电液激振转阀动态特性研究
发布时间：2021-11-16 12:04
电液激振器主要用于产生一定形式和规律的激振力,具有无极调频、自适应性强、激振效率高等优良特点。电液激振器在科学研究和工程应用上都有着重要地位,在航空航天领域的振动试验、行走机械的环境试验、工程材料领域的振动试验、建筑等的抗震试验等领域有着广泛应用。电液激振器的研究正在向激振频率高、激振力大的方向发展,旋转阀控式电液激振器由于结构紧凑、运行稳定等优点,成为了一种重要的电液激振器形式。现有用于金属纳米化的金属表面机械研磨装置普遍采用电机驱动偏心轮来完成振动箱的直线往复振动。针对金属表面机械研磨装置存在振动频率低、发热量大和频率固定的问题,提出一种以电液激振器驱动液压缸直线往复运动为振动方式的机械研磨装置。本文基于采用电液激振器驱动液压缸的机械研磨试验装置来研究电液激振器中转阀的动态特性,主要研究转阀和液压缸组成的液压激振系统。采用理论建模、数值仿真和实验验证相结合的方式对电液激振器中的转阀进行动态特性研究。本文设计了一种转阀结构,阐述了其工作原理,建立了转阀的面积模型以及转阀与液压缸的理论模型,应用CFD数值仿真对转阀的流场特性进行了动态分析,揭示了转阀的内部流动特性,并且设计实验进行间接...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高频转阀示意图
利学者Ruggeri等人[15]设计了一种2自由度电液控制阀，如图1-2所示，其中1为旋转电机，2是阀套，3是阀体，4是阀芯，5是销轴，6是弹簧，7是线性电机，此阀的运动依靠旋转电机和线性电机共同作用，其中旋转电机控制阀芯旋转，线性电机控制阀套轴向运动。阀芯和阀套两种独立的运动特点使其具有容错性，当其中一个自由度失效，转阀仍然可以工作，还有就是这种特点可以提高工作频率和响应速度。阀芯上的凹槽和阀套上开口随着各自独立的运动形成高速通断的通液通道。1.旋转电机;2.阀套;3.阀体;4.阀芯;5.销轴;6.弹簧;7.线性电机图1-22自由度转阀示意图Fig.1-2Diagramofa2-DOFrotaryvalve美国明尼苏达大学的Li等人[16]设计了一种高速开关转阀结构并研究其相关特性，其流量通过PulseWidthModulation(PWM)信号控制，在转阀额定流量为40ml/L时，PWM的频率可以达到84Hz，比线性开关的频率高约400%，阀芯旋转使得阀芯上表面的螺旋凹槽与阀套开口的配合形式来完成油路的通断控制，其工作频率取决于阀芯的旋转速度，而且阀芯的轴向位移控制可以精确控制转阀的流量，这种设计比较容易输出高频激励。之后，明尼苏达大学的Wang等[17]在此基础上对转阀的结构进行了改进，应用ComputationalFluidDynamics(CFD)方法对阀内流场进行了仿真研究，研究结果表明，相比之前，改进的转阀节流损失降低了62.5%，压降损失降低了66%，其效率得到了进一步的提高。美国的Caterpillar公司Kerckhove等人[18]设计了一种转阀结构，如图1-3所示，1为旋转电机，2是联轴器，3是扭簧，4是供油口，5是回油口，6是高压油路，7是后阀套窗，8是低压螺旋槽，9是主阀芯，10是压缩弹簧，11是左腔，12是高压螺旋槽，13是前阀套窗，14是右腔，15是低压油路。先导旋转阀的阀芯上设有由高压槽和低压
口相连。当先导旋转阀的阀芯旋转到某个角度时，阀套上的径向对称圆形开口与先导旋转阀芯上的螺旋槽重叠，使先导旋转阀芯上螺旋槽流出的油通过阀套上的圆形开口流入左腔或者右腔。阀芯上高压螺旋槽与圆形开口的重叠区的面积不同于低压螺旋槽与圆形开口的重叠区面积，所以左右腔之间存在一定的压差，可以推动阀套轴向移动，进而可以完成电液换向阀的高速换向和流量控制。1.旋转电机2.联轴器3.扭簧4.供油口5.回油口6.高压油路7.后阀套窗8.低压螺旋槽9.主阀芯10.压缩弹簧11.左腔12.高压螺旋槽13.前阀套窗14.右腔15.