U形节流槽滑阀阀芯热特性研究

发布时间：2020-11-08 07:29

　　 液压滑阀作为典型的液压控制元件,也是系统故障易常发生的主要部件,其中阀内热载荷引起的微形变导致阀芯卡滞为常见故障之一。因此,深入微米尺度认识液压滑阀可靠性的本质,从微结构层面揭示滑阀热载荷卡滞现象对控制阀的设计都是具有十分重要的价值和意义。本文采用多物理场耦合的方法,以计算流体力学和计算固体力学为理论指导,借助Fluent和ABAQUS软件对U形槽滑阀进行流固热耦合计算,重点研究了阀口开度、阀口压差和阀口流量对其热特性的影响。通过分析可知油液具有粘性作用,在流经阀口时由于面积突然减小导致流速瞬间增快,并伴有大量的涡,最终以油液温度升高表现出来。固体阀芯在高温油液的作用下温度也逐渐升高,最终在热载荷和应力的作用下发生膨胀变形,破坏原始的配合间隙,致使滑阀出现卡滞现象。论文的主要研究内容如下:第一章,介绍了液压滑阀在工程机械中的重要意义及其故障原因;概述了非全周开口滑阀及其卡滞现象;阐述了滑阀热力耦合的研究现状及阀口面积特性的研究现状。第二章,介绍了多物理场耦合学科,并对流固热耦合的计算过程和相关理论方法作了分析;结合节流槽的阀口特性,推导了U形节流槽滑阀的阀口面积计算公式并开发阀口面积计算软件,为后续的仿真分析提供理论依据。第三章,概述了液压油粘度的物理属性,并建立U形节流槽滑阀计算模型,对滑阀的内流场和阀芯进行了流固热耦合计算,分析了不同阀口开度和阀口压差下滑阀油液的速度场、压力场和温度场,为研究阀芯的温度分布奠定了基础。第四章,概述了固体材料的热物理属性,分析了不同阀口开度和阀口压差下滑阀阀芯的温度场、应力应变场和形变场,结果表明阀芯在热载荷的作用下发生膨胀变形,变形量随着阀口压差的增加而增大,随着阀口开度的增加先增大后减小。第五章,研究阀口流量对滑阀热特性的影响,计算分析了固定开口和相同工况下节流槽个数、节流槽尺寸、节流槽宽度和节流槽特征深度对滑阀内流场和阀芯的影响。第六章,研制滑阀阀芯温度场和形变场的测量装置,对U形槽阀口处和配合间隙进行温度和形变测量。论文所提出的针对U形节流槽滑阀热特性的研究方法,为进一步对液压滑阀的热特性研究奠定了良好的理论和技术基础,同时对U形节流槽滑阀的结构设计和优化提供了研究依据。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH137.52
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
        1.1.1 滑阀介绍
        1.1.2 卡滞现象
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 滑阀多物理耦合研究现状
        1.2.2 阀口面积特性研究现状
    1.3 课题主要研究内容
第2章 多场耦合分析与阀口面积特性
    2.1 多物理场耦合系统
        2.1.1 计算流体力学和Fluent
        2.1.2 计算结构力学和ABAQUS
        2.1.3 多物理场耦合MpCCI
    2.2 理论分析和方法
        2.2.1 流固耦合分析
        2.2.2 流固热耦合分析
        2.2.3 流固热耦合理论分析
    2.3 滑阀节流槽口特性分析
        2.3.1 节流槽结构形式及特点
        2.3.2 U形节流槽阀口面积推导
        2.3.3 阀口面积计算软件
    2.4 本章小结
第3章 U形节流槽滑阀内流场热特性研究
    3.1 液压油粘度属性
    3.2 数值仿真过程
        3.2.1 建立计算模型
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 边界条件
        3.2.4 数值仿真的过程
    3.3 油液热特性分析
        3.3.1 阀口开度对滑阀内流场的影响
        3.3.2 阀口压差对滑阀内流场的影响
    3.4 本章小结
第4章 U形节流槽滑阀阀芯热特性研究
    4.1 材料热属性
    4.2 阀芯热特性分析
        4.2.1 阀口开度对滑阀阀芯的影响
        4.2.2 阀口压差对滑阀阀芯的影响
    4.3 本章小结
第5章 阀口流量对滑阀热特性的研究
    5.1 节流槽个数对滑阀热特性的影响
        5.1.1 内流场热特性分析
        5.1.2 阀芯热变形分析
    5.2 节流槽尺寸对滑阀热特性的影响
        5.2.1 内流场热特性分析
        5.2.2 阀芯热变形分析
    5.3 节流槽个数和宽度对滑阀热特性的影响
        5.3.1 内流场热特性分析
        5.3.2 阀芯热变形分析
    5.4 节流槽个数和深度对滑阀热特性的影响
        5.4.1 内流场热特性分析
        5.4.2 阀芯热变形分析
    5.5 本章小结
第6章 试验设计
    6.1 试验目的
    6.2 试验原理及方案
        6.2.1 温度场测量装置
        6.2.2 变形场测量装置
    6.3 试验系统搭建
        6.3.1 温度场结构模型及测量仪器
        6.3.2 变形场结构模型及测量仪器
        6.3.3 测试试验台
    6.4 试验结果
    6.5 本章小结
总结与展望
    1 总结
    2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间发表及录用学术论文
附录B 专利申请情况
附录C 参与的主要科研项目与实践

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本文编号：2874471