電磁閥響應(yīng)時(shí)間對(duì)液壓管路的影響研究

摘 要：文章針對(duì)電磁閥工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，利用動(dòng)態(tài)層網(wǎng)格技術(shù)模擬閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程，分析在閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程中，不同寬度管道尺寸（5 mm、10 mm、15 mm及20 mm）對(duì)壓力波動(dòng)的影響。研究結(jié)果表明：對(duì)于相同的閥芯運(yùn)動(dòng)速度，不同的響應(yīng)時(shí)間，管道尺寸與上游壓力擾動(dòng)成反比；對(duì)于不同閥芯速度，同樣響應(yīng)時(shí)間，上游壓力擾動(dòng)幾乎不受管道截面尺寸的影響。

關(guān)鍵詞：電磁閥；響應(yīng)時(shí)間；液壓管路；影響

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）9-0076-02

電磁閥在液壓系統(tǒng)控制中應(yīng)用極為廣泛，是系統(tǒng)中的重要控制部件。電磁閥的工作過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的過(guò)程，其動(dòng)態(tài)特性直接影響液壓系統(tǒng)的正常工作，為了進(jìn)一步研究電磁閥的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程，有必要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值研究，為以后液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

由于電磁閥特有的動(dòng)態(tài)特性以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這給電磁閥的模擬帶來(lái)一定難度。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，以及動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的誕生，為電磁閥工作過(guò)程的研究提供了新的手段。本文以商業(yè)軟件FLUENT為計(jì)算平臺(tái)，研究閥門(mén)的閉合過(guò)程，以及管道尺寸對(duì)壓力擾動(dòng)的影響。

1 計(jì)算方法

2 結(jié)果分析

為了更好的模擬閥門(mén)關(guān)閉時(shí)對(duì)流動(dòng)的影響，首先必須對(duì)閥門(mén)完全開(kāi)啟狀態(tài)下的流動(dòng)進(jìn)行定常計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)每種寬度尺寸的穩(wěn)態(tài)的流場(chǎng)結(jié)果。如圖2和圖3所示，分別為寬度為10 mm的穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)。

圖2給出了閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)速度場(chǎng)云圖，圖3為局部放大的速度矢量圖，從兩圖中可以看出在后突擴(kuò)臺(tái)階處出現(xiàn)明顯的回流區(qū)，且回流區(qū)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)計(jì)算已收斂。

將該穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果作為下面非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的初場(chǎng)，研究在相同的閥芯運(yùn)動(dòng)速度V下，管道的不同寬度尺寸對(duì)上游壓力波動(dòng)的影響；以及同一響應(yīng)時(shí)間條件下，管道尺寸的影響。

如圖4所示，給出了閥門(mén)運(yùn)動(dòng)到管道中心平面時(shí)的局部流場(chǎng)分布圖。從圖中可看出，閥門(mén)的關(guān)閉使流過(guò)閥芯的速度增加，并且下游回流區(qū)也發(fā)生明顯變化。

為分析閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程對(duì)上游壓力波動(dòng)的影響，在x=0.06 m的中心點(diǎn)處監(jiān)測(cè)壓力隨時(shí)間的變化情況。如圖5所示，給出了在相同閥芯速度0.59 m/s、不同管道尺寸條件下（20 mm、15 mm、10 mm、5 mm），監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的壓力變化。從圖中可以看出，對(duì)于相同的閥芯速度，管道截面尺寸越小，其響應(yīng)時(shí)間越短，上游受到的壓力擾動(dòng)也越大。隨著截面尺寸的增大，響應(yīng)時(shí)間不斷增加，上游受到的壓力擾動(dòng)逐漸變小。在管道截面尺寸為20 mm時(shí)，上游的壓力擾動(dòng)最小。

如圖6所示，給出了相同的閥門(mén)響應(yīng)時(shí)間，不同閥芯速度條件下，不同管道尺寸對(duì)壓力擾動(dòng)的影響。從圖中可以看出，對(duì)于4種不同截面尺寸，上游的壓力擾動(dòng)基本一致，擾動(dòng)壓力峰值均在3.5 bar附近。可見(jiàn)在閥門(mén)的關(guān)閉過(guò)程中，閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)速度并不是上游壓力擾動(dòng)的主要因素，壓力擾動(dòng)主要與閥門(mén)的響應(yīng)時(shí)間密切相關(guān)。

3 結(jié) 語(yǔ)

FLUENT作為一種成熟的流體計(jì)算工具能夠模擬閥門(mén)的關(guān)閉過(guò)程。

①對(duì)于相同的閥芯運(yùn)動(dòng)速度，不同的響應(yīng)時(shí)間，管道尺寸與上游壓力擾動(dòng)成反比。管道尺寸越大，響應(yīng)時(shí)間也越長(zhǎng)，上游所受的壓力擾動(dòng)就越小。

②對(duì)于不同閥芯速度，同樣響應(yīng)時(shí)間，上游壓力擾動(dòng)幾乎不受管道截面尺寸的影響。可見(jiàn)壓力擾動(dòng)主要受閥門(mén)響應(yīng)時(shí)間的影響，與閥芯的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)直接關(guān)系。

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