پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 127 |
| تعداد شمارهها | 7,157 |
| تعداد مقالات | 76,944 |
| تعداد مشاهده مقاله | 155,085,310 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 117,029,708 |
تحلیل عددی و شبیهسازی عملکرد گذرای شیر کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع در سامانههای انتقال توان هیدرولیکی | ||
| مهندسی بیوسیستم ایران | ||
| دوره 57، شماره 1، اردیبهشت 1405، صفحه 63-86 اصل مقاله (2.19 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijbse.2025.404503.665624 | ||
| نویسندگان | ||
| سید علیرضا حسینی نژاد1؛ پژمان نیک اندیش* 2 | ||
| 1گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران | ||
| 2گروه مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران | ||
| چکیده | ||
| شیرهای کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع، نقش موثری در بهبود کارایی سامانههای انتقال توان هیدرولیکی، در ماشینهای کشاورزی، دارند. با این حال، تغییر وضعیت سریع این شیرها، موجب بروز پدیدههای گذرای نامطلوبی، در سامانههای انتقال توان هیدرولیکی میشود که پایداری و بازدهی انرژی در آنها را تحت تأثیر قرار میدهد. در این پژوهش، با رویکرد عددی، تاثیر زمان تغییر وضعیت (۲ و ۲۰ms) و شعاع انحنای برآمدگیهای جزء متحرک اسپولی شکل (۰، ۲، ۴ و ۶μm)، بر مشخصههای عملکردی شیر کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع، در حالتهای پایا و گذرا، بررسی گردید. بدینمنظور، یک مدل سهبعدی دینامیک سیالات محاسباتی، با بهرهگیری از شبکه متحرک و مدل آشفتگی k-ε استاندارد، توسعه داده شد. برای اعتبارسنجی مدل عددی، طراحی و ساخت یک سامانهی انتقال توان هیدرولیکی، به منظور اندازهگیری مشخصههای عملکردی شیر کنترل مسیر، انجام گرفت. مقایسهی نتایج عددی و تجربی نشان داد که، اختلاف میان آنها در حالت پایا، کمتر از ۵ درصد و در حالت گذرا، کمتر از ۶ درصد است. همچنین، با کاهش زمان تغییر وضعیت شیر، از ۲۰ به ms۲، میانگین دبی روغن عبوری، 8/19 درصد کاهش و نیروی موردنیاز برای تغییر وضعیت، 8/29 درصد، افزایش یافت. علاوه بر این، ایجاد شعاع انحنای 2μm، در برآمدگیهای جزء متحرک اسپولی شکل، موجب افزایش 3/7 درصدی دبی روغن عبوری و کاهش 2/9 درصدی نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر تناسبی، در حالت پایا، شد. در حالت گذرا نیز، این اصلاح هندسی، باعث افزایش 3/15 درصدی دبی و کاهش 4/13 درصدی نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر تناسبی، گردید. | ||
| کلیدواژهها | ||
| شیر تناسبی؛ جریان گذرا؛ انتقال توان هیدرولیکی؛ دینامیک سیالات محاسباتی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical Analysis and Simulation of the Transient Performance of a High-Response Proportional Directional Control Valve in Hydraulic Power Transmission Systems | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Seyed Alireza Hoseininezhad1؛ Pezhman Nikandish2 | ||
| 1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran. | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran. | ||
| چکیده [English] | ||
| High-response proportional directional control valves play a crucial role in improving the efficiency of hydrostatic power transmission systems in agricultural machinery. However, the rapid switching of these valves can generate undesirable transient phenomena in hydrostatic power transmission systems, thereby compromising overall system stability and energy efficiency. In this study, a comprehensive numerical analysis was performed to investigate the influence of spool displacement speed (2 and 20ms) and the curvature radius of spool lands (0, 2, 4 and 6µm) on the performance characteristics of a high-response proportional directional control valve under both steady-state and transient operating conditions. A three-dimensional computational fluid dynamics model was developed using a moving-mesh approach coupled with the k"-" ε turbulence model to capture the transient flow behavior accurately. To validate the numerical results, a hydraulic power transmission test bench was designed and fabricated to experimentally measure the valve's performance parameters. The comparison revealed that deviations between the numerical and experimental results were less than 5% under steady conditions and less than 6% under transient conditions. Furthermore, reducing the valve switching time from 20 to 2ms resulted in a 19.8% decrease in the average flow rate and a 29.8% increase in the required actuation force. Moreover, introducing a 2µm curvature radius at the spool edges improved the steady-state flow rate by 7.3% and reduced the actuation force by 9.2%. Under transient conditions, this geometric modification further enhanced the flow rate by 15.3% and reduced the required actuation force by 13.4%. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Proportional Valve, Transient Flow, Hydraulic Power Transmission, Computational Fluid Dynamics | ||
