液控单向阀是云梯车液压支架上的主要控制调节组件之一   中山古镇云梯车出租, 中山古镇云梯车, 中山云梯车出租    采用计算流体力学的方法对大流量球形液控单向阀不同工况下的气穴现象进行仿真，然后通过做实验来验证仿真的正确性，通过分析各类工况的运行参数和阀芯上的受力情况得出气穴产生的机理。为了尽可能准确的对这些参数进行仿真，作者把它们分为雷诺数和气穴参数两大类。由于阀芯在仿真有气穴和没有气穴时的表现差异较大，作者特地对作用在阀芯上的力进行了详细的分析，并得出在没有气穴时阀芯上各种力的增长都很缓慢这一结论，需要在设计时考虑到气穴的影响。采用计算流体力学比较电液控比例换向阀与国外一款公称流量和工作压力分别为450L/min和42MPa的手动换向阀正常工作时候的压力损失，使用流场仿真软件FLUENT对电液控比例换向阀的流场进行仿真并通过试验验证，发现电液控比例换向阀较手动换向阀压力损失更小，仿真与实验压力损失相差5%左右。最后提出一种较为较为简便的阀体流道改进方法，该方法可减少近35%的压力损失，且使用范围更广更接近普通换向阀的结构。通过实验与理论分析研究了振动对各类液压阀的影响，通过对比不同振动频率下阀工作性能的变化，分析相应连接阀元件的软管振动对液压系统的影响，提出振动对液压系统性能影响的危害性，并建议建立关于振动频率的标准。他还认为应该采取必要的措施来减缓振动对液压元件的影响，且这些措施应当满足对温度、空间、防止工作液体腐蚀等要求。针对一款不锈钢液控单向阀的密封问题进行了研究，该阀的特殊之处是其使用环境为低温环境，通过将阀座与阀体采用金属密封且使表面粗糙度达到100nm以内，测试得出在一定工作次数内泄漏随着压力的增大线性增大，且在这个过程中伴随微小的变形，超过该范围后基本不再增长亦不在发生形变，并对该结果做出一定的分析，为后续的研究工作提供支持。采用计算流体力学分析了平面型液控单向阀内弹簧特性与阀芯所受液动力的关系，发现该型液控单向阀的工作性能由阀芯上弹簧的刚度决定，并提出由弹簧压缩量来设计大流量、小压降液控单向阀的最优方法，通过分析进回液口流量与压力的关系，认为液控单向阀阀芯弹簧的选用应依照正向开启压力1MPa时弹簧的压缩量来确定。采用计算流体力学对插装式电磁换向阀随着流量增大导致液动力增大打破阀芯受力平衡这一问题进行分析，对阀芯的三维流场进行仿真，提出一种根据该三维模型计算流体压力和黏性阻力的算法，并通过实验来验证。此外，还提出在阀体开开设整体式流道来减小液动力，这种创造性的办法使得在原有弹簧或者电磁铁作用4下提升45%左右的流量。等人使用计算流体力学对不同结构阀芯表面的受力情况进行分析，并得出各力的具体数值。作者还通过实验对阀芯表面的力进行测试，通过与理论分析结果进行对比发现与理论分析结果较为吻合，说明作者采用的分析方法恰当。此外，作者还额外发现通过增加进回液口流道可以缓解液动力对阀芯的影响，减小阀芯的工作阻力。分别从理论分析和实验观察的角度对不同结构液压阀阀芯的流场进行研究，作者采用流场可视化技术和PIV技术测试不同结构的阀芯在同等条件下产生的压降。通过理论分析和实验验证，作者发现液压阀采用同轴结构时液压阀的压力损失最小，而且液压阀的流量系数随阀芯的结构变化而变化，阀芯结构越复杂越容易引起流体分流和旋涡。分别对滑阀的流场进行仿真，并将二者的仿真结果结合起来计算滑阀受到的液动力。通过对滑阀表面上的压力和速度进行积分，同时忽略瞬态液动力对滑阀的影响，作者算出了稳定流场状态下的滑阀液动力。认为不合理的阀芯结构是影响液压阀压力损失、灵敏度、开启时间等参数的重要因素，作者通过实验发现对液压阀进行结构优化后可以降低阀芯轴向受到的各类阻力，从而改善液压阀的动态特性。指出计算流体动力学在计算液压阀压力损失、找出能量损失结构部位等方面具有独特的优势，利用CFD方法可以实现液压阀的现代化设计，使得液压阀的设计和优化过程可视性更强，提高了研发人员的工作效率和工作积极性。最后，通过测试试验中不同液压阀优化前后的压力损失来得出优化后的液压阀动态性能变化情况，试验结果与作者提出的理论相差不大，验证了作者CFD理论的正确性。

