一种基于增材制造的发散式阀体设计方法

本发明涉及液压传动控制领域，尤其涉及一种基于增材制造的发散式阀体设计方法。

背景技术：

1、电液伺服阀作为液压控制元件在整个液压伺服系统中起到对工作介质的压力、流量、流动方向进行调节控制，使得液压执行机构具有高质量的运动性能。因此电液伺服阀性能的优劣很大程度上决定了液压伺服系统的性能。而阀体作为电液伺服阀的重要组成部分，提供了一个结构性的外壳，用于支撑和保护内部的阀芯、传感器以及其他关键部件，为部件提供安装空间，防止受到外部环境的损害，确保稳定运行。阀体与其他密封部件相互配合，确保工作过程中液压传动介质不泄露，维持系统的正常运行。阀体内部设计了流体通道和腔室，为液体传动介质提供流动路径。

2、随着社会对能源的关注和环保要求的提高，促进液压传动技术向更为节能环保的方向发展。在一些应用领域，如移动设备和航空航天，对元件的使用空间和质量的要求尤为严格，促使电液伺服阀朝着轻量化和高性能的方向发展。但是受限与传统的减材制造和等材制造的加工手段，电液伺服阀阀体的设计、制造也受到约束，流道存在大量的直角拐弯、工艺孔、刀尖容腔等结构。这不利于液体传动介质的流动，造成压力损失，降低阀体性能，也不利于阀体的进一步轻量化设计。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术设计方法的不足，提出了一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，解决射流管式电液伺服阀阀体传统机加工过程中无法解决的工艺容腔等问题，提高液体传动介质的流动性能，提高射流管式电液伺服阀的响应。

2、本发明所采用的技术方法如下：一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，包括以下步骤：

3、确定使用工况和材料选取；

4、确定阀体油孔排布和设计约束；

5、确定每个腔室的流道支路数，利用fluent流场仿真建立阀体主油路的初步模型，利用tosca fluid优化阀体主油路流道，在阀体每个腔室上开多个流道口，与对应的流道接口连接，形成发散式连接，完成环绕式多支路流道设计；

6、设计附属流道、附属结构和支撑结构，利用workbench结构拓扑模块分析阀体初始模型，对阀体进行轻量化；得到最终的发散式阀体设计结果；

7、确定打印参数，对发散式阀体的设计结果进行增材制造成型设计，添加加工余量和支撑。

8、进一步地，阀体的使用工况包括额定工作压力、最大工作压力和工作流量。

9、进一步地，所述确定阀体油孔排布和设计约束时，需综合考虑满足流道的连通关系、阀体安全设计和校核准则、阀体安装与干涉原则的要求。

10、进一步地，阀体设计约束包括空间尺寸约束，流道接口约束、流道尺寸约束、附件安装空间约束和阀体安装空间约束。

11、进一步地，根据阀体流量、阀芯台阶尺寸参数计算获得阀体每个腔室的最佳流道支路数。

12、进一步地，所述确定每个腔室的流道支路数，需要考虑阀体安全设计，流体的流动性能。

13、进一步地，根据使用工况的工作流量计算出来的流道截面面积和增材制造的自支撑设计原则，获得初步设计的环绕式多支路流道，并根据需求的流道壁厚调整环绕式多支路流道轨迹或阀体设计约束。

14、进一步地，所述的环绕式多支路流道设计，需要满足流道的连通关系、阀体安全设计阀体安装与干涉原则的要求。

15、进一步地，利用workbench结构拓扑模块进行结构拓扑，设置阀体为设计域，采用变密度法，以重量为目标函数、以应力和变形为约束条件，获取阀体的拓扑优化构型。

16、本发明的有益效果如下：

17、采用l-pbf成型技术减少射流管式电液伺服阀阀体中工艺孔和工艺容腔，提高流体的流动性能，提高电液伺服阀性能。实现结构轻量化，提高成型材料利用率；

18、提出了基于增材制造成形的发散式阀体设计方法，降低了设计难度。

技术特征：

1.一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，阀体的使用工况包括额定工作压力、最大工作压力和工作流量。

3.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，所述确定阀体油孔排布和设计约束时，需综合考虑满足流道的连通关系、阀体安全设计和校核准则、阀体安装与干涉原则的要求。

4.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，阀体设计约束包括空间尺寸约束，流道接口约束、流道尺寸约束、附件安装空间约束和阀体安装空间约束。

5.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，根据阀体流量、阀芯台阶尺寸参数计算获得阀体每个腔室的最佳流道支路数。

6.根据权利要求5所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，所述确定每个腔室的流道支路数，需要考虑阀体安全设计，流体的流动性能。

7.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，根据使用工况的工作流量计算出来的流道截面面积和增材制造的自支撑设计原则，获得初步设计的环绕式多支路流道，并根据需求的流道壁厚调整环绕式多支路流道轨迹或阀体设计约束。

8.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，所述的环绕式多支路流道设计，需要满足流道的连通关系、阀体安全设计阀体安装与干涉原则的要求。

9.根据权利要求1所述的一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，其特征在于，利用workbench结构拓扑模块进行结构拓扑，设置阀体为设计域，采用变密度法，以重量为目标函数、以应力和变形为约束条件，获取阀体的拓扑优化构型。

技术总结本发明公开了一种基于增材制造的发散式阀体设计方法，包括：确定使用工况和材料选取；获取射流管式电液伺服阀阀体油孔排布和设计约束；确定每个腔室的流道支路数；利用Fluent流场仿真建立阀体主油路的初步模型；利用Tosca Fluid优化阀体主油路流体，提高流动性能，完成环绕式多支路流道设计。利用Workbench结构拓扑模块分析阀体初始模型，对阀体进行轻量化；得到最终的射流管式电液伺服阀阀体设计结果。本发明充分发挥L‑PBF成型技术的优势，提高材料利用率和装置使用效率，射流管式电液伺服阀阀体的结构和性能都将迈上一个新的台阶。技术研发人员：祝毅,蔡曦豪,司国雷,张超,石拓,陈君辉,赵枢明,陈小虎受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9