气动高压高速开关阀的设计与研究

发布时间：2017-07-30 19:07

  本文关键词：气动高压高速开关阀的设计与研究

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【摘要】：作为气动电子技术方向的重要基础元件,气动高速开关阀切换速度快、功率质量比大、结构简单等优点,相比气动比例伺服阀成本低廉,得到广泛的应用。以国防行业为代表的各行业对高压高速系统的需求日益增加,加上气动元件拥有的小型化、低功耗、集成化等特点,使得高压气动元件的开发与研究成为趋势。掌握气动高压高速开关阀的技术,有助于我国在高压气动领域研究的发展。本文采用数学建模分析、仿真以及实验三者相结合的方式,对气动高压高速开关阀的相关技术进行了研究,研制了以带有隔磁环的螺管式电磁铁为驱动的直动式气动高压高速开关阀二位三通球阀。各章节内容如下所述：第一章主要介绍了高速开关阀以及气动高压阀的研究现状,明确了高压气动高压高速开关阀的研究意义和研究内容。第二章概述了电磁铁的工作原理,确定了软磁材料的选用,对电磁力和响应时间进行了初步的研究,并得出了可以降低剩磁力的方法；确定了直动式二位三通球阀结构,并采取气回复的形式,具有自密封的特点。第三章深入研究了高压高速开关阀的动静态特性,包括建立了各子模块的数学模型、然后再利用流场仿真软件FLUENT对流场进行了分析,并修正气动力模型；利用磁场仿真软件Ansoft Maxwell对高速电磁铁的磁场进行了仿真分析,优化了电磁铁的结构参数；将数学模型与仿真结果相结合,利用Matlab/Simulink对高速开关阀的动态性能展开了研究。第四章完成了实验平台的设计和搭建,进行了以下几个实验：高速电磁铁的静态吸力测试、气动高压高速开关阀的泄漏特性实验、流量特性实验和动态性能试验。实验结果显示,在90V直流电驱动下,本论文的高压高速开关阀的开关总延时为8.5ms左右。相比贵州红林生产的三通高速开关阀HSV,流量提高了5倍左右。第五章对全文进行了总结,得出了结论和并做出了展望。
【关键词】：高压气动 高速开关阀 直动式 数学建模 仿真 实验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH138.52
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 高速开关阀的研究现状11-18
• 1.2.1 外研究进展12-16
• 1.2.2 国内研究进展16-18
• 1.3 气动高压阀的研究现状18-22
• 1.3.1 国内外研究进展18-22
• 1.4 研究意义及研究内容22-23
• 1.4.1 课题研究意义22
• 1.4.2 研究内容22-23
• 1.5 本章小结23-24
• 第2章 高压高速开关阀的原理与设计24-34
• 2.1 引言24
• 2.2 高速开关阀的工作原理24-26
• 2.3 高压高速开关阀的设计方案26-32
• 2.3.1 阀体结构的选择26
• 2.3.2 电磁铁的设计依据26-32
• 2.4 高压高速开关阀的结构设计32-33
• 2.4.1 阀体总体结构32-33
• 2.4.2 电磁铁结构33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 高压高速开关阀的建模及仿真34-64
• 3.1 引言34
• 3.2 高压高速开关阀建模34-38
• 3.2.1 数学模型的理论依据34
• 3.2.2 电路模型34-35
• 3.2.3 磁路模型35
• 3.2.4 运动模型35-36
• 3.2.5 阀口流动模型36-37
• 3.2.6 压力与温度动态方程37-38
• 3.3 流场仿真分析38-50
• 3.3.1 流道建立与网格划分38-40
• 3.3.2 FLUENT设置与仿真40-42
• 3.3.3 仿真结果与分析42-50
• 3.4 磁场仿真分析50-58
• 3.4.1 网格划分与仿真计算51-52
• 3.4.2 仿真结果参数优化52-58
• 3.5 高压高速开关阀动态特性仿真58-63
• 3.5.1 Simulink模型58-60
• 3.5.2 仿真结果与分析60-63
• 3.6 本章小结63-64
• 第4章 高压高速开关阀性能测试64-75
• 4.1 实验内容64
• 4.2 电磁铁静态吸力测试64-67
• 4.2.1 电磁铁静态吸力测试系统介绍64-66
• 4.2.2 吸力测试结果66-67
• 4.3 高速开关阀特性测试67-74
• 4.3.1 高速开关阀测试系统介绍67-69
• 4.3.2 泄漏特性测试69-70
• 4.3.3 静态流量特性测试70-72
• 4.3.4 压力动态特性测试72-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 总结与展望75-77
• 5.1 论文总结75-76
• 5.2 工作展望76-77
• 参考文献77-81
• 作者简历81

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本文编号：595697