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     用功率键合图法和状态空间法建立了由该阀组成的液压支架卸载系统数学模型，编制了仿真模型。结合试验和仿真结果，对影响液压支架卸载性能的因素进行了分析，认为立柱在卸载前处于高5负载状态，液控单向阀突然开启使得系统流动参数和阀结构参数收到影响，造成阀口频繁开启。此外他还提出一些减小液压支架卸载冲击的措施，如采用新的液压系统、在大阀芯开启前降低封闭容腔容积、选择适当的控制活塞阻尼孔等办法。以FDY480/50阀为研究对象，应用AMEsim软件建立了立柱的卸载模型，通过仿真分析得出立柱降柱时产生压力冲击和振动的影响因素主要有：液控单向阀控制口阻尼孔、立柱活塞直径、立柱活塞杆、阀芯半锥角、供液管路直径、顶梁刚度，并通过仿真得出各参数对立柱影响最小的最优尺寸。还应用软件ANSYS/FLUENT从阀芯半锥角、阀座结构、阀芯开口度等角度对液控单向阀的二维流场进行仿真，根据仿真结果得出乳化液在液控单向阀内的压力、速度分布规律，并从流场的角度分析阀芯产生冲击和振动的原因。最后从立柱下降时高压乳化液能量传递的角度分析了液控单向阀产生振动冲击的原因。主要对一款流量为480L/min的液控单向阀进行流场和流固耦合分析，先用流场分析软件ANSYS/FLUENT对液控单向阀的三维流场进行数值模拟，对乳化液在阀道内的流动状态、压力分布进行分析，找出容易发生气穴和噪声的部位；然后使用Workbench对乳化液与阀芯、阀体进行流固耦合计算，分析乳化液与阀体材料、结构间的相互耦合关系。液控单向阀反向打开时容易发生故障，此时大小阀芯上的应力最大，大阀芯最大应力发生在阀芯尾端，阀体最大应力发生在阀套出液口处；发现反向开启时控制腔的控制压力为19.1MPa，控制杆卸压槽处的速度最大达到658.2m/s，极易发6生磨损，应当采用耐磨材料。在“大流量液控单向阀防冲击技术研究”一文中通过梳理立柱高压大流量乳化液在缸体、液控单向阀、管路中的传递过程，来分析支架降柱冲击的产生机理，并提出设置节流孔、二级卸载、提高控制压力、在控制活塞腔的外接管路上设置单向阻尼环节、杆封可以减缓冲击和振动，最后针对一款流量320L/min的液控单向阀进行杆封改进后做实验发现最大冲击由61.6MPa降低至39MPa，效果显著。运用FLUENT软件对一款单级卸荷液控单向阀的流场进行仿真，得出液控单向阀流场的压力、速度分布云图，通过分析作者发现乳化液在节流口处时容易出现负压而产生气穴，而且流体在各个通油孔中的流动状态也不相同。并对阀芯所受的稳态液动力进行计算，得出的液动力变化曲线，通过对比发现当阀芯开度不大时计算值同仿真值之间的差值不大，但是当开度增大后差值变大，作者认为是由于计算过程中没有将径向分力计算在内造成的。作者还使用AMEsim对立柱卸载时的液压系统进行仿真，着重对液控单向阀的动态特性进行分析，作者通过对比控制口不同直径下液控单向阀的动态特性表现认为合理设计控制口结构和直径可以缓解液控单向阀的振动和冲击。此外，作者还得出液控单向阀在正向导通的过程中还会产生振动这一结论，而无论是现有期刊还是井下实际工作中都没有发现相关记载，该结论的正确性有待商榷。通过对一款液控单向阀的控制杆进行受力分析来阀芯的振动机理，并根据分析结论提出阻尼减振、先导泄压、振源消除三种措施来缓解阀芯振动，最后分析了各种方法的优劣。作者还搭建了液控单向阀振动测试试验系统，该系统首次采用蓄能机构来模拟立柱的负载变化规律并可以对液控单向阀的动态特性进行测试。采用不同的加载方式对某款液控单向阀进行反向开启试验，发现液控单向阀总会产生不同程度的振动现象，通过分析作者认为造成阀芯振动的原因在于阀芯打开的瞬间反向进油口的流体在高压力作用下瞬间产生强大的动量，巨大的能量瞬间冲击在控制杆上打破了控制杆静态时的受力平衡造成控制杆后退而使得阀芯关闭，然后控制杆重新将阀芯顶开，而后阀芯再次关闭，这一过程就是阀芯振动的过程，当乳化液的动量作用在控制杆上不能将控制杆顶开时阀芯不再振动。作者认为该过程不是单一的水锤冲击，而是单向阀后管路中液体、单向阀、顶杆及其前后管路中液体参与影响、包含多班水锤冲击的整个系统谐振。并认为采用二级卸载、设置覆盖区节流耗能结构，只能限制阀芯振动的峰值，不能彻底解决顶杆与单向阀的作用次数和高速液体对阀座的冲刷，只有尽量减小乳化液对控制杆的作用面积才能消除阀芯的振动现象，因此作者提出将顶杆使用密封圈封起来以减小乳化液动量影响的方案。对液控单向阀的模拟负载进行了研究，作者在国标对液控单向阀卸载试验规定的基础上采用增压缸模拟立柱负载，并在该系统中对不同类型液控单向阀进行测试，发现液控单向阀的压力冲击均发生不同程度增大，说明作者对试验系统的改进比较成功。