波涌阀密封性能的优化设计

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1、·机械研究与应用·2014年第1期(第27卷，总第129期)设计与制造波涌阀密封性能的优化设计张忠杰，高昌珍(1．太原理工大学阳泉学院，山西阳泉045000；2山西农业大学工程技术学院，山西太谷030801)摘要：波涌阀以水力为其驱动力，主要用于水利、节水灌溉，由于本身结构的特点和安装环境的限制，出现了灌溉水在阀腔间和轴向泄漏量较大的现象。根据所建立的泄漏量公式，应用Matlab优化工具箱，以泄漏量最小为目标函数，以密封面两端压力差、密封面间摩擦力、密封面流量和0型圈胶料的硬度为边界约束条件，建立优化数学模型，进行优化设计，并对优化结果进行分析。关键词：

2、波涌阀；泄漏：优化设计中图分类号：TH137文献标志码：A文章编号：1007—4414(2014)01—0129-02OptimizationDesignofSealingPerformanceforSurgeValveZHANGZhong-jie，GA0Chang-zhen(J．TaiyuanUniversityofTechnologyYangquanInstitute，YangquanShanxi045000，China；2．EngineeringTechnicalCollege，ShanxiAgricultureUniversity，Ta嗜uSha

3、nxi030801，China)Abstract：Surgevalvewhichtakeswaterpowerasdrivingforceisusedtoirrigateandwatersaving，becausethestructurechar-acteristicsandthelimitationoftheinstallationenvironment，irrigationwaterappearedlargerleakagephenomenonbetweenthevalvechamberandaxia1．Accordingtotheestablish

4、edformulaofleakage，anoptimummathematicalmodelisestablishedbyMatlabtoolbox，choosingminimizeleakageastheobjectivefunction，takingsealsurfacepressuregradient，frictionbetweenthesealingsurfaceandsealingsurfaceflowandO-ringcompoundhardnessastheboundaryconditions，themathematicalmodelises

5、tablishedandoptimallydesigned，theoptimalresultsareanalyzed．Keywords：surgevalve；leakage；optimumdesign1引言度，mm；B为沟槽底宽，film．△p为波涌阀密封面间隙波涌换向阀实现水流的换向，是波涌灌溉系统的两端压力差MPa；q为波涌阀流量，In／s；F为0型圈核心设备J。在实际的田问试验中，受波涌阀本身密封面问摩擦力，N；p为水密度，kg／na；为修正系结构特点和安装环境要求的影响，出现了灌溉水在阀数(查流体力学手册确定，在层流运动的状态下，k=腔中和轴向泄

6、漏量较大的现象。因此，如何完善波涌1．01)；为水动力粘度系数，nl／s；f为泄漏间隙长换向阀的密封性能，减少泄漏成为迫切需解决的问度，mm；r，r为O型密封圈内外直径，I1313"1；F为0型题。圈胶料的硬度。2波涌阀密封泄漏分析3波涌阀密封性能的优化设计2．1波涌阀密封原理3．1优化设计及其数学模型0型橡胶密封圈是一种断面形状为圆形的小截优化设计的数学模型包括优化设计三要素，即设面的密封元件，既可单独使用，也可与其它非橡胶密计变量、约束条件和目标函数J。封件组合使用。对波涌阀而言，0型橡胶密封圈被安(1)设计变量设计变量是指在机械设计过程装在沟槽中使

7、用，依靠压缩橡胶件来保证密封效中可进行调整和优选的独立参数，如构件尺寸、运动果一。参数、节点的位置坐标等。2．2波涌阀密封面泄漏量的计算参照波涌阀主要技术指标和重要技术参数如表为衡量波涌阀的密封性能，在对密封面泄漏作出1所列，根据波涌阀密封面泄漏量计算公式，选取波假设的基础上，建立了波涌阀密封面泄漏量公式：涌阀密封面流量的工作流量q、水通过缝隙后的密封H~BApqF面间隙两端压力差△p、密封面间摩擦力F、0型圈胶料的硬度F、波涌阀水运动粘性系数为设计变量。kyplLl}F＼rI／用矩阵形式表示为式中：Q为波涌阀计算泄漏量，m／s；为沟槽深：[1，2，3，

8、4]=[q，△p，F，F，]}收稿日期：2013—11—27作者简介：张忠杰(1