Calculation of the Hydrodynamic Force on the Counterbalance Valve Pin Based on Simulation Flows of the Working Fluid in its Channels
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2024-176-5-77-83Keywords:
counterbalance valve, simulation, pressure loss, hydrodynamic forceAbstract
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.
References
Д. О. Лозінський, Л. Г. Козлов, О. В. Піонткевич, і О. І. Кавецький, «Оптимізація електрогідравлічного розподільника з незалежним керуванням потоків,» Вісник машинобудування та транспорту, № 1, с. 87-91, 2023. https://doi.org/10.31649/2413-4503-2023-17-1-87-91 .
В. І. Перепелиця, і Л. Г. Козлов, «Система управління на базі контролера для керування швидкістю руху каретки установки для формування заготовок цегли,» Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві, № 1, с. 190-196, 2023. https://doi.org/10.31649/2311-1429-2023-1-190-196 .
О. М. Яхно, та ін. «Прикладна гідроаеромеханіка і механотроніка,» підруч., О. М. Яхно. Ред. Вінниця, Україна: ВНТУ, 2017, 711 с.
Yu. A. Burennikov, L. G. Kozlov, and O.V. Petrov, “Determination of hydrodynamic force and improvement of the design of directional control valve for the mechatronic drive based on computer simulation of hydrodynamic processes,” Buletinul institutului politehnic din Iasi, Tomul LX (LXIV), fasc. 3-4, pp. 89-97, 2014.
P. S. Naragund, and V. B. Nasi, “CFD Method of Prediction and Validation of Operating Torque for Butterfly Valves with Various Disc Profiles,” Journal of Innovation in Mechanical Engineering, № 2(1), pp. 1-5, 2019.
H. Qi, H. Kwak, G. Park, B. Kim, and C. Kim, “Design of quadruple offset butterfly valve used in power plants,” Applied Sciences, no. 13(6), pp. 3656, 2023. https://doi.org/10.3390/app13063656 .
В. С. Лисенко, В. К. Буслов, і Є. Г. Муращенко, «Конструкція та математична модель гідропідсилювача крутного моменту,» Journal of Mechanical Engineering, NTUU" Kyiv Polytechnic Institute", no. 2 (61), pp. 160-163, 2011.
A. М. Murashchenko, A. P. Gubarev, O. M. Yakhno, and O. V. Tyzhnov, “Calculation of hydraulic channels of drives with taking in to account temperature and viscosity changes,” Mech. Adv. Technol, no. 2 (83), pp. 5-10, 2018. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2018.83.118414 .
Г. В. Солдаткін, і О. П. Губарев, «Вплив температури рідини на витратну характеристику трьох-лінійного пропорційного регулятора витрати,» Mech. Adv. Technol., vol. 8, no. 2, рр. 210-218, 2024. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.2(101).302386 .
О. В. Петров, Л. Г. Козлов, Н. С. Семічаснова, і Д. А. Солецький, «Експериментальне визначення сили тертя спокою та гідродинамічної сили на золотнику переливного клапана мультирежимного гідророзподільника,» Вісник машинобудування та транспорту, № 2, с. 59-67, 2016.
L. G. Kozlov, et al., “Experimental research characteristics of counterbalance valve for hydraulic drive control system of mobile machine,” Przegląd elektrotechniczny, vol. 95, № 4, pp. 104-109, 2019. https://doi.org/10.15199/48.2019.04.18 .
О. В. Ратушний, і Н. В. Семенова, «Методика дослідження напруженого стану золотника гідророзподільника,» Наукові нотатки, Луцьк, № 67, с. 121-127, 2019. https://doi.org/10.36910/6775.24153966.2019.67.19 .
Є.Ф. Чекулаєв, «Виконавчі механізми і регулюючі органи», навч. посіб., 3-є вид., Краматорськ, Україна: ДДМА, 2018, 196 с.
O. Petrov, L. Kozlov, D. Lozinskiy, and O. Piontkevych, “Improvement of the hydraulic units design based on CFD modeling,” in Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, Cham: Springer International Publishing, 2020, pp. 653-660. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_65 .
E. Krupa, and V. Nedovesov, “Сучасний стан програмних комплексів CFD для чисельного дослідження просторового потоку в гідромашинах,” Вісник Національного технічного університету"ХПІ", серія: Гідравлічні машини та гідроагрегати, №1, с. 98-103, 2019. https://doi.org/10.20998/2411-3441.2019.1.14 .
О. В. Баранюк, М. В. Воробйов, і А. Ю. Рачинський, CFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки засобами програмного комплексу, моногр., Київ, Україна : вид-во «Політехніка», 2023, 164 с.
Ф. Д. Матіко, В. І. Роман, і О. Я. Масняк, «Особливості налаштування CFD-програм для підвищення ефективності моделювання витратомірів,» Automation of technological and business processes, № 9(4), с. 97-104, 2017. https://doi.org/10.15673/atbp.v10i4.827 .
О. В. Піонткевич, «Підвищення ефективності багаторежимного гідроприводу фронтального навантажувача.» дис. канд. техн. наук : 05.02.02, Київ, НТТУ «КПІ», 2019, 249 c.
О. В. Піонткевич, «Вплив параметрів системи керування гідроприводом мобільної робочої машини на динамічні характеристики,» Вісник машинобудування та транспорту, № 2, с. 68-76, 2016.
L. Kozlov, et al., “Optimization of design parameters of a counterbalance valve for a hydraulic drive invariant to reversal loads,” Mechatronic Systems 1. Applications in Transport, Logistics, Diagnostics and Control. Routledge, 2021, pp. 137-148. https://doi.org/10.1201/9781003224136-12 .
Downloads
-
pdf (Українська)
Downloads: 7
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
