Melhoria da estrutura e otimização de parâmetros da válvula de controle de microfluxo

Dec 30, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6850 (2023) Citar este artigo

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Visando o fenômeno de aderência entre o núcleo da válvula e a luva da válvula quando o núcleo da válvula se move, e para resolver o problema de que o torque necessário para acionar o núcleo da válvula para girar é grande, a análise de simulação de acoplamento fluido-sólido do núcleo da válvula é realizado neste estudo e, em seguida, a estrutura do núcleo da válvula é melhorada e seus parâmetros são otimizados com base no algoritmo de colônia de pássaros. A estrutura de combinação da manga da válvula e do núcleo da válvula é estudada, e o modelo de acoplamento fluido-sólido é estabelecido pelo Ansys WorkBench, e a análise de simulação da estrutura estática da manga da válvula e do núcleo da válvula antes e depois da melhoria estrutural e otimização dos parâmetros é realizada. Os modelos matemáticos de tanque de compensação triangular, tanque de compensação em forma de U e tanque de compensação combinado são estabelecidos, e os parâmetros estruturais do tanque de compensação combinado são otimizados pela otimização de enxame de pássaros. Os resultados demonstram que o tanque de compensação triangular tem bom efeito de despressurização, mas grande impacto, a pressão do tanque de compensação em forma de U é estável e suave, mas o efeito de despressurização não é ideal, enquanto o tanque de compensação combinado tem efeito de despressurização óbvio e boa estabilidade. Ao mesmo tempo, os parâmetros estruturais ideais do tanque intermediário combinado são ângulo de corte de 72, ângulo plano de 60 e profundidade de 1,65 mm. A excelente estrutura e os parâmetros do sulco amortecedor combinado são obtidos, de modo que o amortecedor de pressão da válvula reguladora na posição chave da porta da válvula alcance o melhor efeito, e uma solução eficaz é fornecida para resolver o problema de aderência do núcleo da válvula da válvula reguladora durante o trabalho.

