液压滑阀配合间隙含颗粒油液的泄漏特性研究

液压滑阀配合间隙含颗粒油液的泄漏特性研究

郑长松;娄伟鹏;范家辉;李慧珠;张周立;杜秋

【摘要】针对大功率变速箱液压滑阀在污染环境下的配合间隙泄漏现象,设计搭建了间隙泄漏量的试验台,对滑阀进行了漏油特性试验研究,并通过颗粒计数器分析了流经间隙的污染颗粒尺寸的分布规律.综合考虑了配合间隙大小以及污染油浓度等影响因素,建立了不同配合间隙下的滑阀二维模型,并利用Fluent仿真软件对滑阀内部颗粒分布与间隙泄漏进行数值仿真研究,数值模拟结果与试验数据较吻合.研究结果对液压滑阀的抗污染设计具有工程指导意义.%Aiming at the clearance leakage phenomenon of a buffer shift spool valve used in the integrated transmission,we establish a test system to research the characteristics of the leakage oil by experiments.The regularity of size distribution of the contaminative particle size flowing through the interval is analyzed by the liquid particle counting device.Furthermore,the two-dimensional geometric model of different clearances is set up.The effects of the clearance size,the particle diameter,the density and the concentration of the polluted oil are considered in the model.The distribution of the internal particle of the slide valve and the clearance leakage are numerically simulated by the software Fluent.The numerical simulation result is accordant with the experimental data.

【期刊名称】《液压与气动》

【年(卷),期】2017(000)009

【总页数】6页(P42-47)

【关键词】滑阀;Fluent仿真;颗粒分布;间隙泄漏量

【作者】郑长松;娄伟鹏;范家辉;李慧珠;张周立;杜秋

【作者单位】北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京电动车辆协同创新中心,北京100081;北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081;上海汽车变速器有限公司,上海201807;北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081;北京理工大学车辆传动国家重点实验室,北京100081

【正文语种】中文

【中图分类】TH137.52

液压滑阀配合间隙中的流动特性对滑阀的性能产生重要影响，尤其是液压油中不可避免含有污染颗粒，他们悬浮在油液中进入配合间隙，会导致阀芯卡滞，造成间隙表面磨损加剧，增大滑阀的内泄漏量，从而对滑阀的控制特性和工作可靠性造成严重影响。液压系统75%以上的故障是由油液中含颗粒物引起的[1]。

国内外学者对滑阀的流动特性进行了大量的研究，利用CFD方法分析了滑阀内部流道流场，进而定性的分析了流场与阀的结构参数[2-4]、阀芯所受液动力[5-6]以及能量损失机理[7-8]的关系。何琪功[9]针对固体颗粒侵入滑阀配合间隙，探究了颗粒分布的影响因素。HAILING A等[10]对不同的阀芯结构进行CFD仿真并结合试验研究，给出了流道内的压力场、流线图、和湍动能分布图等可视化结果。文献[12-13]采用Fluent欧拉-欧拉液固两相流模型对配合间隙内流场进行仿真。CHEN Q和STOFFEL B [14]采用数值模拟方法，建立伺服阀模型，将流体设置成多相流，采用标准湍流模型，对流体的湍流进行了研究。

对于大功率变速箱的液压阀换挡控制系统，由于其使用工况恶劣，导致油液污染严重，极大地影响了其工作性能。本研究针对此情况，搭建液压阀换挡控制系统试验台进行试验研究，并选取其中的缓冲换挡滑阀作为研究对象，从计算流体力学角度对其进行仿真研究，探究配合间隙中油液含颗粒情况下的流动特性。其结果对液压阀间隙设计及液压阀污染环境下的工作状况预测具有重要的指导意义。

1.1 液压缓冲控制系统

图1为液压缓冲阀组的结构图(部分)，该液压缓冲控制系统主要由阀体、控制阀芯、缓冲阀芯、调压塞等组成。该系统对于改善车辆的换挡品质、保证车辆的动力性能具有重要作用，是大功率车辆的传动换挡控制阀的关键部件之一。

1.2 试验方法

油液在流道内的流动可以通过传感器对压力和流量进行监测，而阀芯阀套的配合间隙很小，一般为5～25 μm，很难进行在线监测。因此，利用流经间隙的油液进行离线分析，能够很好的分析颗粒在配合间隙里的分布特点及通过配合间隙的泄漏量。通过改变阀芯尺寸形成10 μm与15 μm两种配合间隙，采用ACFTD试验粉尘模拟配制4种污染油浓度，结合颗粒计数器配制目标污染浓度，按照ISO 4406-1999污染等级代码表进行污染等级划分，分别命名为新油(22/21/15)、污染油

A(23/22/16)、污染油B(23/23/20)以及污染油C(23/23/21)，污染等级依次增大，油箱的体积为101.35 L。具体测试系统如图2所示。

在阀板上设计相应的泄漏测量油道，通过TCU控制换挡，当阀组工作在某一挡位下，测量在一定时间内该档位下缓冲换挡阀配合间隙的泄漏量。如图3所示，在1档时，缓冲换挡阀阀芯F1工作，对应的泄漏口为L2。设置秒表测量时间为30 s，用量筒收集泄漏口的泄漏油，并用精度为0.1 mg的电子秤称量其质量。

1.3 试验结果

1) 流经间隙的颗粒分布分析