低压油路图1-3先导旋转阀控制电液换向阀示意图Fig.1-3Diagramofanelectro-hydraulicreversingvalvecontrolledbypilotrotaryvalve1.2.2国内研究现状我国的很多学者在电液激振转阀的特性方面进行了许多研究。浙江工业大学的阮健等人[19]设计了一种2D电液换向阀，通过对阀芯的旋转和轴向移动的这两者运动的耦合控制来提高转阀的换向频率，并且对转阀阀芯的沟槽数和阀套的开口数之间的关系进行了研究，然后通过理论和实验相结合的方式来探究2D电液激振频率的影响因素。之后浙江工业大学的任燕等人[20][21]以2D电液换向阀为基础，对转阀的结构进行了优化改进，用其与标准伺服阀并联可以提高电液激振输出频率和控制精度。并且对并联机构建立了方程进行求解，然后结合实验进行了对比分析，提出了电液激振谐振的分析方法。随后在此基础上对转阀的特性进行了进一步的研究和改进[22][23]，将其应用到惯性负载高频激振系统中，对其建立了对应的模型，在激振波形和频率等通过实验和理论对比的方式进行了分析，得出了谐振频率的相关结论。浙江大学的刘毅等人[24][25]对电液激振转阀的进行了许多研究工作，为了提高电液激振转阀的输出频率，基于捣?
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有非对称阻尼网络平衡阀的动态特性分析[J]. 王建森,陈波,李培勇,黄累,王万春. 兰州理工大学学报. 2019(06)
[2]阀控非对称缸全液压转向系统建模与动态性能分析[J]. 彭京,牛慧峰,李振宝,刘晓聪,姜万录. 机床与液压. 2019(20)
[3]基于液压激振的桩锤直线冲击振动耦合沉桩设备的研究[J]. 李超宇,吴娟,寇子明. 机床与液压. 2019(13)
[4]基于AMESim的转阀式液压激振器工艺参数匹配[J]. 蔡改贫,刘鑫,祁步春. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]AZ31镁合金在表面机械研磨过程中组织的演变[J]. 赵重阳,宁江利,徐博,孙明帅,冯运莉. 轻合金加工技术. 2019(03)
[6]旋转油封密封织构化界面的密封性能研究[J]. 金晚君,孟祥铠,梁杨杨,沈明学,彭旭东. 流体机械. 2018(12)
[7]金属材料表面机械研磨技术机理及研究现状[J]. 张辉,宫梦莹. 鞍钢技术. 2018(06)
[8]两自由度高频转阀阀口压力特性研究[J]. 刘智,杨伟,张涛川. 机床与液压. 2018(20)
[9]机械研磨对5A02合金组织与力学性能的影响[J]. 石晓梅,刘贝贝. 金属热处理. 2018(07)
[10]高速高压间隙密封试验台设计方法研究与实践[J]. 范宗敏,余陵,蔡文祥. 流体机械. 2018(03)
博士论文
[1]捣固装置及其电液激振技术的研究[D]. 刘毅.浙江大学 2013
[2]高频电液激振器的特性研究[D]. 任燕.浙江工业大学 2012
硕士论文
[1]液压直线振动冲击锤试验系统的设计及研究[D]. 李超宇.太原理工大学 2019
[2]阀芯回转式电液伺服阀特性研究[D]. 龙小建.江西理工大学 2019
[3]基于功率键合图的转阀式液压激振器运动特性研究[D]. 祁步春.江西理工大学 2018
[4]水压组合阀结构设计与仿真研究[D]. 魏本柱.安徽理工大学 2017
[5]拖拉机液压系统多路阀结构设计及优化[D]. 崔彦斌.河南科技大学 2017
[6]基于砌块成型机的新型电液激振装置的研究[D]. 陆小霏.福州大学 2016
[7]基于阀芯旋转式四通换向阀的冲击激振技术研究[D]. 王伟.浙江大学 2016
[8]转阀配流液压振动器工作特性研究[D]. 井伟川.辽宁工程技术大学 2015
[9]单作用双泵双速马达专用换向阀设计与研究[D]. 杜永帅.燕山大学 2015
[10]电液激振高速换向技术[D]. 韩冬.浙江大学 2014
