Miglioramento della struttura e ottimizzazione dei parametri della valvola di controllo del microflusso

Jun 25, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6850 (2023) Citare questo articolo

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Mirando al fenomeno dell'adesione tra il nucleo della valvola e il manicotto della valvola quando il nucleo della valvola si muove, e per risolvere il problema che la coppia richiesta per far ruotare il nucleo della valvola è elevata, l'analisi di simulazione dell'accoppiamento fluido-solido del nucleo della valvola è effettuato in questo studio, quindi la struttura del nucleo della valvola viene migliorata e i suoi parametri vengono ottimizzati in base all'algoritmo della colonia di uccelli. Viene studiata la struttura combinata del manicotto della valvola e del nucleo della valvola, il modello di accoppiamento fluido-solido viene stabilito da Ansys WorkBench e viene eseguita l'analisi di simulazione della struttura statica del manicotto della valvola e del nucleo della valvola prima e dopo il miglioramento strutturale e l'ottimizzazione dei parametri. Vengono stabiliti i modelli matematici del serbatoio tampone triangolare, del serbatoio tampone a forma di U e del serbatoio tampone combinato, e i parametri strutturali del serbatoio tampone combinato vengono ottimizzati mediante l'ottimizzazione dello sciame di uccelli. I risultati dimostrano che il serbatoio tampone triangolare ha un buon effetto di depressurizzazione ma un grande impatto, la pressione del serbatoio tampone a forma di U è stabile e delicata ma l'effetto di depressurizzazione non è ideale, mentre il serbatoio tampone combinato ha un evidente effetto di depressurizzazione e una buona stabilità. Allo stesso tempo, i parametri strutturali ottimali del serbatoio tampone combinato sono l'angolo di taglio di 72, l'angolo piano di 60 e la profondità di 1,65 mm. Si ottengono la struttura e i parametri eccellenti della scanalatura del buffer combinato, in modo che il buffer di pressione della valvola di regolazione nella posizione chiave della porta della valvola ottenga l'effetto migliore e venga fornita una soluzione efficace per risolvere il problema di incollaggio del nucleo della valvola della valvola di regolazione durante il funzionamento.