对液控单向阀卸载冲击试验系统的加载方式进行了研究，首先对现有的加载方式进行对比分析，找出不同加载方式的优点和缺点，然后提出一种以蓄能器为负载的快速加载方案。通过试验分析，作者认为采用蓄能器加载的方式能较好的模拟顶板来压，从而最大程度上模拟实际工况。从工程实际出发，用具体实例分析了液控单向阀在锁紧、平衡、保压、快速回路中的应用，给出液控单向阀在不同工况下的最佳使用方法。指出单向阀若能在液压缸有杆腔反向开启，则一定能在液压缸无杆腔反向开启，前提是为控制杆提供足够的控制压力，且控制压力应该随液控单向阀工作系统的压力和系统最大载荷的变化而变化。作者提出液控单向阀的选型应由液压阀的工作位置、反向出油口压力、系统最大载荷来决定。

     目前液控单向阀存在的问题主要是液压支架立柱开始降柱时，液控单向阀出现冲击和振动，导致立柱也发生强烈的压力冲击和振动，使得液压支架不能实现平稳降架。剧烈的压力冲击和振动不仅影响液控单向阀可靠性，还将影响系统中管路、接头、密封圈、U型卡件等元件的寿命，使得安全阀频繁启闭难以有效卸荷，降低了综采工作面生产效率，增加了工作人员工作负担，严重时可能导致支架立柱元件损坏引发安全事故。所以对液控单向阀进行动态性能分析，卸载冲击因素分析，以及对阀的内部结构、阀道内压力、液体流速、气蚀现象等进行分析研究，对提高液控单向阀的性能，延长使用寿命，进而提高液压支架关键零部件及整机的性能都具有深远的意义。 液压支架的适应性、稳定性和可靠性决定了大采高工作面成功的可能性，相伴而来支架上各类元件的公称参数也要相应增大，因此液控单向阀也要向着大流量、高压力、高稳定性的方向发展。当前阶段，我国液压阀类元件普遍跟世界发达国家存在差距，主要原因在于：（1）液压阀的设计缺乏现代化设计手段，更多的是依靠传统制造经验，不利于产品的研发设计、后期优化和长期发展。（2）液压阀的设计缺乏合理的设计规范与原理，这样设计出来的产品可靠性、准确度均缺乏说服力，无形之中降低了产品的竞争力。（3）加工材料较为落后，受限于国内材料加工水平，产品在设计时为了加工方便只能选择如不锈钢等强度较低的材料作为液压阀阀体，降低了阀的使用寿命与性能。（4）密封元件设计不合理，目前国内阀类元件的密封一般简单的采用O型密封圈加挡圈的组合结构，这种结构适用于工作压力较低的场合，但是随着综采工作面向大采高方向发展，液压元件的工作压力也越来越高，采用常规的密封方式将不能满足工作要求。（5）目前国内阀类元件设计时均存在的不足是没有对阀的结构进行优化，这主要是由于各类计算机仿真软件使用不足造成的。在设计完成后，应先进行计算机仿真，通过分析仿真结果找出容易出现损伤的部位并优化加强。本课题的目的在于增大液控单向阀的公称流量，以适应综采工作面大采高化这一趋势，同时融入新式的现代化设计方法以提高液控单向阀的稳定性、可靠性和使用寿命。

     以立柱降柱液压系统为研究对象，对液控单向阀的动态特性进行分析，得出立柱在降柱过程中出现液压冲击与振动的机理，找出液控单向阀在此过程中发生冲击与振动的原因，提出对应的缓解或解决措施。同时，对液控单向阀的流场进行可视化分析，得出其各种状态下的压力、速度流场分布，找出阀芯结构上容易破坏的部位，最后提出结构优化措施。为本文要研究的一款公称流量为1000L/min，公称压力为50MPa，由两个公称流量为500L/min的内泄式阀芯并联组成的液控单向阀。内容如下：（1）以液控单向阀为研究对象，从功率流的角度建立立柱降柱时液压系统的数学模型，其中以液控单向阀为分析核心并将其他重要的影响因素纳入研究范畴，根据功率键合图推导出状态空间方程，使用Matlab进行仿真后对分析液控单向阀的动态特性。（2）使用仿真软件AMEsim对立柱液压系统进行仿真，与功率键合图分析结果进行对比，找出不同并分析出现不同的原因，分析在该过程中阀芯所受各力所占的比重及其变化趋势并得出阀芯运动过程中对其影响最大的力，根据该结提出缓解液控单向阀振动与冲击的措施。（3）使用ANSYS/FLUENT仿真软件对液控单向阀的二维、三维流场进行数值模拟，得出不同状态下阀体内乳化液的压力、速度分布，找出容易出现气穴、噪声的部位并提出优化方案，最后对优化后的方案进行仿真检验优化方案是否起到相应的作用。

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