本文编号：3498852
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高频转阀示意图
利学者Ruggeri等人[15]设计了一种2自由度电液控制阀，如图1-2所示，其中1为旋转电机，2是阀套，3是阀体，4是阀芯，5是销轴，6是弹簧，7是线性电机，此阀的运动依靠旋转电机和线性电机共同作用，其中旋转电机控制阀芯旋转，线性电机控制阀套轴向运动。阀芯和阀套两种独立的运动特点使其具有容错性，当其中一个自由度失效，转阀仍然可以工作，还有就是这种特点可以提高工作频率和响应速度。阀芯上的凹槽和阀套上开口随着各自独立的运动形成高速通断的通液通道。1.旋转电机;2.阀套;3.阀体;4.阀芯;5.销轴;6.弹簧;7.线性电机图1-22自由度转阀示意图Fig.1-2Diagramofa2-DOFrotaryvalve美国明尼苏达大学的Li等人[16]设计了一种高速开关转阀结构并研究其相关特性，其流量通过PulseWidthModulation(PWM)信号控制，在转阀额定流量为40ml/L时，PWM的频率可以达到84Hz，比线性开关的频率高约400%，阀芯旋转使得阀芯上表面的螺旋凹槽与阀套开口的配合形式来完成油路的通断控制，其工作频率取决于阀芯的旋转速度，而且阀芯的轴向位移控制可以精确控制转阀的流量，这种设计比较容易输出高频激励。之后，明尼苏达大学的Wang等[17]在此基础上对转阀的结构进行了改进，应用ComputationalFluidDynamics(CFD)方法对阀内流场进行了仿真研究，研究结果表明，相比之前，改进的转阀节流损失降低了62.5%，压降损失降低了66%，其效率得到了进一步的提高。美国的Caterpillar公司Kerckhove等人[18]设计了一种转阀结构，如图1-3所示，1为旋转电机，2是联轴器，3是扭簧，4是供油口，5是回油口，6是高压油路，7是后阀套窗，8是低压螺旋槽，9是主阀芯，10是压缩弹簧，11是左腔，12是高压螺旋槽，13是前阀套窗，14是右腔，15是低压油路。先导旋转阀的阀芯上设有由高压槽和低压
口相连。当先导旋转阀的阀芯旋转到某个角度时，阀套上的径向对称圆形开口与先导旋转阀芯上的螺旋槽重叠，使先导旋转阀芯上螺旋槽流出的油通过阀套上的圆形开口流入左腔或者右腔。阀芯上高压螺旋槽与圆形开口的重叠区的面积不同于低压螺旋槽与圆形开口的重叠区面积，所以左右腔之间存在一定的压差，可以推动阀套轴向移动，进而可以完成电液换向阀的高速换向和流量控制。1.旋转电机2.联轴器3.扭簧4.供油口5.回油口6.高压油路7.后阀套窗8.低压螺旋槽9.主阀芯10.压缩弹簧11.左腔12.高压螺旋槽13.前阀套窗14.右腔15.低压油路图1-3先导旋转阀控制电液换向阀示意图Fig.1-3Diagramofanelectro-hydraulicreversingvalvecontrolledbypilotrotaryvalve1.2.2国内研究现状我国的很多学者在电液激振转阀的特性方面进行了许多研究。浙江工业大学的阮健等人[19]设计了一种2D电液换向阀，通过对阀芯的旋转和轴向移动的这两者运动的耦合控制来提高转阀的换向频率，并且对转阀阀芯的沟槽数和阀套的开口数之间的关系进行了研究，然后通过理论和实验相结合的方式来探究2D电液激振频率的影响因素。之后浙江工业大学的任燕等人[20][21]以2D电液换向阀为基础，对转阀的结构进行了优化改进，用其与标准伺服阀并联可以提高电液激振输出频率和控制精度。并且对并联机构建立了方程进行求解，然后结合实验进行了对比分析，提出了电液激振谐振的分析方法。随后在此基础上对转阀的特性进行了进一步的研究和改进[22][23]，将其应用到惯性负载高频激振系统中，对其建立了对应的模型，在激振波形和频率等通过实验和理论对比的方式进行了分析，得出了谐振频率的相关结论。浙江大学的刘毅等人[24][25]对电液激振转阀的进行了许多研究工作，为了提高电液激振转阀的输出频率，基于捣?
