先导级锥阀阀芯轴向振动特性研究

发布时间：2020-03-17 20:06

【摘要】：液压系统中,锥阀是常用的阀结构形式,主要由阀芯、阀座和弹簧组成。作为压力调节阀使用时,既可作为直动式压力阀直接工作,亦可作为先导式压力阀的先导级来控制主阀芯启闭。对于先导级锥阀,其自身阻尼系数较小,并且与主油路相连,系统中的流量脉动、阀座不圆度引起的阀芯受力不均等因素常会导致其阀芯出现轴向振动和侧向振摆等非期望工作状态,影响整个压力调节阀的调压精度和工作稳定性。严重时可导致系统压力剧烈波动,影响整个系统的功能,甚至会引发安全事故,严重降低液压系统的工作稳定性、可靠性和安全性。本课题采用理论分析、试验与仿真计算相结合的研究方法,针对先导级锥阀开启调节过程的动态特性与阀芯的轴向等幅振动现象进行了研究,具体内容如下:一、结合锥阀阀芯力学平衡方程、连续性方程和阀口流量方程,通过传递函数法对不带阻尼孔和带阻尼孔结构先导级锥阀的动态性能进行了分析,得出:添加阻尼孔可以有效改善锥阀开启过程的平稳性。同时,在不影响锥阀静态特性的前提下,适当减小阀芯半锥角能提升锥阀开启平稳性。二、根据阀芯受力平衡方程,采用C语言自主开发了一套能挂载进求解器中的用户自定义函数(UDF)程序,使仿真结果准确度得到提升。运用Fluent动网格技术,在自主开发的UDF控制下,以阶跃流量条件对不同结构先导级锥阀的开启过程进行了仿真计算。对比各计算模型在开启过程中的阀口开度变化情况,得出添加阻尼孔和适当减小锥阀半锥角均能降低阀口开度超调量、缩短过渡过程时间、提升锥阀开启平稳性;对达到稳定状态以后阀内流动情况进行分析,进一步解释了结构参数的变化对锥阀动态特性的影响。三、对先导级锥阀开启过程中阀芯的轴向振动特性进行了试验研究,通过试验数据得出:添加阻尼孔能明显降低阀口开度超调量,缩短过渡过程时间;通过频谱分析法得出在锥阀开启过程中,阀芯的振动是由锥阀与进口管路系统的耦合共振导致。四、对试验中出现的阀芯轴向等幅振动现象进行了研究,锥阀阀芯在工作过程中出现等幅振动现象时,流经锥阀的流量脉动为正弦形式;采用正弦流量条件对先导级锥阀进行了仿真计算,通过对各计算模型锥阀阀芯表面受力进行分析,得出阀芯锥面所受油液粘滞力与液压力的变化为反相位关系。本课题研究得出结构参数变化对锥阀开启过程动态特性的影响,揭示了阀芯等幅振动时油液粘滞力与阀芯运动的关系,对锥阀动态性能的优化与稳定性研究有借鉴意义。
【图文】：

结构示意图,直动式溢流阀,先导式溢流阀,锥阀

在液压系统中，锥阀作为压力调节阀使用时，可作为直动式溢流阀直接力进行调节，直动式溢流阀具有响应快的优点，可作为安全阀使用，如图。锥阀还可作为先导式溢流阀的导阀来控制主阀芯的启闭，从而间接对系行调节。相比于直动式溢流阀，在高压大流量场合，先导式溢流阀调压能适应不同压力和流量范围，因此在液压系统中具有广泛的应用，其工如图 1.3 所示。进油口出油口图 1.2 直动式溢流阀

直动式溢流阀

来改变弹簧力的大小，从而实现调节和控制系统压力的目的。液压系统是一个浸没于油液中、由弹簧和阀芯组成的弹簧-质量振动系统，其调根据阀芯受力平衡原理，在系统中液压油对阀芯的作用力和弹簧弹力共达到一个动态平衡的过程。在液压系统中，锥阀作为压力调节阀使用时，可作为直动式溢流阀直接力进行调节，直动式溢流阀具有响应快的优点，可作为安全阀使用，，如图。阀座阀芯弹簧图 1.1 锥阀结构示意图
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137.52

【参考文献】