偏转板射流伺服阀的前置级流场仿真与动态特性研究

发布时间：2017-05-21 21:06

  本文关键词：偏转板射流伺服阀的前置级流场仿真与动态特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：偏转板射流伺服阀是射流式伺服阀的一种,它不仅继承了射流管伺服阀具有的控制精度高、抗污染能力强和寿命长等优点,同时还具有前置级转动惯量小、流量增益和压力增益线性度好的特点,因此,偏转板射流伺服阀被广泛应用于航空、航天、船舶、冶金等相关技术领域,具有十分广阔的工程应用前景。由于偏转板射流伺服阀的前置级流场十分复杂,且国内有关科研院所及企业研发的相关产品与国外同类产品相比,还有很大差距,所以对偏转板射流伺服阀进行理论研究也具有非常重要的学术价值。本文针对偏转板射流伺服阀主要进行了以下几个方面的研究:(1)对偏转板射流伺服阀的工作原理、结构特征进行了研究,并运用基尔霍夫第二定律和马克斯韦尔公式分析了力矩马达组件的磁路方程,得到了力矩马达驱动力矩的数学表达式。基于偏转板射流伺服阀前置级内部流场的运动规律,对其流场模型进行了数值分析,推导了其线性化流量方程,并以此引出流场仿真的必要性。对偏转板的运动规律和阀芯的受力进行分析,得到了各自组件的运动学模型。综合各组件的数学模型,根据自动控制原理建立了偏转板射流伺服阀阀芯位移和驱动电流间的传递函数。(2)在分析偏转板射流伺服阀前置级压力模型和流量模型的基础上,运用Pro/E三维软件建立了简化前置级三维立体模型,并结合ICEM前处理网格划分软件与Fluent流体仿真软件,共同构建了其流场分析模型。通过研究两接收孔压差和流量随偏转板位移变化的规律,得到前置级的线性化流量方程;在多相流模型下,对前置级流场模型中的气体含量及分布进行研究。分析喷嘴宽度、偏转板V形导流槽锥角和劈尖宽度等不同结构参数对前置级压力特性的影响。(3)综合上述推导的偏转板射流伺服阀阀芯位移和驱动电流间的传递函数,利用Matlab软件对其动态特性(频率特性、时域特性)进行分析,并研究不同结构参数对其动态特性的影响。(4)实验研究偏转板射流伺服阀的静态特性,并根据实验得出的数据同实际性能参数进行对比;利用伺服阀动态测试实验台测得偏转板射流伺服阀的频率特性曲线,并与仿真曲线进行对比,验证了所构建数学模型的正确性。
【关键词】：偏转板射流伺服阀 传递函数 前置级流场 压力模型 流量模型 动态特性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 电液伺服阀的研究概况12-15
• 1.2.1 电液伺服阀的发展现状12-13
• 1.2.2 电液伺服阀的组成13-15
• 1.3 偏转板射流伺服阀的研究概况15-17
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 课题主要研究内容17-19
• 第二章 偏转板射流伺服阀数学模型推导19-33
• 2.1 偏转板射流伺服阀的结构及工作原理19-20
• 2.2 力矩马达的数学模型20-23
• 2.2.1 力矩马达的工作原理20
• 2.2.2 力矩马达的电磁力矩分析20-23
• 2.3 前置级的线性化流量方程23-27
• 2.4 偏转板的数学模型27-28
• 2.4.1 偏转板的运动学分析27
• 2.4.2 偏转板的动态数学模型27-28
• 2.5 阀芯运动方程28-30
• 2.5.1 稳态液动力的计算28-29
• 2.5.2 阀芯力平衡方程29-30
• 2.5.3 阀芯流量连续性方程30
• 2.6 偏转板射流伺服阀传递函数的建立30-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第三章 偏转板射流伺服阀的前置级流场仿真33-48
• 3.1 流场的基本控制流量方程33-35
• 3.1.1 连续性方程34
• 3.1.2 动量守恒方程34
• 3.1.3 输运方程34-35
• 3.2 前置级压力特性分析35-39
• 3.2.1 压力模型与边界条件设置35-37
• 3.2.2 仿真结果与分析37-38
• 3.2.3 射流理论分析38-39
• 3.3 前置级流量特性分析39-42
• 3.3.1 流量模型与边界条件设置39-40
• 3.3.2 仿真结果与分析40-42
• 3.4 前置级气穴模型分析42-44
• 3.5 前置级结构参数对压力特性的影响44-47
• 3.5.1 喷嘴宽度的影响44-45
• 3.5.2 偏转板V形导流槽夹角的影响45-46
• 3.5.3 接收孔劈尖宽度的影响46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 偏转板射流伺服阀的动态特性仿真48-58
• 4.1 伺服阀的动态特性48-50
• 4.1.1 频率特性48-49
• 4.1.2 时域特性49-50
• 4.2 动态特性仿真50-51
• 4.2.1 仿真参数的设置50
• 4.2.2 仿真结果及分析50-51
• 4.3 不同结构参数对偏转板射流伺服阀动态特性的影响51-57
• 4.3.1 偏转板衔铁组件综合刚度Kmf的影响51-53
• 4.3.2 前置级流量增益Kqr的影响53-54
• 4.3.3 粘度阻尼系数Ba的影响54-56
• 4.3.4 反馈杆刚度Kf的影响56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 偏转板射流伺服阀的实验测试与分析58-66
• 5.1 静态特性实验测试58-62
• 5.1.1 伺服阀静态测试液压系统58-59
• 5.1.2 测试方案59-60
• 5.1.3 实验结果与分析60-62
• 5.2 动态特性实验测试62-65
• 5.2.1 伺服阀动态测试液压系统62-64
• 5.2.2 测试方案64
• 5.2.3 实验结果与分析64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 作者在攻读硕士期间发表的论文及其他科研成果74

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