摘要
螺纹插装式液压阀是继板式阀、管式阀、叠加式阀和二通插装式阀之后的又一种液压控制阀，其具有零泄漏、结构紧凑、加工改型相对容易、连接简单、重量轻、成本低等优点，有非常广阔的应用前景，是液压控制技术的一个重要发展方向。 本文以一款螺纹插装式电磁换向阀为研究对象，采用多物理场耦合的仿真方法，对其流量压力特性、高温高压形变、电磁驱动性能和过渡过程特性等进行了系统的仿真研究与理论分析。研究成果对于该类阀的设计、加工具有一定的理论价值意义。 本论文主要研究内容如下： 建立换向阀内流道三维几何模型，在CFD软件Fluent中仿真换向阀在最大阀口开度（阀芯分别处于上、下位置）额定工作条件下的阀内稳态流场。研究结果表明：螺纹插装阀由于其结构紧凑，阀内局部区域流道结构突变（如急剧转弯、端面突然收缩、阀套径向孔分流），导致油液流动状态剧烈变化，从而在阀内产生较大的流动损失。 建立常温时的阀芯阀套模型，在稳态流场模拟中引入能量方程，计算出流体的压力场以及节流致热产生的温度场，将其作为阀芯-阀套固体应变场计算的边界载荷，计算在温度压力耦合作用下的阀芯阀套应力应变场；同时在配合间隙区域建立构造线，提取其位移数据以研究阀芯-阀套间隙的变化规律。结果表明：在额定工作状态下，螺纹插装阀的阀芯-阀套组件中油液冲击猛烈区域的壁面温升较高，温度压力场所导致的阀芯、阀套固体变形均以膨胀为主，阀套外壁面膨胀变形量最大。变形导致阀芯-阀套组件的配合间隙发生不规则变化，并出现局部最薄区域，其是设计中确保温度压力场耦合作用下阀芯可靠换向过程（不出现卡滞现象）的关键区域。 基于物理原型建立Maxwell电磁铁仿真模型及Fluent瞬态流场仿真模型，将Maxwell中计算得到的电磁力-位移数据编写入Fluent用户自定义函数UDF中，综合考虑电磁驱动力和负载阻尼力（液压力、弹簧力、摩擦力）进行阀芯换向瞬态计算。结果表明液压力在过渡过程中发生较大的变化，电磁驱动力能够全程覆盖负载阻尼力，保证液压阀换向的可靠性。 结合换向过程各时刻流场云图、迹线图与阀口具体位置关系分析了换向阀的动态特性曲线特征。搭建AMESim液压系统仿真模型与Maxwell、Fluent相互验证计算结果的可靠性并对CFD方法难以模拟的非对称缸工况进行仿真计算。结果显示过渡过程中阀芯凸肩两侧阀口均开启通流，阀内流场变化剧烈，流量与压力均产生较大的规律性波动。工作油口流量在过渡过程中完成流动方向的改变，压力在工作油口流量为0时达到最大值。非对称缸工况下两侧工作油口的流量与压力变化趋势相同数值大小相应的倍数关系。
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