低功耗、大流量高速开关阀的仿真分析与优化设计

发布时间：2017-07-19 10:31

  本文关键词：低功耗、大流量高速开关阀的仿真分析与优化设计

  更多相关文章： 气动高速开关阀 有限元模型 有限元—集总参数模型 切换时间 稳态气动力

【摘要】：气动高速开关阀，是一种可与控制器直接相连，由数字量控制阀口开关，实现气体快速切换的气动元件，在PWM模式控制下拥有比例特性，可代替比例伺服阀，而且与之相比，又具有体积小、成本低、结构简单、切换迅速、抗污染能力强等优点，被广泛运用于现代工业领域中，成为当今气动技术重要的研究方向之一。 目前对流量在700L/min以上，开关切换时间在10ms以内的大流量高速开关阀鲜有报道。本文以此类开关阀为研究对象，采用数学建模、仿真分析、试验验证等方法对其进行深入研究，首先提出了一种具有衔铁固定膜片的二位二通气动高速开关阀结构，然后通过建立其有限元仿真分析模型及有限元—集总参数分析模型，对其静、动态性能影响因素进行了分析研究，获得了各参数的作用规律，最后在此基础上对所提出的高速开关阀进行了结构优化。仿真与试验结果表明，所开发的高速开关阀在气源压力为7Bar的情况下，流量可达720L/min，切换时间仅为9.5ms。本文各章节内容安排如下： 第一章，介绍了本文研究的背景与意义，分析了高速开关阀的研究现状，概括了本文研究的重点与研究内容。 第二章，从高速开关阀流量特性与动态响应特性出发，对高速开关阀的结构进行分析与设计，提出了一种新型的衔铁放置结构，确定了高速开关阀初始结构参数。 第三章，通过对高速开关阀中的电磁铁磁场仿真，详细分析了静铁芯结构、衔铁结构、线圈位置相关参数对E型电磁铁性能的影响，揭示了E型电磁铁性能影响规律,得到了优化后的电磁铁结构参数。 第四章，通过对高速开关阀流场仿真分析，得出了高速开关阀稳态气动力数学表达式；基于有限元—集总参数模型，详细阐述了弹簧刚度系数、激励电压与气源压力对高速开关阀动态性能的影响规律，获得了优化后的高速开关阀相关驱动参数。 第五章，介绍了高速开关阀流量特性测试与切换时间测试系统基本原理，利用测试设备对高速开关阀的性能进行测试，分析对比了仿真数据与试验数据，验证了模型的正确性。 第六章，，总结了全文的主要工作与成果，为未来进一步的研究工作提供方向。
【关键词】：气动高速开关阀 有限元模型 有限元—集总参数模型 切换时间 稳态气动力
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景与研究意义9
• 1.2 高速开关阀的分类9-10
• 1.3 高速开关阀的研究现状10-14
• 1.3.1 电—机械转换器及其驱动电路研究现状10-12
• 1.3.2 阀芯、阀体结构的研究现状12-14
• 1.4 研究内容14-15
• 2 高速开关阀结构设计与分析15-25
• 2.1 开关阀的阀芯结构设计15-18
• 2.1.1 阀口密封结构设计15-16
• 2.1.2 衔铁放置结构设计16-17
• 2.1.3 阀芯关键参数设计17-18
• 2.2 电—机械转换器设计18-23
• 2.2.1 电磁铁特性分析18-21
• 2.2.2 磁性材料选择21-22
• 2.2.3 电磁铁关键参数设计22-23
• 2.3 小结23-25
• 3 电磁铁结构仿真与优化25-39
• 3.1 电磁铁有限元建模25-28
• 3.1.1 电磁场基本理论25-26
• 3.1.2 二维磁场分析理论基础26-27
• 3.1.3 Ansoft 仿真参数设置27-28
• 3.2 电磁铁性能影响参数分析28-35
• 3.2.1 静铁芯结构相关参数对电磁铁性能的影响29-32
• 3.2.2 衔铁结构相关参数对电磁铁性能的影响32-34
• 3.2.3 线圈结构相关参数对电磁铁性能的影响34-35
• 3.2.4 小结35
• 3.3 电磁铁初始结构性能优化35-38
• 3.3.1 仿真结果35-36
• 3.3.2 优化设计36-38
• 3.3.3 结果对比38
• 3.4 小结38-39
• 4 高速开关阀动态特性仿真分析与优化39-49
• 4.1 高速开关阀系统建模39-44
• 4.1.1 高速开关阀稳态气动力建模39-42
• 4.1.2 开关阀有限元—集总参数建模42-44
• 4.2 高速开关阀动态特性影响因素分析与优化44-48
• 4.2.1 复位弹簧刚度系数对高速开关阀动态性能的影响44-45
• 4.2.2 激励电压对高速开关阀动态性能的影响45-47
• 4.2.3 气源压力对开关阀动态性能的影响47-48
• 4.2.4 优化前后性能对比48
• 4.3 小结48-49
• 5 高速开关阀性能试验分析49-53
• 5.1 流量特性试验49-50
• 5.1.1 基本原理49-50
• 5.1.2 结果分析50
• 5.2 切换时间试验50-52
• 5.2.1 基本原理51
• 5.2.2 结果分析51-52
• 5.3 小结52-53
• 6 总结与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 附录58-62
• 攻读硕士学位期间研究成果62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 汪志刚,张敬国;高速强力电磁阀的研究现状[J];车用发动机;2003年01期

2 宋军,黄建平,李孝禄,李书泽,黄震;柴油机高速电磁阀驱动特性仿真分析[J];车用发动机;2005年05期

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1 高平波;基于压电陶瓷驱动器的新型气动阀研究[D];浙江大学;2006年

本文编号：562459