Attualmente, la micro piccola valvola di controllo idraulico viene utilizzata sempre più ampiamente in Cina. Ricercatori e produttori in patria e all'estero hanno effettuato numerose esplorazioni sulla sua teoria, struttura e parametri1,2. Il regolatore controlla il fluido e guida il carico modificando l'apertura della porta della valvola. La sua capacità di regolazione è di grande importanza per il funzionamento sicuro ed efficiente del sistema idraulico3. Bobina e manicotto della valvola sono estremamente importanti per la struttura della coppia di lavoro e per i parametri della capacità operativa della valvola di controllo. Luo Yuxuan et al.4 hanno analizzato e riassunto le cause della bobina standard nelle applicazioni di ingegneria delle valvole. Le ragioni del bloccaggio della bobina si dividono in: ragioni meccaniche dovute a precisione di lavorazione o errore di montaggio; Motivi idraulici causati dal momento sbilanciato dell'azione del fluido sulla spola; Cause termiche causate dal riscaldamento viscoso del fluido in condizioni di alta pressione e cause di inquinamento causate dalla ritenzione di particelle nel gioco della valvola. Mirando al fenomeno bloccato della bobina della valvola direzionale proporzionale elettroidraulica 2D, Liu Guowen et al.5 hanno analizzato sistematicamente la forza di bloccaggio radiale della bobina 2D con o senza eccentricità. Il software MATLAB viene utilizzato per calcolare la relazione tra la forza di bloccaggio radiale della bobina 2D, l'eccentricità e l'angolo tra i fori ad alta e bassa pressione. A seconda delle caratteristiche della valvola 2D, vengono proposte le misure di miglioramento della bobina della valvola direzionale proporzionale elettroidraulica 2D. Il campo di flusso sulla superficie del nucleo della valvola è simulato mediante CFD utilizzando il software Fluent. Vengono confrontati il ​​vettore di velocità e la distribuzione della pressione prima e dopo il miglioramento e viene verificata la correttezza delle misure migliorate. Pei Xiang et al.6 hanno confrontato vari fenomeni di bloccaggio della valvola rotativa e della bobina della valvola a cassetto. La forza di squilibrio radiale della valvola rotativa viene analizzata teoricamente e vengono proposte alcune misure concrete per ridurre il fenomeno di bloccaggio della valvola rotativa. Fornire aiuto per la progettazione e l'applicazione di una valvola rotativa in futuro. Sun Zegang et al.7,8. Studiata l'influenza delle strutture delle scanalature di strozzamento a forma di U e a V sulle prestazioni di cavitazione della valvola. Migliorando la struttura della scanalatura di strozzamento ottimizzata dall'algoritmo genetico, le prestazioni anticavitazione della valvola possono essere ovviamente migliorate. Li Weijia et al.9 hanno studiato le caratteristiche del flusso di apertura della valvola a cassetto con una singola scanalatura di strozzamento della base a forma di U, a forma di U obliqua e a forma di V in condizioni di differenza di pressione costante, utilizzando l'algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle, il si ottiene la dimensione ottimale della fessura della valvola a farfalla, che soddisfa i requisiti delle caratteristiche di apertura-flusso della valvola in condizioni di differenza di pressione costante. Cao Jia Hao et al.10 hanno progettato un nuovo tipo di struttura limitante con scanalatura tampone, che ha indebolito la rigidità strutturale e migliorato la dissipazione smorzante dell'energia d'impatto. Attraverso il software ANSYS, viene eseguita l'analisi iterativa di ottimizzazione dei parametri della struttura del buffer limite originale per trovare una combinazione ragionevole dei parametri della struttura. Quindi, le prestazioni dinamiche transitorie della struttura basate sul metodo nel dominio del tempo vengono considerate dal software LS-DYNA e viene confrontato l'effetto buffering delle strutture limitanti di tipo tradizionale e di nuovo tipo. Wu Weidong et al.11 mirando ai problemi del piccolo intervallo di regolazione del flusso e della risposta lenta della scanalatura di strozzamento a forma di U di un certo tipo di valvola sensibile al carico, è stata progettata una scanalatura di strozzamento a forma di Ω analizzando la relazione funzionale tra l'apertura della valvola e area di flusso. L'algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle (PSO) viene utilizzato per ottimizzare i suoi parametri organizzativi con il guadagno di flusso come obiettivo. Zhang Zhandong et al.12 hanno proposto un metodo di calcolo per aggiungere una fessura della valvola a farfalla a forma di K sulla spalla del foro di flusso radiale della bobina principale della valvola di inversione e ottenere l'area di flusso equivalente della fessura della valvola a farfalla a forma di K, mirando nella situazione in cui la porta della valvola della valvola di inversione del supporto idraulico della miniera di carbone ha un ampio gradiente dell'area di flusso, che può realizzare solo la funzione di controllo on-off, e l'accumulo di pressione è improvviso, il che è facile da indurre la pressione impatto del sistema di sostegno alla fornitura di petrolio. È possibile realizzare lo scopo di regolare e controllare attivamente il gradiente dell'area di flusso della luce della valvola. Zhang Liqiang et al.13 hanno affrontato il problema dell'impatto della pressione sulla porta della valvola causato da un eccessivo flusso interno di una valvola a cassetto. Dopo l'analisi dell'influenza dei parametri della struttura della gola della valvola a farfalla sulle sue caratteristiche di flusso. L'algoritmo di ottimizzazione genetica viene utilizzato per ottenere il set di soluzioni Parato della scanalatura di strozzamento a forma di U che soddisfa le caratteristiche di risposta rapida del flusso e le prestazioni di impatto della pressione. I risultati dell'ottimizzazione vengono verificati selezionando parametri specifici della struttura della gola della valvola a farfalla. Li Ping14 ha presentato uno schema migliorato di un nuovo tipo di serbatoio di strozzamento (serbatoio combinato U–V), l'algoritmo di ottimizzazione dello sciame di particelle viene utilizzato per ottimizzare la struttura della scanalatura dell'acceleratore e si ottengono i parametri strutturali ottimali. Sotto la stessa apertura della valvola, l'area di flusso della nuova scanalatura della valvola a farfalla è maggiore di quella del valore originale (scanalatura a forma di U). Quando la valvola multicanale raggiunge la portata nominale, l'apertura della nuova valvola diminuisce e il campo di regolazione della portata aumenta. Yi Sheng et al.15 hanno effettuato ricerche di simulazione sulle caratteristiche del flusso di apertura di sei tipi di slot di strozzamento: a forma di U singola, a forma di U obliqua, a forma di V, a forma di 2U, a forma di 3U e a forma di U + V. ; Utilizzando il modulo GUI in MABLAT, viene sviluppato il software di progettazione dell'ottimizzazione dello slot dell'acceleratore basato sull'ottimizzazione dello sciame di particelle. Fang Guihua et al.16 hanno studiato l'influenza di diversi parametri sulla forza idrodinamica in stato stazionario della scanalatura di strozzatura a forma di U e hanno pensato che l'altezza della scanalatura di strozzatura a forma di U avesse un impatto maggiore rispetto alla larghezza.