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有非对称阻尼网络平衡阀的动态特性分析[J]. 王建森,陈波,李培勇,黄累,王万春. 兰州理工大学学报. 2019(06)
[2]阀控非对称缸全液压转向系统建模与动态性能分析[J]. 彭京,牛慧峰,李振宝,刘晓聪,姜万录. 机床与液压. 2019(20)
[3]基于液压激振的桩锤直线冲击振动耦合沉桩设备的研究[J]. 李超宇,吴娟,寇子明. 机床与液压. 2019(13)
[4]基于AMESim的转阀式液压激振器工艺参数匹配[J]. 蔡改贫,刘鑫,祁步春. 湖南科技大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]AZ31镁合金在表面机械研磨过程中组织的演变[J]. 赵重阳,宁江利,徐博,孙明帅,冯运莉. 轻合金加工技术. 2019(03)
[6]旋转油封密封织构化界面的密封性能研究[J]. 金晚君,孟祥铠,梁杨杨,沈明学,彭旭东. 流体机械. 2018(12)
[7]金属材料表面机械研磨技术机理及研究现状[J]. 张辉,宫梦莹. 鞍钢技术. 2018(06)
[8]两自由度高频转阀阀口压力特性研究[J]. 刘智,杨伟,张涛川. 机床与液压. 2018(20)
[9]机械研磨对5A02合金组织与力学性能的影响[J]. 石晓梅,刘贝贝. 金属热处理. 2018(07)
[10]高速高压间隙密封试验台设计方法研究与实践[J]. 范宗敏,余陵,蔡文祥. 流体机械. 2018(03)
博士论文
[1]捣固装置及其电液激振技术的研究[D]. 刘毅.浙江大学 2013
[2]高频电液激振器的特性研究[D]. 任燕.浙江工业大学 2012
硕士论文
[1]液压直线振动冲击锤试验系统的设计及研究[D]. 李超宇.太原理工大学 2019
[2]阀芯回转式电液伺服阀特性研究[D]. 龙小建.江西理工大学 2019
[3]基于功率键合图的转阀式液压激振器运动特性研究[D]. 祁步春.江西理工大学 2018
[4]水压组合阀结构设计与仿真研究[D]. 魏本柱.安徽理工大学 2017
[5]拖拉机液压系统多路阀结构设计及优化[D]. 崔彦斌.河南科技大学 2017
[6]基于砌块成型机的新型电液激振装置的研究[D]. 陆小霏.福州大学 2016
[7]基于阀芯旋转式四通换向阀的冲击激振技术研究[D]. 王伟.浙江大学 2016
[8]转阀配流液压振动器工作特性研究[D]. 井伟川.辽宁工程技术大学 2015
[9]单作用双泵双速马达专用换向阀设计与研究[D]. 杜永帅.燕山大学 2015
[10]电液激振高速换向技术[D]. 韩冬.浙江大学 2014
本文编号：3498852
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