２００９年９月

丁子平等：有限元分析在液压阀块设计中的应用

ＭＰａ；该阖块高压孔道直径约为６１００

ｍｍ一６２００

ｍｍ，且内部有交叉孔，孔道交叉位置壁厚是有限元

强度校核关键部分。图４一图６是有限元分析结果示

意图。

图３阀块有限元分析简化模型

图４阀块响应质量

图５阀块应力图

图６阀块结构性能图

通过有限元分析，该闺块在壁厚较薄处等效应

力较大，约为１００ ＭＰａ，应力值在许用范围内，局部

孔道尖角应力达到１５０ ＭＰａ，但其对阀块整体性能

无影响，可以忽略。由有限元分析结果上可以看出该

阀块整体结构性能良好。该阀块在应力分析过程中，

对孔道迸行了交互式优化设计，适当调整孔道走向

和孔径，减少回路流阻损失，在应力较为集中的位置

增大交叉孔间的壁厚，经优化后的阀块整体重量比

最初设计重量减轻了约１

０００

ｋｇ。该产品在后续的

试验中一次性通过验证。

实际应用时，为加快阀块应力分析计算时间，可

进一步简化有限元模型，仅对阀块孔道应力集中位

置进行关键部位的应力分析。对于可靠性要求高的

液压系统和压力交变系统。应适当加大孔道壁厚，提

高阕块强度安全系数。

性校核孛应用。

在船舶和冶金行业中经常会遇到设备空间布局

受限，这些设备的液压阀组需要采用紧凑的立式布

局方式，以减少对安装空间要求。在阀组回路较多

时，阀组的高度可达２ ｎｌ；若采用整体阀块加工。其

加工难度大、工时长，这对阀块的制造极其不利，此

外阀块的锻件加工也是制造瓶颈。采用叠加式阀块

设计，可有效的解决以上问题，不仅避免了细长深孔

加工的工艺难点、也解决了超大尺寸锻件加工技术

问题，同时极大的缩短了加工周期。

为宁波钢厂精轧机组设计的液压阀组，左右两

组叠加式阀组集成在公共底块上，阀组总高度约为

２ １００

ｍｍ，最大工作流量为１

２００

Ｌ／ｍｉｎ；工作压力

２１

ＭＰａ。因控制回路复杂，该叠加式阀组长宽尺寸

较大，约为３２０

ｍｉｎｘ３００

ｒａｍ；且部分比例伺服控制

回路存在交变应力，各分阀组间的连接安装面密封

可靠性对液压系统的运行至关重要。在该阀块设计

时对安装面进行了有限元应力分析，并对部分参数

进行了交互优化设计。

叠加阀块连接面在螺钉预紧后两个阀块材料本

体有相互侵入应力变形，必须在建模时予以考虑。叠

加阀块有限元分析的模型建立方法，本文不做详细

叙述，可参考有关资料。叠加阀组中应力变形较大的

是阖组顶块，图７～图ｌＯ是叠加式阀块顶块安装西

有限元分析局部模型和分析结果示意图。在顶块有

限元分析图中可以看出阀块紧同螺钉部分是应力集

中部位，高压油口附近是阀块间隙变形最大位置。

叠加式阀块设计重点在控制间隙变形量，避免

连接面间的０形圈挤入间隙失效，导致阀块层间泄

圈７顶块模型图

２非标安装面密封性校核

在液压系统阀块设计中，经常会遇到采用非标

安装面的阀块，此类安装面的设计也大多根据经验

采用类比方式设计。需要在后续试验中验证。而有限

元分析为安装面密封性校核提供了手段。以下简单

介绍有限元分析在层叠式阀块设计中的安装面密封

图８顶块响应质量囝

万方数据