液压锥阀是液压系统中常用的液压元件之一,但由于其容易发生空化,造成系统压力、流量等不稳定,而且还会对元器件产生气蚀破坏,这严重限制了锥阀的应用范围,为了降低锥阀空化的发生,本课题将对液压锥阀进行抗空化结构优化设计研究。本文主要针对水液压锥阀的空化问题,利用Fluent软件对全锥面锥阀进行空化流分析,并提出锥阀抗空化结构改进方案,采用Kriging代理模型进行优化设计,得到理想的抗空化锥阀结构,具体研究如下:(1)锥阀空化流分析,并探讨阀芯锥角、阀口开度的变化对空化的影响。利用Fluent软件中的湍流模型、混合模型及空化模型对锥阀进行CFD仿真,分析阀内流场压力分布、速度变化及气体体积分数的大小情况,发现阀口位置流体速度高,压力低,是空化初生的主要区域。然后,通过对不同阀芯锥角及不同阀口开度下锥阀空化情况的仿真分析,研究阀芯锥角和阀口开度的变化对锥阀空化的影响。(2)锥阀抗空化结构改进方案。为了抑制锥阀空化的发生,对锥阀阀口结构进行改进,改进模型a是对锥阀阀座倒角面开一个三角形小槽,模型b在阀芯锥面开一个三角形小槽,模型c的阀芯锥面改为两个不同锥角的锥面,并且锥面之间留出一定间距,经过对三个模型的空化仿真比较,模型c的抗空化效果最好。(3)改进后的锥阀模型c结构比较复杂,通过分析发现,锥阀阀芯锥顶半锥角P、阀芯锥底半锥角Q和阀芯锥面间距H为影响锥阀空化的三个主要参数,对这三个参数进行5水平全因子实验设计,得到125个模型,并对每个模型进行空化分析,得出锥阀气体体积分数,为建立Kriging代理模型做准备。(4)建立阀芯锥顶半锥角P、阀芯锥底半锥角Q和阀芯锥面间距H与平均气体体积分数的Kriging代理模型,并验证模型的精度,利用遗传算法对代理模型寻优,得到最优的抑制空化的锥阀结构参数。本课题的研究为液压锥阀空化流的研究及锥阀抗空化结构设计提供了理论依据,具有一定的参考价值。