液压阀的液动力优化方法技术

液压阀的液动力优化方法，属于液压阀结构优化技术领域。本发明专利技术是为了解决现有对液压阀的结构优化设计需要大量的人工计算和筛选，以补偿液动力的影响，造成其设计工作效率低的问题。它包括：确定可优化结构参数；选定待优化结构参数，并确定待优化结构参数的取值范围；建立液压阀的阀流道三维模型；计算液压阀的阀内流场；提取液压阀的阀芯所受液动力；根据液压阀的液动力建立优化目标函数，并确定待优化结构参数的约束条件，同时设置优化目标函数的预期迭代次数和迭代停止精度；根据待优化结构参数的约束条件对优化目标函数进行优化迭代，直至达到迭代停止精度或预期迭代次数，优化过程结束。本发明专利技术用于液压阀的结构优化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液压阀的液动力优化方法，属于液压阀结构优化

技术介绍
液动力是液压阀内的一个重要作用力，对阀的受力平衡、阀的操纵以及响应特性都有较大影响。补偿液动力是高要求液压阀中常需进行的工作。由于液动力作用规律的复杂性，常需进行大量的人工计算和筛选，才能找到合适的参数，以取得最佳的补偿液动力效果，这种大量的计算工作，造成液压阀的设计工作效率低。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有对液压阀的结构优化设计需要大量的人工计算和筛选，以补偿液动力的影响，造成其设计工作效率低的问题，提供了一种液压阀的液动力优化方法。本专利技术所述液压阀的液动力优化方法，它包括以下步骤：步骤一：根据液压阀的种类、结构尺寸以及工作参数，确定可优化结构参数；步骤二：从可优化结构参数中选定待优化结构参数，并确定待优化结构参数的取值范围；步骤三：根据液压阀的当前结构尺寸，建立液压阀的阀流道三维模型；步骤四：对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五：根据阀内流场的计算结果提取液压阀的阀芯所受液动力；步骤六：根据液压阀的液动力建立优化目标函数，并确定待优化结构参数的约束条件，同时设置优化目标函数的预期迭代次数和迭代停止精度；步骤七：根据待优化结构参数的约束条件对优化目标函数进行优化迭代，当迭代次数小于或者等于预期迭代次数，并且迭代结果满足迭代停止精度时，输出待优化结构参数的当前迭代结果，更新液压阀的结构尺寸，从而实现液压阀的液动力优化，优化过程结束；否则修改待优化结构参数值为当前迭代结果，返回步骤三，直至达到预期迭代次数，优化过程结束。本专利技术的优点：本专利技术方法针对液压阀进行全自动的结构参数寻优，使得优化后的液压阀具有最小的液动力。优化过程主要包括建立阀流道三维模型、应用计算流体力学方法计算阀流道流场、根据流场计算结果提取液动力、以液动力绝对值或平方值为优化目标优化设计指定的结构参数。优化过程自动迭代，最终获得液动力最小的阀结构参数。附图说明图1是本专利技术所述液压阀的液动力优化方法的流程图；图2是滑阀的流道结构示意图；图2中：C1为阀体，C2为阀芯，C3为阀芯盲肠流道，C4为阀芯补偿台肩后流道，C5为阀体II口流道，C6为阀芯补偿挡板前流道，C7为环腔中段流道，C8为节流口后阀芯流道，C9为节流口段阀芯流道，C10为阀体节流口前流道，C11为阀体I口流道，C1-1为阀体上沉割槽，C1-2为阀体油口二，C1-3为阀体下沉割槽，C1-4为阀体油口一，C2-1为阀芯液动力补偿挡板；图3是锥阀的流道结构示意图；图3中：E1为阀芯，E2为档版上流道，E3为阀体，E4为挡板外流道，E5为锥阀口后流道，E6为锥阀口前流道，E7为入口流道，E1-1为液动力补偿挡板；图4是优化迭代过程挡板距离曲线图；图5是优化迭代过程挡板直径曲线图；图6是优化迭代过程液动力曲线图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压阀的液动力优化方法，它包括以下步骤：步骤一：根据液压阀的种类、结构尺寸以及工作参数，确定可优化结构参数；步骤二：从可优化结构参数中选定待优化结构参数，并确定待优化结构参数的取值范围；步骤三：根据液压阀的当前结构尺寸，建立液压阀的阀流道三维模型；步骤四：对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五：根据阀内流场的计算结果提取液压阀的阀芯所受液动力；步骤六：根据液压阀的液动力建立优化目标函数，并确定待优化结构参数的约束条件，同时设置优化目标函数的预期迭代次数和迭代停止精度；步骤七：根据待优化结构参数的约束条件对优化目标函数进行优化迭代，当迭代次数小于或者等于预期迭代次数，并且迭代结果满足迭代停止精度时，输出待优化结构参数的当前迭代结果，更新液压阀的结构尺寸，从而实现液压阀的液动力优化，优化过程结束；否则修改待优化结构参数值为当前迭代结果，返回步骤三，直至达到预期迭代次数，优化过程结束。