内流道形状对溢流阀气穴噪声影响的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第38卷第8期机械工程学报vo1．38No．82002年8月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERJNGAug．2002内流道形状对溢流阀气穴噪声影响的研究木冀宏傅新杨华勇(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州310027)摘要：从流场控制的角度，研究了溢流阀内流道结构对气穴及气穴噪声的影响。采用流场数值仿真和流动显示试验，获得了溢流阀主阀流道内的压力和气穴分布图像，仿真结果中的低压区与试验结果中气穴区基本吻合。此外，对两种溢流阀

2、主阀流道结构进行了噪声测试和对比分析。结果表明，具有环形槽的主阀芯结构能有效抑制气穴和气穴噪声。这项研究对于以降低噪声为目标的溢流阀流道结构优化设计具有一定的指导意义。关键词：溢流阀流场控制气穴噪声中图分类号：THl37．52下简称流道结构B)进行分析。图1中P、T分别为0前言进、出油口。随着液压传动向高压、高速、大功率方向发展，溢流阀已成为液压系统中仅次于液压泵的主要噪声T源【”，溢流阀噪声的控制愈来愈受到重视。文献[2，3]从稳定性、压力波动和噪声频谱分析入手研究了溢流阀的噪声。而国际最新的研究表明，认识溢

3、流阀噪声的本质，必须从流场分析入手，研究流动、气(a)流道结构A(b)流道结构B穴和噪声之间的内在联系。计算流体力学的发展，图l主阀流道为这项研究提供了科学的手段，为此，国内外的研究者针对液压阀内的流场流态、气穴现象和流动噪溢流阀阀口前后为轴对称结构，进、出油口压声等做了大量开拓性的研究工作【~1】。利用数值计力损失很小，可简化为二维轴对称模型如图2所算，优化运动、流动和结构，提高液压元件综合性示。图中O0为轴线，OA为进口，BB为出口，能已成为流体传动及控制技术的发展方向【刖。ACDB、为阀体边界，OEF为阀

4、芯边界。由于目前对于气穴噪声的控制主要采用两级或多级流场计算区域内物理量的变化梯度很大，为了在保阀口串联以分压节流，文献[9]对固定阻尼孔串联证计算精度的情况下，尽可能减少计算工作量，把节流的研究表明，采用三级阻尼孔可使噪声降低10计算域划分为三个小域。区域2为阀口高速流动dB。本文从流场控制角度，研究流道结构形状对区，压力、速度等变化剧烈，采用较细的网格。区气穴流场及气穴噪声的影响。通过流动气穴显示和域1和3采用了较粗的网格。噪声检测试验，证明在主阀芯上开设环形槽，可使压力恢复区与节流口出口连接，使节流口出口

5、压力上升，改变了阀口下游容易发生气穴的低压区位置，并可有效地减弱气穴的产生，降低溢流阀的噪F声。研究结果对溢流阀噪声控制有一定的理论和使用价值。(a)流道结构A(b)流道结构B1内流道流场仿真与分析图2计算区域在仿真计算中，设定阀口开度为0．4mlTl，阀对图1a所示溢流阀主阀流道结构f以下简称流的进口边界平均流速为1．0m／s，阀的出口边界平道结构A)和图1b所示的带环形槽心-4-1--流道结构(以均压力为0．1MPa，油液运动粘度4×10m／s。在此条件下，过流断面的最大雷诺数约为500。·国家自然科学基金

6、(59835160、50175097),~r教育部高校博士点基金在进口处，按照完全发展的流态考虑，其断面(2000033501)资助项目。20011016收到初稿，20020228收到修改稿维普资讯http://www.cqvip.com20机械工程学报第38卷第8期流速为抛物线分布。圆管中液流的速度可由下式明显升高，为0．73MPa，而低压区明显后移，最计算低处达到0．34MPa，是气穴容易发生的位置，由于压力相对较高，气穴发生的程度也会有所下降。2Ap(d1，=一_F2)(1)4、、4～此外，两种结构所引起

7、的压力损失也有所不同。图3b中的进口压力为0．397MPa，略大于图3a中的式中——圆管两端压力差进口压力0．326MPa，这说明流动阻力并未因阀口——油液动力粘度后流道截面积的增加而减小，相反还有所增加。这

8、卜一圆管内径、管长一现象说明在带环形槽的阀芯结构中，有较大的旋，——半径变量涡形成，使实际通流面积减小，且旋涡通过粘性摩经过积分可以得出流量和圆管两端压差的关系擦耗散流体动能，这对降低流动噪声是有利的。兀dq(2)2试验研究将式(2)简化后带入式(1)可得出阀151断面流速分布2．1试验方案与流量的关系根

9、据流场仿真的结果，对流道结构及参数进行了局部的优化，设计出阀芯带环形槽的溢流阀试验1，：(一，)(3)兀d4‘模型。模型阀的阀体采用透明的有机玻璃材料，能因此，在仿真中只需给定进口流量就可以确定直接观察阀内的流动情况。阀口开度可以手动调流速的分布。节。为了提高承压能力，在结构上进行了动力学平数值计算是采用流场仿真软件FLUENT完成衡设计。受有机玻璃强度限制，试验中的最高压力的。在计算