阀芯旋转式换向阀的设计及特性研究

发布时间：2017-04-11 21:06

  本文关键词：阀芯旋转式换向阀的设计及特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激振器能使被激物体获得一定形式和强度的振动,实现振动模拟或利用振动完成捣固、破碎等任务,已广泛用于汽车、航空航天、机电系统、机械捣固、振动破岩等领域。如铁路道碴捣固装置,捣镐把振动力传递给石碴,石碴产生振动和移动,增加道床的密实度,是铁路路基实现机械化养护的重要装备。该装备的可靠性和作业效率取决于捣固装置所能产生的激振频率和波形,对激振器的要求是载荷和输出功率大,频宽高且可变。通过对现有机械式、电动式以及电液式激振形式的对比发现,电液激振方式因为功率密度高,推力大、无级调幅以及负载自适应等特点,成为捣固装置中激振器的不二选择。目前常用的电液激振器主要是以换向阀或伺服阀控制流体的通断而产生振动,制约此类激振器发展的主要是阀的发展,现有的阀难以解决过流面积,阀芯行程与振动频率和波形的矛盾。因此,解决电液激振器中阀的问题,对捣固装置及类似的激振设备具有重要的意义。 本文基于捣固装置的电液激振器,设计了一种阀芯旋转式四通换向阀,并提出了基于振动波形的阀芯设计方法。阐述了此种旋转换向阀的工作原理,利用基于振动波形的阀芯设计方法,比较了阀芯不同开口形式的特点,并根据具体的使用要求对转阀进行具体尺寸设计；对设计的转阀进行内部流场分析,揭示转阀的内部流动规律；利用理论及实验的方法,验证转阀的压力流量特性及液动力特性,并分析不同结构参数对转阀静态特性的影响。将阀放入整个系统中,研究转阀的动态特性,验证其是否能够达到预定的使用要求,并搭建相关的实验台,采集液压缸的运动参数,从而得出转阀的动态特性,为转阀进一步的发展提供理论依据。 论文的研究内容如下： 第一章首先介绍了激振器的研究现状,对比分析了三种激振器的优缺点,随后介绍了转阀在国内外的研究现状及流量特性和液动力特性的研究现状,流场分析在研究阀时的重要性。研究现有激振器中用到的阀存在的不足,进而指出本课题研究的背景及所要开展的研究内容。 第二章首先解释了转阀的工作原理,主要提出了基于振动波形的阀芯设计方法,在此基础上设计了阀芯旋转式换向阀。分析比较了不同开口形式的特点,并对转阀进行具体的结构尺寸设计,包括阀体、阀套、进出油口的大小以及关键部件的选择。 第三章利用Fluent软件对转阀的内部流场进行可视化研究,分为两种方式,一是通过选取旋转阀的不同开口时的导通面积进行静态建模仿真；二是直接进行动态流场仿真。通过对转阀内部的压力场、速度场及气穴现象的仿真分析,揭示内部流动规律及容易出现低压甚至负压的区域,分析内部射流角的变化规律和气穴产生的机理以及对转阀性能的影响,为转阀的内部结构优化提供依据。 第四章主要分析了转阀的静态特性,包括转阀的压力流量特性以及稳态液动力特性。得出转阀的静态压力与流量曲线,并研究开口对特性曲线的影响,仿真分析了不同开口形式及不同频率下的流量特性曲线,找出限制转阀提高的关键因素,并在实验的基础上得出了转阀的静态压力流量特性。理论上推导出液动力的计算公式并通过仿真研究不同参数对转阀稳态液动力的影响。 第五章主要从整个系统角度出发,验证转阀的动态性能。首先从理论角度,建立整个系统的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下搭建系统的仿真模型,分析了换向阀的工作频率和阀口周向导通宽度对转阀动力学特性能的影响。并分析了转阀的阶跃响应与幅频特性曲线。然后从实验角度验证理论分析的正确性,确定实验方案,基于实验目标对实验台进行设计,包括液压系统设计,数据采集与处理系统的确定。在现有测试平台的基础上搭建整个实验系统。得出了位移,速度与加速度的数值,与理论分析的结果进行对比。验证理论分析的正确性及找出实际运动中容易出现的问题,为进一步的优化提供理论与实验基础。 第六章总结了论文的研究工作与成果,并展望了今后进一步的研究工作与方向。
【关键词】：电液激振器 阀芯旋转式换向阀 流场分析 Fluent 静态特性 液动力 响应分析 动态特性 Matlab/Simulink
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 绪论14-31
• 1.1 激振器概述14-19
• 1.1.1 激振器的分类14-16
• 1.1.2 国外电液激振器的研究现状16-17
• 1.1.3 国内电液激振器的研究现状17-18
• 1.1.4 电液激振器的发展趋势18-19
• 1.2 液压转阀的现状19-22
• 1.2.1 国外液压转阀的研究现状19-21
• 1.2.2 国内液压转阀研究现状21-22
• 1.3 液压阀特性研究现状22-27
• 1.3.1 液压阀液动力研究现状23-26
• 1.3.2 流量特性的研究现状26-27
• 1.4 流场分析在液压技术中的应用27-29
• 1.5 课题研究的意义及内容29-30
• 1.5.1 课题研究意义29
• 1.5.2 课题主要研究内容29-30
• 1.6 本章小结30-31
• 2 阀芯旋转式换向阀的设计31-46
• 2.1 换向阀的原理31-32
• 2.2 基于振动波形的阀芯设计方法32-41
• 2.2.1 阀芯开口特性研究34-39
• 2.2.2 开口尺寸的确定39-41
• 2.3 阀体尺寸的确定41-42
• 2.3.1 进出油口直径的确定41-42
• 2.3.2 阀体的厚度42
• 2.4 电机械转换器及其他零件的选择42-45
• 2.4.1 电机械转换器42-44
• 2.4.2 其他零件的设计与选择44-45
• 2.5 本章小结45-46
• 3 转阀内部流场分析46-64
• 3.1 流体仿真基本方程及FLUENT软件的基本构成46-49
• 3.2 计算模型及边界条件49-51
• 3.2.1 静态仿真边界条件49-50
• 3.2.2 动态仿真边界条件50-51
• 3.3 压力场比较51-55
• 3.3.1 静态求解结果51-53
• 3.3.2 动态求解结果53-55
• 3.4 速度场比较55-59
• 3.4.1 静态求解结果55-57
• 3.4.2 动态求解结果57-59
• 3.5 阀口气穴流动分析59-62
• 3.5.1 两相流基本模型60-61
• 3.5.2 气穴模型的初始化61
• 3.5.3 结果分析61-62
• 3.6 本章小结62-64
• 4 转阀的静态特性研究64-80
• 4.1 压力-流量特性分析64-68
• 4.2 液动力特性的理论及仿真分析68-74
• 4.2.1 液动力的分类68-69
• 4.2.2 稳态液动力的计算69-71
• 4.2.3 液动力的数值模拟与仿真结果的对比71-74
• 4.3 实验系统方案设计74-76
• 4.3.1 静态特性测试装置设计74-75
• 4.3.2 测量油路设计75-76
• 4.3.3 测量原理及实验方案76
• 4.4 实验结果对比76-78
• 4.4.1 定压差时的特性分析77
• 4.4.2 定流量时的特性分析77-78
• 4.4.3 定开口时的特性分析78
• 4.5 本章小结78-80
• 5 转阀的动态特性研究80-97
• 5.1 动态特性数学模型的建立80-86
• 5.1.1 激振液压缸的原理80-81
• 5.1.2 液压缸流量连续性方程及力平衡方程81-83
• 5.1.3 液压缸限位孔压降方程83-85
• 5.1.4 转阀的运动方程85-86
• 5.2 仿真分析86-90
• 5.2.1 阀芯转速对转阀动态性能的影响86-88
• 5.2.2 周向开度x_v对转阀动态性能的影响88-89
• 5.2.3 转阀的响应特性分析89-90
• 5.3 实验台的搭建90-93
• 5.3.1 测量装置设计90-91
• 5.3.2 实验油路及原理91-92
• 5.3.3 参数测量与数据采集系统92-93
• 5.4 实验结果分析93-95
• 5.4.1 阀芯转速的影响93-94
• 5.4.2 压差的影响94-95
• 5.5 本章小结95-97
• 6 总结与展望97-99
• 6.1 论文总结97-98
• 6.2 工作展望98-99
• 参考文献99-106
• 作者简历及硕士期间的科研成果106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王燕华;程文p<;陆飞;陈忠范;;地震模拟振动台的发展[J];工程抗震与加固改造;2007年05期

