郭小玲

摘 要：為分析伺服液壓缸泄漏量，建立FLuent仿真軟件的建立模型，以獲取伺服液壓缸的性能，從而量化伺服液壓缸的參數(shù)，以確保伺服液壓缸的工作的可靠性。為此分析下列模型對系統(tǒng)的影響恒間隙七道均壓槽、恒間隙三道均壓槽、恒間隙無均壓槽、變間隙三道均壓槽，變間隙七道均壓槽，五種密封方式下在唇邊長度為18mm下，其檢測液壓缸中泄漏量隨壓力的變化。其結(jié)果表明均壓槽的數(shù)量越多，泄漏量增大，均壓槽的數(shù)量越少，泄漏量也相對減少，偏心對泄漏量的影響也很大，在對活塞進(jìn)行設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮均壓槽的數(shù)量。活塞唇邊有槽結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比密封效果較好。

關(guān)鍵詞：液壓缸;FLuent仿真軟件;泄漏量;參數(shù)模型

1 前言

伺服液壓缸要求動態(tài)響應(yīng)快，摩擦力小，因此活塞與缸筒間采用了間隙密封技術(shù)，但是無密封圈密封技術(shù)，易導(dǎo)致容積效率下降，學(xué)者提出采用變間隙密封技術(shù)，即利用金屬材料隨兩側(cè)壓力升高產(chǎn)生微小變形抵消因節(jié)流口兩側(cè)壓差升高導(dǎo)致的泄漏量增大，本文對變間隙密封泄漏的特點(diǎn)、影響因素進(jìn)行仿真分析。

2 基于fluent的變間隙密封流場流動的仿真分析

為了進(jìn)行數(shù)據(jù)的對比分析，本文首先了建立恒間隙無均壓槽密封模型進(jìn)行仿真分析，并與環(huán)形間隙理論值進(jìn)行對比，驗(yàn)證FLUENT流場仿真方法的準(zhǔn)確性。然后，建立恒間隙七道均壓槽密封、恒間隙三道均壓槽密封、變間隙七道均壓槽模型（活塞唇邊有槽）和變間隙三道均壓槽模型（活塞唇邊無槽），進(jìn)一步分析變間隙密封流場泄漏量、壓差與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

2.1流場幾何模型建立

本文建立的液壓缸活塞模型參數(shù)如下：液壓缸變形活塞直徑為125mm，活塞的軸向密封長度為63mm，理想化后，其一側(cè)唇邊長度為18mm，唇邊的厚度為2.5mm，活塞與缸筒內(nèi)壁的裝配間隙為50μm。

文中研究活塞同心裝配在2-20工作壓力下（壓力間隔為2MPa）的泄漏量，建立了恒間隙3個模型;由于在不同壓力下的變間隙的模型會不同所以需要建立不同壓力下的變間隙模型20個。

2.2 流場流動幾何模型的網(wǎng)格劃分

由于活塞模型密封間隙尺寸遠(yuǎn)小于活塞徑向和軸向的尺寸，且密封間隙的高度尺寸與均壓槽的尺寸也相差較大，按常規(guī)采用四面體或六面體劃分網(wǎng)格，以間隙高度為網(wǎng)格劃分單元，網(wǎng)格數(shù)量和節(jié)點(diǎn)數(shù)巨大，不利于計(jì)算分析，且活塞幾何結(jié)構(gòu)對稱，為減少計(jì)算量，本文采用了六分之一模型進(jìn)行分析。

若以流場的間隙高度劃分，則流場間隙高度方向只劃分了一層網(wǎng)格，無法反映流場內(nèi)部流體流動狀態(tài)，因此本文采用結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分方式?？紤]流場的三維模型在不同方向的尺寸各不相同在各面上的劃分間隔也不相同，文中采用從線到面、由面及體的網(wǎng)格劃分順序。

節(jié)點(diǎn)的數(shù)量共設(shè)置200個，均勻分布，比例系數(shù)為1?；钊c缸筒內(nèi)壁間的環(huán)形間隙是為研究重點(diǎn)，網(wǎng)格加密，密封間隙高度尺寸為50μm，在間隙高度方向上設(shè)置了5層網(wǎng)格，壓力入口和壓力出口的網(wǎng)格單元設(shè)置為0.01?；钊闹睆綖?25mm，1/6弧長仍然較長，因此將弧長進(jìn)行200等份的劃分，相應(yīng)的活塞的軸向長度為63mm，因此需要將軸向長度進(jìn)行250等份劃分，將每段長度設(shè)置為0.252mm。

平衡槽的軸向?qū)挾瘸叽鐬?.5mm，在帶平衡槽的模型中，平衡槽軸向方向上節(jié)點(diǎn)的間距取0.3mm，將平衡槽進(jìn)行5等分的同時設(shè)定平衡槽在徑向長度為0.6mm尺寸上節(jié)點(diǎn)數(shù)量為20，節(jié)點(diǎn)間距設(shè)置為0.03mm。

面網(wǎng)格劃分部分中，將選中的面的面網(wǎng)在體網(wǎng)格劃分中選擇六面體網(wǎng)格，選擇需要生成網(wǎng)格的源面，最后，點(diǎn)擊創(chuàng)建網(wǎng)格。

劃分好模型網(wǎng)格以后，設(shè)置邊界類型，將壓力入口和壓力出口分別定義為IN和OUT，其它的面設(shè)置為壁面WALL。最后導(dǎo)出生成的.mesh網(wǎng)格文件。

2.3 FLUENT仿真計(jì)算

（1）啟動FLUENT軟件，導(dǎo)入網(wǎng)格文件;

（2）網(wǎng)格檢查，通過操作Grid中Cheak進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查;

（3）確定長度的單位，選用mm作為計(jì)算單位，材料設(shè)置將油液的動力粘度為0.03915kg/ms，油液的密度為870kg/m3，設(shè)置邊界屬性，設(shè)定入口壓力值與出口壓力值。設(shè)置求解控制參數(shù)，中設(shè)置壓力因子為0.2，設(shè)置松弛因子0.15，Computer From項(xiàng)中選擇all.zones，其它項(xiàng)保持默認(rèn)設(shè)置不變，用平均值的方法對所有邊界區(qū)域進(jìn)行初始化;

（4）設(shè)置殘差監(jiān)視器。設(shè)置殘差為0.0001，設(shè)置迭代次數(shù)為300次。

分別對恒間隙無均壓槽、恒間隙三道均壓槽、恒間隙七道均壓槽，變間隙七道均壓槽和變間隙三道均壓槽的間流場模型進(jìn)行仿真分析，設(shè)置入口壓力從2MPa到20MPa變化，壓力梯度設(shè)置為2MPa。由于在變間隙模型中每個壓力下的模型不同，因此需要導(dǎo)入不同的流場模型進(jìn)行仿真計(jì)算。仿真的活塞唇邊長度為18mm。

3 結(jié)論

（1）均壓槽的數(shù)量越多，相當(dāng)于減少了活塞的密封長度，使得泄漏量增大，均壓槽的數(shù)量越少，泄漏量也相對減少。

（2）均壓槽又有使活塞對心的效果，偏心對泄漏量的影響也很大，在對活塞進(jìn)行設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮均壓槽的數(shù)量。

（3）活塞唇邊有槽結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比密封效果較好。

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