ارایه‌ی مدلی ریاضی برای تعیین نشت روغن در سوپاپ‌های کنترل جهت هیدرولیکی شامل اسپول

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول

10.22044/jsfm.2025.15107.3897

چکیده

در این مقاله، مدلی ریاضی برای تعیین نشت روغن در سوپاپ‌های کنترل جهت، مبتنی بر روزنه‌های حاصل از جابجایی و لقی اسپول، ارایه گردید. به منظور ارزیابی دقت مدل ریاضی، در شرایط کاری مختلف و اندازه‌گیری کمیت‌های مرتبط با نشت روغن در سوپاپ کنترل جهت شامل اسپول، طراحی و ساخت یک سامانه‌ی انتقال توان هیدرولیکی، انجام گرفت. در شرایط کاری مختلف، انطباق قابل قبولی میان نتایج حاصل از حل مدل ریاضی، با نتایج حاصل از اندازه‌گیری تجربی کمیت‌های مرتبط با نشت روغن بدست آمد. بررسی نتایج نشان داد که، استفاده از روغن‌های HL32 و HL68، نسبت به روغن HL46، در سامانه‌ی انتقال توان، به ترتیب، موجب افزایش 1/33 درصدی و کاهش 4/24 درصدی بیشینه نشت روغن، و همچنین، کاهش 2/14 درصدی و افزایش 9/19 درصدی حساسیت فشار سوپاپ کنترل جهت تناسبی می‌گردد. از سوی دیگر، افزایش فشار روغن در مجرای خروجی پمپ، از 50 به bar100، و همچنین، از 100 به bar200، به ترتیب، افزایش 6/88 و 8/77 درصدی بیشینه دبی روغن نشتی در سوپاپ کنترل جهت را به همراه دارد. به همین ترتیب، با افزایش دو برابری فشار روغن در مجرای خروجی پمپ، حساسیت فشار و بهره‌ی جریان سوپاپ کنترل جهت، به ترتیب، 3/33 و 3/41 درصد افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] 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.
[3] Tang W, Xu G, Zhang S, Jin S, Wang R (2021) Digital twin-driven mating performance analysis for precision spool valve. Machines 9(8): 157.
[4] Guo F, Xiang C, Chen Q, Zheng M, Yu W, Wang Y (2023) Method of predicting valve seal leakage considering deflection of the spool. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: J. Mech. Eng. Sci. 237(24):5911-5922
[5] Afatsun A, Tuna R (2019) A mathematical model for simulation of flow rate and chamber pressures in spool valves.  J. Dyn. Syst., Meas., Control 141(2): 021004.
[6] Ledvon M, Hruzik L, Burecek A, Dyrr F, Polasek T (2023) Leakage characteristics of proportional directional control valve. Processes 11(2): 512.
[7] Tamburrano P, Sciatti F, Plummer A.R, Distaso E, Palma P, Amirante R (2021) A review of novel architectures of servo valves driven by piezoelectric actuators. Energies 14(16): 4858.
[8] Rituraj R, Scheidl R (2021) Stability Analysis of Spools with Imperfect Sealing Gap Geometries. Int. J. Fluid Power 21(3): 383–404.
[9] Mao X, Wu C, Ding H, Li B, Liu Y (2020) Effect analysis of leakage in the middle position and improvement of an o-type 3-position-4-way directional valve with the spool structure. IOP Conference Series: Earth and Environ. Sci. 508:012160.
[10] Song F, Peng L, Chen J, Wang B (2021) Internal leakage predicition of hydraulic spool valves based on acoustic emission technology. J. Phys., Conference Series 2113: 012016.
[11] Jose T, Das J, Mishra S, Wrat G (2021) Early detection and classification of internal leakage in boom actuator of mobile hydraulic machines using SVM. Eng. Appl. Artif. Intell. 106(3): 104492.
[12] Qiu Z, Min R, Wang D, Fan S (2022) Energy features fusion-based hydraulic cylinder seal wear and internal leakage fault diagnosis method. Measurement 195(1): 111042.
[13] Li Y, Li R, Yang J, Yu X, Xu J (2023) Review of recent advances in the drive method of hydraulic control valve. Processes 11(9):2537.
[14] Jean-Charles M, Batoul A (2008) Enhanced model of four-way valve characteristics and its validation at low temperature. Int. J. Fluid Power 9(3): 35-43.

[15] Gordic D, Babic M, Milovanovic D, Savic S  (2011) Spool valve leakage behavior. Arch. Civ. Mech. Eng. 11(4): 859-866.

 

[16] Mondal M.K, Manna N.K, Saha R (2014) Study of leakage flow through a spool valve under blocked actuator port condition simulation and experiment. J. Mech. Eng. Sci. 22(1): 1405–1417.

 [17] Bergada J.M, Kumar S, Davies D.L, Watton J (2012) A complete analysis of axial piston pump leakage and output flow ripples. Appl. Math. Model. 36(4): 1731-1751.
[18] Ervin S, Franc M (2017) Comparison of leakage level in water and oil hydraulics. Adv. Mech. Eng. 9(11): 1–12.
[19] Tamburrano P, Plummer A.R, Elliott P, Palma P, Distaso E, Amirante R (2019) Internal leakage in the main stage of servo valves.  AIP Conf. Proc., 2191 (1): 020146.
[20] Chen J, Li F, Yang Y (2022) An accurate mathematical model and experimental research of pressure distribution in the spool valve clearance film. Math. Prob. Eng. 2022(1): 1-18.