微型液压换向阀动态液压力的数值模拟

时间：2026-01-20

第３２卷第３期吉林大学学报（Ｉ学版）

Ｖｏｌ３２Ｎｏ．３２００２年７月

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２００２

文章编号：１６７ｌ一５４９７（２００２）０３

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微型液压换向阀动态液压力的数值模拟

付文智，李明哲，蔡中义，孙刚

（吉林大学辊锻工艺研究所，吉林长春１３００２５）

摘要：用有限元方法计算了微型滑阀式换向阀的轴向力，得到了用解析法不易求出的结果。从理论上解释了两种滑阀动态液压力的差别，并为开发多点成形机专用的微型阀提供了理论

依据。

关键词：微型换向阀；轴向力；液压力；有限元中图分类号：ＴＧ３８５．１

文献标识码：Ａ

板材多点成形机是借助于高度可调整的基本体群构成离散的上、下工具表面，替代传统的上、下整块模具进行自动三维曲面成形的新型设备。薄板成形时，多点成形机需要许多外形尺寸非常小的基本体。有时基本体数量可以达到上百、上千个，并按一定规则排列【ｌｏＪ。这样从可靠性、安装、布置管路、维修等因素考虑，应把每个换向阀、检测装置和油缸都集中布置在一个单元（基本体）内。这就要求控制基本体位置精度和稳定性的微型液压换向阀的外形尺寸非常小。为此作者开发了尺寸为３０ｍｍ×３０

ｍｍ×１２０ｍｍ的微型液压换向阀，并利用有限元理论，对其型腔内的流体流动方向、液体压力分布及轴

向合力进行了研究。ｌ

微型阀的工作过程与受力分析

三位四通滑阀换向阀有两种结构，一种是阀处于中位时液压流体先进入阀体后再进入阀芯内部（图

１ａ），另一种是阀处于中位时液压流体不进入阀芯内部，而是停留在阀体内（图１ｂ）。

Ａ

Ｐ

Ｂ

Ａ

Ｐ

Ｂ

（）

（ｂ）

Ｉ封Ｉ滑阁结构示意图

Ｆｉｇ

ｌ

Ｓｋｃｔｃｈｏｆ

ｄ淌ｎｇ

ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｖａｌｖｅ

三位四通换向阀有３个工作位置。“图ｌａ为倒．图示位置为中位，此时Ｐ口、Ａ口、Ｂ口、０口互不相通，执行机构处于停止状态；当阀芯向右移动时，Ｐ口与Ｂ口相通，Ｐ口的高压液体经Ｂ口进入执

收稿日期：２ｔ●０２．０４—２８

基金项且：国家“十五”重点科技攻关资助项目（２００ｌＢＡ２０３８１１）作者简介：付文智（１９６０一）．男．吉林辽源人，吉林大学副教授。

第３期付文智等：微型液压换向闷动态液压力的数值模拟

行机构，推动负载向前移动，液压能做功，完成工作要求．而Ａ口与Ｏ口相通，有杆腔液压油流回油箱；当阀芯向左移动时，Ｐ口与Ａ口相通．Ｐ口的高压液体经Ａ口进入执行机构，拉动负载向后移动，液压能做功，完成另一工作要求，而Ｂ口与。口相通．无杆腔液压油流回油箱。一个工作循环结束，等待下一个循环的到来。

图２所示为图１ａ结构的阀芯右移０．５

ｍ时

圈２圈１。中煳芯右侈ｏ．５ｍｍ时的工作状态

Ｆｉｇ．２

的示意图。工作过程中，滑阀阀芯的轴向力平衡方

住刿：

ｗｏｒｋｉｎｇ

ｓｔａｔｅ

ｏｆ

ｖａｌｖｅ∞ｒｅ（Ｆ－ｇｌａ）

“ｖｅｄ０‘５…“ｇｈ…州

Ｒ＝ｍ孥＋Ｂ。鲁十Ｋ一十Ｆ，＋Ｌ（１）

式中｝。为电磁阀驱动力，即电磁力；ｍ为阀芯及阀腔油液总质量；ｚ为阀芯的位移；Ｂ。为阀芯与阀体闻的粘性摩擦系数；Ｋ。为对中弹簧刚度；Ｆ，为密封摩擦力；Ｆ，为液压不平衡轴向力。

式（１）中，右端由５项组成，如果５项之和的轴向力较小，就说明需要的电磁铁推力较小，同时，电磁铁尺寸也会变小，从而减小安装空间。前４项一般可以在设计时考虑尽量减小。而Ｆ。为：

Ｊ，

Ｆｖ＝Ｂ，繁＋Ｋ一

式中Ｂｒ为瞬态液动力系数；Ｋ。为稳态液动力系数。

（２）

Ｆ。则与液体的压力、流量等参数有关，一般很难得到解析解，有条件的单位可以通过做实验测试得到，多数单位是用对比法或估算取值。

２数学模型

下面研究在精阀工作过程中，当阀芯右移△ｚ＝Ｏ．５ｍｍ时（如图２所示的黑色区域），液体动态压力对阀芯的影响。在流体内部，应力口必须与包括惯性力在内的体积力６相平衡。在流体的外表面，应力口必须与外作用力Ｔ相平衡。如果用虚速度妇代替虚功原理中的虚位移，则对于任一虚速度妇，对整个区域写出内力功与外力功之和为（“：

ｊ乒’一∞Ｊｐｌ６ｄｎ—Ｊ，妇１ｉｄｒ＝ｏ

式中ｆ代表规定了外力且姗≠Ｏ的边界，Ｄ是问题的定义域。

在式（３）中

靠＝Ｌ妇

为虚应变率．Ｌ为线性微分算子。

利用达朗贝原理。则单位体积力可写为：

扫＝西ｎ一卢ｃ

（３）

ｊ＝ＬＨ（４）

（５）

式中ｃ为各质点的加速度向量；ｐ为密度。

因为我们定义的”是空间中一点处的速度，而不是一个质点的速度，所以”对时间的总加速度向量写为：