7500 t大型压铸机压射阀块流道流阻数值计算与分析.pdf
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1、液压气动与密封/2 0 2 3年第8 期doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2023.08.0057500t大型压铸机压射阀块流道流阻数值计算与分析刘双勇,赵永刚,程德飞,董彦武,焦(1.中信戴卡股份有限公司,河北秦皇岛0 6 6 0 11;2.秦皇岛信越智能装备有限公司,河北秦皇岛0 6 6 0 11)摘要:7 50 0 t大型压铸机由于工作流量大,在工作时会在阀块内产生较大的压力损失,为了给大型压铸机液压系统设计提供参考,利用计算流体动力学方法,计算得到了两种内部流道不同的压射阀块在不同流量时的流动阻力损失。计算结果表明:阀块流动阻力损失会随着流量的增大呈现出指数增大
2、的变化情况;采用相同尺寸的流道流动阻力损失比采用不同尺寸的流道流动阻力损失小。关键词:阀块;流场;流阻损失中图分类号:TH137LIU Shuang-yong,ZHAO Yong-gang,CHENG De-fei?,DONG Yan-wu,JIAO Yang,ZHANG Zhi-gang2.Qinhuangdao XinYue Intelligent Equipment Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066011,China)Abstract:Due to the large working flow,large pressure loss will be generated i
3、n the valve block during the operation of large die castingmachine.In order to provide reference for the hydraulic system design of large die casting machine,the computational fluid dynamics method isused to calculate the pressure loss of two different injection valve block structures at dfferent fl
4、ow rates.The calculation results show that:Thepressure loss of valve block will increase exponentially with the increase of flow rate.Using the same size runner pressure loss is smaller thanusing different size runner pressure loss.Key words:valve block;flow field;pressure loss of runner0引言压铸机是一种在压力
5、作用下把熔融金属压射到模具中冷却成型的设备。由于压铸机中液压系统工作流量大,工作介质在管路中会产生较大的能量损失。因此合理设计液压流道对提升压铸机的工作效率具有重要意义。阀块是液压管路的重要组成部分,优良的阀块设计可以减小液压系统的能耗,提升液压系统的使用性能。计算流体动力学方法(CFD)是进行阀块性能分析和优化设计的重要方法。国内外专家学者使用CFD方法对阀块的性能进行了大量研究。张怀亮等2 建立了振动情况下三种典型阀块流道的流场仿真模型,研究发现当存在基础振动时,液压阀块流道的压降随时间呈现出周期性波动变化。张三维3 对纯水支架阀块内的流场进行了计算,分析了刀尖容腔长度、工艺孔长度收稿日期
6、:2 0 2 3-0 5-10作者简介:董彦武(198 9-),男,山东临沂人,工程师,硕士,主要从事流体传动和控制方面的工作。24阳?,张志刚2文献标志码:A文章编号:10 0 8-0 8 13(2 0 2 3)0 8-0 0 2 4-0 6Numerical Calculation and Analysis on Flow Resistance of7500 t Large Die Casting Machine Injection Valve Block(1.CITIC Dicastal Co.,Ltd.,Qinhuangdao 066011,China;及直角转弯长度等结构参数对液流压
7、力损失的影响规律。王海波等4 使用计算流体动力学方法对负重型外骨骼机器人液压阀块进行了优化设计。魏昕等5 对混凝土泵车铸造主阀块的流道压力损失进行了计算分析,通过试验检测发现计算结果具有较高的精度。高东东等6 利用Fluent软件对采棉头举升液压阀块的流场进行了分析计算。胡建军7 对液压集成块流动特性进行了计算分析,结合粒子图像测速技术对计算端流模型进行了修正,在此基础上进行了阀块的优化设计8-9。渠晓刚等10 提出利用磨粒流精密抛光技术来进行阀块孔道加工,使用Fluent软件分析了进口压力、磨料浓度、磨粒粒度等对磨粒流加工效果的影响。随着制造技术的发展,增材制造技术逐渐应用于阀块加工过程中。
8、通过增材制造方法,阀块内部的流道可以由直流道转变为弯曲流道,使得工作介质在阀块内的压力损失进一步减小1-13。部分专家学者探究了基于增材制造方法的阀块内部流动特性和结构优化设计。李星瑞等14 对比分析了阀块中传统加工流道和增材制造加工流道的压力损失,研究表明无工艺容(3)Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023腔、圆弧逐渐过渡的流道可以有效减小压力损失。李a(puu)+a(puw)+a(puw)莹等15 选取直线过渡、圆弧过渡、B样条曲线3种过渡ay方式的阀块流道进行计算分析,计算结果表明B样条du十从xdy曲线过渡流道具有良好的减阻效果。LI等【16 采用B
9、a(pvu)a(pv)+a(puw)样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计并进行拓dx扑优化减重,研究结果表明优化后的液压流道的压力损失和阀块重量可以减小30%以上。本研究针对大功率压铸机液压系统压射阀块,采用计算流体动力学方法对流场进行了计算,分析了不同流量下阀块的压力损失,为大功率压铸机的设计提供参考。1射流阀块三维结构压射阀块三维装配图如图1所示,压射阀块的三维结构如图2 所示。阀块有2 个大小相同的进口,左右两侧进口流道相互连通,然后各自左右两侧的插装式比例阀和单向阀进人压射缸内部。由于压射过程需要在较短时间内完成,压射阀块内需要通过大流量工作介质。图1射流阀块三维装配图2模型建立2.
