Розрахунок гідродинамічної сили на золотнику врівноважувального клапана на основі імітаційного моделювання течії робочої рідини в його каналах

Abstract

The improvement of the hydraulic equipment of mobile working machines ensures the competitiveness of production, the efficiency of working characteristics, and the solution of problems that arise during the operation of the equipment. The process of improving hydraulic equipment includes complex design stages. During the design of hydraulic equipment, modern approaches involve the development of mathematical models, the study of theoretical operating characteristics, simulation modeling, the production of a test sample and the verification of its real operating characteristics with further improvement. In turn, a modern design engineer uses MATLAB, Autodesk Inventor and Simulation CFD software packages to consistently perform design stages, which allows to achieve successful results. The simulation modeling of the flow of the working fluid in the channels of the counterbalance valve is considered in detail. The main function of the counterbalance valve is to ensure the proportional control of the speed of cargo movement. The study considered the peculiarities of the flow of the working fluid through the channels of the leveling-chewing valve in order to take this process into account in the mathematical model. The authors of the article analyze the three-dimensional model of the counterbalance valve and the process of simulating the flow of the working fluid through its channels. An uneven distribution of pressure in the grooves of the main spool of the counterbalance valve was recorded. The value of the pressure distribution in the longitudinal section of the flow of the working fluid passing through the working window of the main spool was calculated, and the pressure distribution on other surfaces of this spool was also taken into account. Analysis of the pressure distribution on the surface of the main spool allows to transform the obtained values into the total hydrodynamic force on the main spool. The analysis of the pressure distribution under different initial conditions made it possible to obtain an approximate dependence of the hydrodynamic force. This dependence is proposed to be used in mathematical models to improve the counterbalance valve, which will ensure an increase in the accuracy of the simulation results.

Удосконалення гідроапаратури мобільних робочих машин забезпечує конкурентоспроможність продукції, ефективність робочих характеристик, вирішення проблем, які виникають під час експлуатації обладнання. Процес удосконалення гідроапаратури включає складні етапи проєктування. Під час проєктування гідроапаратури сучасні підходи передбачають розробку математичних моделей, дослідження теоретичних робочих характеристик, проведення імітаційного моделювання, виготовлення дослідного зразка та перевірка його реальних робочих характеристик з подальшим вдосконаленням. В свою чергу сучасний інженер-конструктор за рахунок пакетів програмного забезпечення MATLAB, Autodesk Inventor та Simulation CFD послідовно виконує етапів проєктування, що дозволяє досягти успішних результатів. Детально розглянуто імітаційне моделювання течій робочої рідини в каналах врівноважувального клапана. Основна функція врівноважувального клапана ― забезпечення пропорційності керування шви-дкістю руху вантажу. У дослідженні розглянуто особливості течії робочої рідини по каналах врівнова-жувального клапана для врахування цього процесу в математичній моделі. Автори статті аналізують тривимірну модель врівноважувального клапана та процес імітації течії робочої рідини по його каналах. Зафіксовано нерівномірний розподіл тиску в пазах основного золотника врівноважувального клапана. Розраховано значення розподілу тиску в поздовжньому перерізі потоку робочої рідини, що проходить через робоче вікно основного золотника та враховано розподіл тиску і по іншим поверхням цього золотника. Аналіз розподілу тиску по поверхні основного золотника дозволяє трансформувати отримані значення в сумарну гідродинамічну силу на основному золотнику. Аналіз розподілу тиску за різних поча-ткових умов дозволив отримати апроксимовану залежність гідродинамічної сили. Цю залежність пропонується використовувати в математичних моделях для удосконалення врівноважувального клапана, що забезпечить підвищення точності результатів моделювання.