本实施方式中，液压阀的结构尺寸由设计人员提供，其工作参数包括前后压差；步骤六中的预期迭代次数推荐1000次，迭代停止精度推荐0.001。具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述液压阀为滑阀，步骤一中，滑阀的结构包括阀芯和阀体；阀芯上三个台肩，阀体上两个沉割槽；阀芯的下台肩端面与阀体下沉割槽配合形成节流阀口；阀芯的中台肩为液动力补偿台肩，位于阀体上第二沉割槽中间；阀芯上台肩封住阀腔；阀体上的下沉割槽通过油口一与外部连接，上沉割槽通过油口二与外部连接；滑阀的结构尺寸包括阀芯直径和阀口开度，明确滑阀的入口和出口；确定滑阀的工作参数为入口压力和出口压力、工作流量和入口压力或工作流量和出口压力；确定滑阀的可优化结构参数为阀芯的颈部直径、阀芯液动力补偿台肩厚度和阀芯两侧端面倾斜角；步骤二中，在可优化结构参数中选择确定一种或任意几种作为待优化结构参数；步骤三中，对滑阀的阀体上流道和阀芯上流道分别建模，然后组装获得滑阀的阀流道三维模型；其中阀芯上流道按位置先后顺序分割如下：节流阀口段阀芯流道，轴向位置处于节流阀口处；节流阀口后阀芯流道，紧邻节流阀口段阀芯流道，轴向长度为阀口开度的4倍；环形腔中段流道，直至阀体上沉割槽下边缘；补偿挡板前流道，轴向起始位置为阀体上沉割槽下边缘，终止位置为液动力补偿挡板下边缘；补偿挡板后流道，轴向起始位置为液动力补偿挡板上边缘，终止位置为阀体上沉割槽上边缘；阀芯盲肠流道，轴向起始位置为阀体沉割槽上边缘，终止位置为阀芯上台肩下边缘；补偿挡板前流道和补偿挡板后流道合称阀芯II口流道；阀体上流道分割如下：阀体节流口前流道，起始位置为阀体下沉割槽上边缘，轴向长度4倍阀口开度；阀体I口流道，接阀体节流口前流道至阀体的油口一；阀体II口流道，阀体上沉割槽至阀体的油口二；若流向为油口一流入，油口二流出，则命名节流阀口段阀芯流道为阀芯入口流道，阀芯II口流道为阀芯出口流道；若油口二流入，油口一流出，则命名节流阀口段阀芯流道为阀出口流道，阀芯II口流道为阀芯入口流道；步骤四中，采用流场分析前处理方法对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五中，液压阀的阀芯所受液动力F为： F = ρ Σ i s 1 i v r 1 _ i v a 1 _ i - ρ Σ j s 2 j v r 2 _ j v a 2 _ j , ]]>式中：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压阀的液动力优化方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：根据液压阀的种类、结构尺寸以及工作参数，确定可优化结构参数；步骤二：从可优化结构参数中选定待优化结构参数，并确定待优化结构参数的取值范围；步骤三：根据液压阀的当前结构尺寸，建立液压阀的阀流道三维模型；步骤四：对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五：根据阀内流场的计算结果提取液压阀的阀芯所受液动力；步骤六：根据液压阀的液动力建立优化目标函数，并确定待优化结构参数的约束条件，同时设置优化目标函数的预期迭代次数和迭代停止精度；步骤七：根据待优化结构参数的约束条件对优化目标函数进行优化迭代，当迭代次数小于或者等于预期迭代次数，并且迭代结果满足迭代停止精度时，输出待优化结构参数的当前迭代结果，更新液压阀的结构尺寸，从而实现液压阀的液动力优化，优化过程结束；否则修改待优化结构参数值为当前迭代结果，返回步骤三，直至达到预期迭代次数，优化过程结束。

【技术特征摘要】
