旋转阀口试验台的研发及旋转阀口的仿真研究

发布时间：2017-08-29 23:32

  本文关键词：旋转阀口试验台的研发及旋转阀口的仿真研究

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【摘要】：纯水液压技术以其绿色环保、安全、高效、成本低廉以及本身固有的清洁性和阻燃性等优点,在工程机械、海洋开发、新能源利用等诸多领域具有非常广阔的应用前景,能够满足于现代社会对于工程提出的环境保护和安全要求。水液压控制阀是水液压传动技术相当重要的组成部分,水液压传动技术的大范围推广应用必须以研制出高性能水液压控制阀为前提。本文以设计出一台完善的旋转阀口试验台为最终目标,根据项目和课题的具体要求,设计了该试验台并且完善了水液压控制阀理论和设计方法。主要的工作和成果如下：根据旋转阀口实验台对水液压动力源的性能要求,本文参照已有油压动力系统的设计原则和方法,在充分考虑到以纯水为液压介质的特殊要求,对水液压动力源完成了尺寸设计,机构组装,并对其驱动系统进行了配置和选择,该液压动力源将会为其他后续实验设备提供高压水源。具体工作如下：(1)根据液压传动介质(水)的理化特性,分析总结出水液压下的系统设计需要和油液压下系统应该具有的差别,从而为后续设计计算打下基础,并且从总体上获得了对转阀试验台系统设计的认识。(2)根据国家自然科学基金项目《面向仿生机器人的水压电液驱动技术研究》(项目批准号：51275495)的要求,参照已有的油压下的液压元器件试验系统以及国内外已有的研究成果,进行了动力学和运动学的计算,进而判断出系统核心部件的设计尺寸和性能参数。(3)参照初步确定的实验方案,根据实际需求,运用PROE建立了转阀试验系统核心组件部分的三维模型,参与设计组装试验所需的液压动力源泵站以及前期的三维模型绘制和参数确定。(4)对于转阀试验台的核心部件,试验转阀部分,通过计算出的设计尺寸数据和项目上已有的数据,通过三维绘图软件PROE建立了一系列不同的阀口开度的流场物理模型,包括2.5°、5°、7.5°、10°、12.5°、15°、17.5°、20°、22.5°等。(5)运用Fluent的前置处理软件Gambit进行网格划分,然后运用Fluent进行流场的流体分析,设置了一个系列的入口压力,包括1 MPa、2 MPa、4 MPa、 6 MPa、8 MPa、10 MPa、12 MPa、14MPa等,出口压力为0 MPa。通过对72种工况的计算,运用后期处理软件POST得到了一系列的入口速度云图、出口速度云图、入口压力场云图、出口压力场云图、入口速度矢量图、出口速度矢量图、射流角折线图、流场整体速度图以及流场整体受力图等。通过完成上述工作,对结果进行分析,得出入口射流角度最大值为23。左右,此时的阀口开度大约为7.5。左右。对于出口的射流角,发现当转阀阀口开度很小的时候,射流角随着阀口开度的增大而减小,但是当转阀阀口开度达到一定数值后,出口的流体呈现一定角度的喷射状,这个角度近似接近于流场在阀套上的开度。在流量分析图上可以看出,在同一个角度下,随着入口压力的增加,出口和入口的质量流率大约呈现现行增长,在同一个压力,不同的阀口开度的情况下,通过进出口的流体的质量流率也大约呈现出线性关系。最大的流量是在阀口开度为22.5°,入口压力为14MPa时候,质量流率约为0.19553883kg/s。通过分析入口和出口的速度矢量图,可以推断出产生气蚀的位置,这也是今后需要着重改进和优化的地方,之所以说大约呈现线性关系,因为仿真的模型是理想化模型,阀口开度以及入口压力都是一个间断性的离散的数值,需要进一步加强仿真的量。
【关键词】：水液压传动 泵站 旋转阀 试验台 仿真
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题来源、目的与意义12-15
• 1.1.1 课题来源12
• 1.1.2 课题目的与意义12-15
• 1.2 水液压传动技术的研究现状15-16
• 1.3 水液压阀口水力学特性的研究概况16-19
• 1.3.1 阀口特性国外研究现状17-18
• 1.3.2 阀口特性国内研究现状18-19
• 1.3.3 阀口特性研究现状总结19
• 1.4 本论文的研究内容19-20
• 1.5 本论文研究意义20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章. 转阀试验台主要结构的设计计算21-26
• 2.1 转阀阀芯的计算和设计21-22
• 2.2 阀芯限位装置的计算和设计22-23
• 2.3 转阀阀体的计算和设计23-24
• 2.4 转阀阀套的计算和设计24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章. 水液压转阀试验台系统的设计26-34
• 3.1 水液压动力源的研制26-27
• 3.2 辅件的选择27-29
• 3.2.1 编码器的选择27
• 3.2.2 力矩电机的设计及其选择27-29
• 3.3 密封元器件的选择29-30
• 3.4 试验系统工作原理30-32
• 3.5 转阀的工作原理概述32-33
• 3.6 数据采集与处理方案33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 转阀模型的建立34-40
• 4.1 稳态压差与流量特性34-35
• 4.2 动态压差与流量特性35-36
• 4.3 摩擦力矩特性36-37
• 4.4 液动力矩计算模型37-39
• 4.5 阀口泄漏特性39
• 4.6 本章小结39-40
• 第五章. 旋转阀口水力学特性仿真研究40-61
• 5.1 计算流体动力学(CFD)40
• 5.2 流体仿真结构图40-41
• 5.3 流域仿真41-44
• 5.3.1 转阀流场模型的建立41
• 5.3.2 流域网格划分41-42
• 5.3.3 流体仿真边界条件的设置42
• 5.3.4 计算方法以及监测参数设置42-43
• 5.3.5 流体仿真初始化43
• 5.3.6 仿真计算结果后处理43-44
• 5.4 流量压差分析44-49
• 5.4.1 出/入口定压差时流量的特性分析44-47
• 5.4.2 理论计算数值和流场仿真数值的对比47-49
• 5.5 液动力矩特性的仿真分析49-52
• 5.6 定压差流场出\入口速度特性分析52-57
• 5.7 定压差流场出\入口压力特性分析57-59
• 5.8 流场整体受力云图59-60
• 5.9 本章小结60-61
• 第六章. 全文总结与展望61-64
• 6.1 全文总结61-62
• 6.2 工作展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 个人简历69

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本文编号：756047