Atualmente, a micro pequena válvula de controle hidráulico é usada cada vez mais amplamente em Chin. Pesquisadores e fabricantes nacionais e estrangeiros têm feito muitas explorações em sua teoria, estrutura e parâmetros1,2. O regulador controla o fluido e aciona a carga alterando a abertura da porta da válvula. Sua capacidade de regulagem é de grande importância para a operação segura e eficiente do sistema hidráulico3. O carretel e a luva da válvula são extremamente importantes para a estrutura do par de trabalho e os parâmetros da capacidade de trabalho da válvula de controle. Luo Yuxuan et al.4 analisaram e resumiram as causas do carretel de estoque em aplicações de engenharia de válvulas. Os motivos do spool preso se dividem em: motivos mecânicos causados ​​por precisão de usinagem ou erro de montagem; Causas hidráulicas causadas pelo momento desequilibrado de ação do fluido no carretel; Causas térmicas causadas pelo aquecimento viscoso do fluido sob condições de alta pressão e causas de poluição causadas pela retenção de partículas na folga do encaixe da válvula. Visando o fenômeno de travamento do carretel da válvula direcional proporcional eletro-hidráulica 2D, Liu Guowen et al.5 analisaram sistematicamente a força de aperto radial do carretel 2D com ou sem excentricidade. O software MATLAB é usado para calcular a relação entre a força de fixação radial do carretel 2D, a excentricidade e o ângulo entre os orifícios de alta e baixa pressão. Dependendo das características da válvula 2D, as medidas de melhoria do carretel da válvula direcional proporcional eletro-hidráulica 2D são apresentadas. O campo de fluxo na superfície do núcleo da válvula é simulado por CFD usando o software Fluent. O vetor de velocidade e a distribuição de pressão antes e depois da melhoria são comparados e a correção das medidas aprimoradas é verificada. Pei Xiang et al.6 compararam vários fenômenos de fixação da válvula rotativa e do carretel da válvula deslizante. A força de desequilíbrio radial da válvula rotativa é analisada teoricamente, algumas medidas concretas para reduzir o fenômeno de aperto da válvula rotativa são apresentadas. Fornecer alguma ajuda para o projeto e aplicação de uma válvula rotativa no futuro. Sun Zegang et al.7,8. Estudou a influência das estruturas de ranhura de estrangulamento em forma de U e em forma de V no desempenho de cavitação da válvula. Ao melhorar a estrutura do sulco de estrangulamento otimizada pelo algoritmo genético, o desempenho anticavitação da válvula pode ser obviamente melhorado. Li Weijia et al.9 estudaram as características de fluxo de abertura da válvula de gaveta com uma única ranhura de estrangulamento em forma de U, forma de U oblíqua e forma de V sob a condição de diferença de pressão constante, usando o algoritmo de otimização de enxame de partículas, o é obtido o tamanho ideal da ranhura do acelerador, que atende aos requisitos das características de fluxo de abertura da válvula sob a condição de diferença de pressão constante. Cao Jia Hao et al.10 projetaram um novo tipo de estrutura limitadora com sulco amortecedor, que enfraqueceu a rigidez estrutural e melhorou a dissipação do amortecimento da energia de impacto. Por meio do software ANSYS, a análise de otimização iterativa de parâmetros da estrutura de buffer de limite original é realizada para encontrar uma combinação de parâmetros de estrutura razoável. Em seguida, o desempenho dinâmico transitório da estrutura com base no método do domínio do tempo é considerado pelo software LS-DYNA, e o efeito de buffer das estruturas limitadoras de tipo tradicional e novo é comparado. Wu Weidong et al.11 visando os problemas de pequena faixa de ajuste de fluxo e resposta lenta da ranhura de estrangulamento em forma de U de um certo tipo de válvula sensível à carga, uma ranhura de estrangulamento em forma de Ω foi projetada analisando a relação funcional entre a abertura da válvula e área de fluxo. O algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) é usado para otimizar seus parâmetros organizacionais com ganho de fluxo como objetivo. Zhang Zhandong et al.12 apresentou um método de cálculo de adição de uma ranhura do acelerador em forma de K no ressalto do orifício de fluxo radial do carretel principal da válvula de reversão e obtendo a área de fluxo equivalente da ranhura do acelerador em forma de K, visando na situação em que a porta da válvula da válvula de reversão do suporte hidráulico da mina de carvão tem um grande gradiente de área de fluxo, que só pode realizar a função de controle on-off, e o acúmulo de pressão é repentino, o que é fácil de induzir a pressão impacto do sistema de abastecimento de óleo de apoio. O objetivo de regular e controlar ativamente esse gradiente de área de fluxo da porta da válvula pode ser realizado. Zhang Liqiang et al.13 visaram o problema do impacto da pressão na porta da válvula causado pelo fluxo interno excessivo de uma válvula deslizante. Depois de analisar a influência dos parâmetros da estrutura do sulco do acelerador em suas características de fluxo. O algoritmo de otimização genética é usado para obter o conjunto de soluções Parato do sulco de estrangulamento em forma de U que atende às características de resposta rápida do fluxo e ao desempenho do impacto da pressão. Os resultados da otimização são verificados selecionando parâmetros específicos da estrutura do sulco do acelerador. Li Ping14 apresentou um esquema aprimorado de um novo tipo de tanque de estrangulamento (tanque combinado U-V), o algoritmo de otimização de enxame de partículas é usado para otimizar a estrutura do sulco do acelerador, os parâmetros estruturais ideais são obtidos. Sob a mesma abertura da válvula, a área de fluxo da nova ranhura do acelerador é maior que a do valor original (ranhura em forma de U). Quando a válvula multicanal atinge a vazão nominal, a abertura da nova válvula diminui e a faixa de ajuste de vazão aumenta. Yi Sheng et al.15 realizaram pesquisas de simulação sobre as características de fluxo de abertura de seis tipos de ranhuras de estrangulamento: forma de U simples, forma de U oblíqua, forma de V, forma de 2U, forma de 3U e forma de U + V ; Usando o módulo GUI no MABLAT, o software de design de otimização do slot do acelerador com base na otimização de enxame de partículas é desenvolvido. Fang Guihua et al.16 estudaram a influência de diferentes parâmetros na força hidrodinâmica de estado estacionário do sulco de estrangulamento em forma de U e pensaram que a altura do sulco de estrangulamento em forma de U teve maior impacto do que a largura.