2 翁敏红;D08-32型捣固装置结构改进[J];机车车辆工艺;2005年04期

3 付永领,宋国彪,裴忠才,王占林;新型直接驱动伺服阀的稳态液动力分析[J];机床与液压;1998年06期

4 朱碧海,刘银水,李壮云,杨友胜;水压节流阀口流量特性的实验研究及水压节流阀的研制[J];机床与液压;2004年05期

5 阮健,裴翔,李胜;2D电液数字换向阀[J];机械工程学报;2000年03期

6 冀宏,傅新,杨华勇;非全周开口滑阀稳态液动力研究[J];机械工程学报;2003年06期

7 贺小峰,黄国勤,杨友胜,李壮云;球阀阀口流量特性的试验研究[J];机械工程学报;2004年08期

8 阮健,李胜,裴翔,俞浙青;数字阀的分级控制及非线性[J];机械工程学报;2005年11期

9 周盛;徐兵;杨华勇;;高速开关阀液动力补偿[J];机械工程学报;2006年S1期

10 项德明,高富强;电液式振动台智能控制器的研制[J];控制工程;2003年05期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 冀宏;液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究[D];浙江大学;2004年

2 关广丰;液压驱动六自由度振动试验系统控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

3 崔剑;回转直动式电液伺服阀关键技术研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 余学立;低含水率原油在倾斜管中的油水两相流数值模拟研究[D];北京交通大学;2011年

2 闵超庆;新型捣固装置设计及其电液激振器特性研究[D];浙江大学;2012年

3 崔晓;高频电液伺服振动台的研究[D];沈阳工业大学;2005年

4 陈立旦;新型2D高频阀设计及性能分析[D];浙江工业大学;2009年

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本文编号：299950