10、1流道模型对阀块流道进行几何建模,如图3所示。其中,图3a所示模型左右两侧采用相同的流道尺寸(简称阀块1),图3b所示模型左右两侧采用不同的流道尺寸(简称阀块2),流道主要尺寸已在图中标出。由于液压回路中的单向阀为插装式单向阀,单向阀安装于阀块内部,因此在建立阀块的流场域模型时考虑了单向阀的流道模型。2.2数学模型稳定状态下,不可压缩流体质量守恒方程和动量守恒方程可以分别表示为:(1)ay+S.(2)ayzzxdyzxxdy从dya(pwu)十a(pwu)a(pww)dydwx(从xy式中,u,w,y,z方向的速度分量P流体压力P流体密度流体动力黏度Su,S,S.广义源项进口14120mm进口
11、2125mm150mm120mm100mm125mm150mm图2射流阀块三维结构0卫+S,zay+S(4)zz出口一(a)左右同尺寸流道进口1进口2100mm出口(b)左右不同尺寸流道图3计算域模型瑞流模型选用标准k-8瑞流模型,流模型的输运方程为:a(pk)a(pku,)十ta(p:)a(psu;)atax;C3eG,)式中,G一由于平均速度梯度引起的动能的产生项G一一由于浮力引起的湍动能h的产生项YM可压湍流中脉动扩张的贡献项uakax;dx;G,-p8-YM+SSkdud从+C182Pk+(5)(G+(6)25(a)阀块1(b)阀块2液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期Cie,C
12、2e,C3e经验常数i。一与动能k和耗散率对应的Prandtl 数S,S。一一用户定义的源项2.3边界条件及介质参数对于图3 a所示模型,根据对工作流量的需求,进口采用质量流量入口边界,出口采用压力出口边界。通过改变不同的人口流量可以获得不同工作流量下工作介质流经阀块时的流动阻力损失。总共计算15个流量点,流量分别为2 0 0 0,40 0 0,6 0 0 0,8 0 0 0,10 0 0 0,12000,140 0 0,16 0 0 0,18 0 0 0,2 0 0 0 0,2 2 0 0 0,2 40 0 0,26000,28000,30000L/min。该流量为液压缸总流量,假设2 个进
13、口流量相同,因此2 个进口的流量都设定为总流量的一半。对于图3 b所示模型,根据对工作流量的需求,总共计算5个流量点,流量分别为8 0 0 0,10000,12000,14000,16000L/min。该流量为液压缸流量,入口流量按照通流面积进行分配,2 个进口的流量如表1所示。表1入口流量表总流量8000人口1流量4721入口2 流量3279液压系统的工作介质为水乙二醇,其物理参数如表2 所示。入口的区域内压力分布比较均匀,表明液流在单向阀出口到液压缸入口这段管路内的压力损失较小。在不同流量下液流在管路内的压力分布规律相似,只是数值大小不同。3.5140+052.911e+052.3090+
14、057060+051030+05E:0080+04-1.0180+04-7.0430+04-1.3070+05-1.9090+05-2.5120+05Pa4.385e+053.774e+053-164G+052.553e+051.0430+0513320+067217e*041.112e+04-4.9930+041.1100+05Pa1.720e+0L/min1000012000590270824098491814000826257382000094436557图4主横截面压力分布云图3.514e+052.9110+052.309e+051.706e+051.1030+055.008e+041
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