| مراجع | ||
|
Chen, J., Li, F., Yang, Y. (2022). An Accurate Mathematical Model and Experimental Research of Pressure Distribution in the Spool Valve Clearance Film. Mathematical Problems in Engineering, 11, 1-18. https://doi.org/10.1155/2022/3524734 Domagala, M., Fabis, J. (2023). A Review of the CFD Method in the Modeling of Flow Forces. Energies, 16(16), 6059. https://doi.org/10.3390/en16166059 Fei, S., Jia, C., Likun, P., Jie, L. (2021). Experimental Research on the Internal Leakage of Hydraulic Slide Valve. Fluid Machinery, 49(7), 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-0329.2021.07.001 Gómez, I., González-Mancera, A., Newell, B., García-Bravo, J. (2019). Analysis of the Design of a Poppet Valve by Transient Simulation. Energies, 12(5), 889. https://doi.org/10.3390/en12050889 Ledvoň, M., Hružík, L., Bureček, A., Polášek, T., Dýrr, F., Kolář, D. (2023). Experimental and Numerical Analysis of Flow Force Acting on the Spool of Proportional Directional Valve. Processes, 11(12), 3415 https://doi.org/10.3390/pr11123415. Li, S., Du, J., Shi, Z., Xu, K., Shi, W. (2022). Characteristics Analysis of the Pilot-Operated Proportional Directional Valve by Experimental and Numerical Investigation. Energies, 15(24), 9418. https://doi.org/10.3390/en15249418 Li, R., Sun, Y., Wu, X., Zhang, P., Li, D., Lin, J. 92023). Review of the Research on and Optimization of the Flow Force of Hydraulic Spool Valves. Processes, 11(7):2183. https://doi.org/10.3390/pr11072183 Lisowski, E., Filo, G., Pluskowski, P., Rajda, J. (2023). Flow Analysis of a Novel, Three-Way Cartridge Flow Control Valve. Applied sciences, 13, 3719. https://doi.org/10.3390/app13063719 Lisowski, E., Filo, G., Rajda, J. (2024). Adjustment of Proportional Control Valve Characteristics via Pressure Compensation Using Flow Forces. Energies, 17, 1546. https://doi.org/10.3390/en17071546 Mao, Q., Jia, X., Liu, Z., Li, G., Cao, Y., Yang, Q. (2024). Study on Steady Flow Force of a Bidirectional Throttling Slide Valve and Its Compensation Optimization. Applied Sciences, 14, 11037. https://doi.org/10.3390/app142311037 Kosek, M., Sliwinski, P. (2025). Shaping the Flow Characteristics of a Proportional Directional Valve. Tang, W., Xu, G., Zhang, S., Wang, R. (2021). Digital Twin-Driven Mating Performance Analysis for Precision Spool Valve. Machines, 9(8), 157. https://doi.org/10.3390/machines9080157 Yao, H., Zhang, E., Liu, Y., Du, J., Yin, X. (2025). Design and Experiment of an Automatic Leveling System for Tractor-Mounted Implements. Sensors, 25, 3707. https://doi.org/10.3390/s25123707 Wang, H., Xu, M., Cao, Z. (2024). Analysis of Underlapped Symmetrically Ported Valve-Controlled Asymmetric Cylinder Drive. Applied Sciences, 14, 2870. https://doi.org/10.3390/app14072870 Wang, B., Yang, L., Gao, T., Meng, Q., Xiao, S., Ai, C. (2025). Small Opening Flow Linearity Optimization of High-Pressure and Large-Flow Two-Way Proportional Throttle Valve. Machines. 13, 354. https://doi.org/10.3390/machines13050354 Wu, Y., Ruan, Y., Zhang, J., Wang, S., Wang, L., Du, X. (2025). Dual-Variable Control Load-Sensing System for Multi-Way Valves in Hilly and Mountainous Tractors. Plos One, 20(5), https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0321940 Zhang, J., Lu, Z., Xu, B., Su, Q. (2019). Investigation on the Dynamic Characteristics and Control Accuracy of a Novel Proportional Directional Valve with an Independently Controlled Pilot Stage. ISA Trans, 93, 218-230. Zhang, H., Liao, Y., Tao, Z., Lian, Z., Zhao, R. (2022). Dynamic Characteristics of a Novel High-Pressure and Large-Flow Water Hydraulic Proportional Valve. Machines, 10(1), 37. https://doi.org/10.3390/machines10010037 Zhang, Y., Li, S., Wang, X. (2023). Transient Cavitation Flow Characteristics in a High-Speed Hydraulic Proportional Directional Valve. International Journal of Mechanical Sciences, 254, 108432. Zhang, S. Z., Lin, Z. H., Chen, S. J., Jin, Z. J., Qian, Z. Y. (2024). Unbalanced Force Analysis on Valve Core Clamping in Hydraulic Spool Valves. Annals of Nuclear Energy, 203, 110505. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110505. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 63 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 87 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب