的形變進(jìn)行有效緩解。在進(jìn)行應(yīng)力圖觀察后，發(fā)現(xiàn)閥體表現(xiàn)出輕微的向內(nèi)彎曲變形情況，但并不會(huì)對(duì)主閥芯通孔的形狀造成影響[4]。此外，在閥體油路的X，Y，Z方向上，X方向的受力最大處為油路拐角位置，油路拐角和油路轉(zhuǎn)彎處的光滑程度對(duì)受力的強(qiáng)弱影響較大。因此，多路閥油路需要進(jìn)行圓角處理，促進(jìn)油路的更滑，并將盈利對(duì)閥體的影響進(jìn)行降低。最后，壓力損傷屬于液壓多路閥的穩(wěn)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)，在流量越大的情況下，其對(duì)應(yīng)的壓力損傷越小，多路閥對(duì)應(yīng)的性能和質(zhì)量也就越好。

結(jié)論：本文主要以某液壓多路閥為例，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過(guò)進(jìn)行三維建模和進(jìn)行有限元仿真，對(duì)主閥芯瞳孔和油路進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，給予其載荷，促進(jìn)強(qiáng)度和剛度的則加，并對(duì)力學(xué)特性進(jìn)行分析，對(duì)其液壓多路閥的進(jìn)一步改進(jìn)進(jìn)行提出，促進(jìn)其工作性能的有效提高。其中明確兩主閥芯通孔末端所承受的應(yīng)力最大，在將通孔末端形狀進(jìn)行改善后，可促進(jìn)一定角度向內(nèi)輕微凹陷情況的發(fā)生，可促進(jìn)應(yīng)力抵抗能力的增強(qiáng)，并將閥體的形變程度進(jìn)行緩解，將液壓多路閥油路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)等更加流暢后，可將應(yīng)力對(duì)液壓油路的影響降到最低。

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