1.一种液压阀的液动力优化方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：根据液压阀的种类、结构尺寸以及工作参数，确定可优化结构参数；步骤二：从可优化结构参数中选定待优化结构参数，并确定待优化结构参数的取值范围；步骤三：根据液压阀的当前结构尺寸，建立液压阀的阀流道三维模型；步骤四：对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五：根据阀内流场的计算结果提取液压阀的阀芯所受液动力；步骤六：根据液压阀的液动力建立优化目标函数，并确定待优化结构参数的约束条件，同时设置优化目标函数的预期迭代次数和迭代停止精度；步骤七：根据待优化结构参数的约束条件对优化目标函数进行优化迭代，当迭代次数小于或者等于预期迭代次数，并且迭代结果满足迭代停止精度时，输出待优化结构参数的当前迭代结果，更新液压阀的结构尺寸，从而实现液压阀的液动力优化，优化过程结束；否则修改待优化结构参数值为当前迭代结果，返回步骤三，直至达到预期迭代次数，优化过程结束。2.根据权利要求1所述的液压阀的液动力优化方法，其特征在于，所述液压阀为滑阀，步骤一中，滑阀的结构包括阀芯和阀体；阀芯上三个台肩，阀体上两个沉割槽；阀芯的下台肩端面与阀体下沉割槽配合形成节流阀口；阀芯的中台肩为液动力补偿台肩，位于阀体上第二沉割槽中间；阀芯上台肩封住阀腔；阀体上的下沉割槽通过油口一与外部连接，上沉割槽通过油口二与外部连接；滑阀的结构尺寸包括阀芯直径和阀口开度，明确滑阀的入口和出口；确定滑阀的工作参数为入口压力和出口压力、工作流量和入口压力或工作流量和出口压力；确定滑阀的可优化结构参数为阀芯的颈部直径、阀芯液动力补偿台肩厚度和阀芯两侧端面倾斜角；步骤二中，在可优化结构参数中选择确定一种或任意几种作为待优化结构参数；步骤三中，对滑阀的阀体上流道和阀芯上流道分别建模，然后组装获得滑阀的阀流道三维模型；其中阀芯上流道按位置先后顺序分割如下：节流阀口段阀芯流道，轴向位置处于节流阀口处；节流阀口后阀芯流道，紧邻节流阀口段阀芯流道，轴向长度为阀口开度的4倍；环形腔中段流道，直至阀体上沉割槽下边缘；补偿挡板前流道，轴向起始位置为阀体上沉割槽下边缘，终止位置为液动力补偿挡板下边缘；补偿挡板后流道，轴向起始位置为液动力补偿挡板上边缘，终止位置为阀体上沉割槽上边缘；阀芯盲肠流道，轴向起始位置为阀体沉割槽上边缘，终止位置为阀芯上台肩下边缘；补偿挡板前流道和补偿挡板后流道合称阀芯II口流道；阀体上流道分割如下：阀体节流口前流道，起始位置为阀体下沉割槽上边缘，轴向长度4倍阀口开度；阀体I口流道，接阀体节流口前流道至阀体的油口一；阀体II口流道，阀体上沉割槽至阀体的油口二；若流向为油口一流入，油口二流出，则命名节流阀口段阀芯流道为阀芯入口流道，阀芯II口流道为阀芯出口流道；若油口二流入，油口一流出，则命名节流阀口段阀芯流道为阀出口流道，阀芯II口流道为阀芯入口流道；步骤四中，采用流场分析前处理方法对阀流道三维模型进行网格划分，并计算液压阀的阀内流场；步骤五中，液压阀的阀芯所受液动力F为： F = ρ Σ i s 1 i v r 1 _ i v a 1 _ i - ρ Σ j s 2 j v r 2 _ j v a 2 _ j , ]]>式中：ρ为液压阀内液体密度；i为阀芯入口流道外表面单元网格号；s1i为阀芯入口流道外表面第i个单元格面积；vr1_i为阀芯入口流道外表面第i个单元格法向速度；va1_i为阀芯入口流道外表面第i个单元格轴向速度；j为阀芯出口流道外表面单元网格号；s2j为阀芯出口流道外表面第j个单元格面积；vr2_j为阀芯出口流道外表面第j个单元格法向速度；va2_j为阀芯出口流道外表面第j个单元格轴向速度；步骤六中，建立优化目标函数y为：y＝|F|或y＝F2；步骤七中，根据待优化结构参数以及优化目标函数的值，与相邻前一次待优化结构参数以及优化目标函数的值，利用拟牛顿优化算法，计算获得新的待优化结构参数值。3.根据权利要求2所述的液压阀的液动力优化方法，其特征在于，步骤三中，建模时...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆俊，贾新颖，朱冬，吕庆军，熊庆辉，汪俊龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23