大溢流气动减压阀的设计与研究

发布时间：2017-09-03 21:30

  本文关键词：大溢流气动减压阀的设计与研究

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【摘要】：随着生产技术的发展,气动系统对减压阀的溢流特性提出了新的要求。然而,目前市场上缺乏这种能够实现大溢流的气动减压阀。一方面是因为大溢流减压阀的溢流特性究竟如何并未得到充分分析；另一方面,进行大溢流设计之后,可能会产生很多影响减压阀基本性能的问题。针对这些问题,本文设计了直动式大溢流减压阀和先导式大溢流减压阀,并深入探究了大溢流减压阀的特性和性能,力求得到符合市场要求的溢流性能较好的减压阀。本文进行的研究工作主要有：1、设计大溢流减压阀结构。本文以FESTO气动公司型号为LR-1/4-D-O-MINI的气动减压阀外形尺寸为对比参照,设计了直动式大溢流减压阀和先导式大溢流减压阀。利用PROE建立了大溢流减压阀的3D装配模型,利用CAD绘制了大溢流减压阀零件的设计图纸。2、利用MATLAB和FLUENT建立仿真模型。本文分析了大溢流减压阀的数学模型,并在数学模型基础上利用MATLAB\SIMULINK模块建立动态、静态仿真模型和溢流模型。本文利用静态模型分析了减压阀的流量、压力特性；利用动态模型分析了减压阀的动态特性和各关键参数对减压阀性能的影响；利用溢流模型分析了减压阀的溢流性能。溢流模型显示,随着溢流口有效截流面积的增大,减压阀的溢流速度增大明显。本文还利用FLUENT建立了减压阀的流场仿真模型,完成了对减压阀阀口流动状态的压力分布以及流速、流向等的仿真。3、设计PID-PWM控制系统以实现对先导式大溢流减压阀的有效控制。本文设计了大溢流先导式减压阀的PID-PWM控制系统,并利用MATLAB\SIMULINK建立了控制系统仿真模型,取得了跟踪稳定压力信号、阶跃压力信号和方波压力信号的仿真结果。4、对大溢流减压阀进行实验研究。本文完成了对实验平台的设计、搭建和数据采集程序的编写,进行了以下5个实验：(1)流量特性实验；(2)压力特性实验；(3)主弹簧预紧力对动态特性的影响实验；(4)溢流口有效截流面积对溢流作用的影响实验；(5)先导式减压阀控制实验。实验结果显示,大溢流减压阀的溢流时间为同等大小普通减压阀的约1/2,且先导式大溢流减压阀的PID-PWM控制系统对稳定压力的控制精度误差可达1%以内。
【关键词】：气动减压阀 大溢流 PID-PWM
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题的研究背景10-12
• 1.2 课题的研究现状12-20
• 1.2.1 国外研究现状12-18
• 1.2.2 国内研究现状18-20
• 1.2.3 大溢流减压阀的发展趋势20
• 1.3 课题的研究意义、内容及难点20-22
• 1.3.1 课题的研究意义20-21
• 1.3.2 课题的研究内容21
• 1.3.3 课题的研究难点21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 大溢流减压阀结构设计23-35
• 2.1 大溢流减压阀的设计思路23-25
• 2.2 直动式大溢流减压阀的结构及工作原理25-32
• 2.2.1 螺杆弹簧座机构设计27
• 2.2.2 活塞与阀芯的设计27-28
• 2.2.3 阀座设计28-29
• 2.2.4 上阀体设计29-30
• 2.2.5 下阀体结构设计30-31
• 2.2.6 导向环和密封圈的选择31-32
• 2.3 先导式减压阀的结构及工作原理32-34
• 2.3.1 活塞设计33-34
• 2.3.2 上阀体设计34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 大溢流减压阀的数学分析及仿真35-52
• 3.1 直动式减压阀的技术参数35
• 3.2 大溢流减压阀的数学模型35-40
• 3.2.1 数学模型的理论依据35-36
• 3.2.2 气动系统分析36-37
• 3.2.3 活塞与阀芯的受力分析37-39
• 3.2.4 阀口流动方程39-40
• 3.2.5 压力与温度动态方程40
• 3.3 静态特性仿真40-43
• 3.3.1 静态综合特性方程40-42
• 3.3.2 压力特性仿真42
• 3.3.3 流量特性仿真42-43
• 3.4 动态特性仿真43-46
• 3.4.1 主弹簧预紧力对开启过程的影响43-44
• 3.4.2 阀口直径对开启曲线的影响44-45
• 3.4.3 阻尼口大小对开启曲线的影响45
• 3.4.4 有效溢流面积对溢流特性的影响45-46
• 3.5 大溢流减压阀CFD仿真46-51
• 3.5.1 GAMBIT前处理46-47
• 3.5.2 FLUENT仿真计算47-50
• 3.5.3 仿真结果50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第四章 先导式减压阀控制系统设计52-66
• 4.1 基本控制策略介绍52-53
• 4.2 减压阀控制方案53
• 4.3 控制系统硬件实现53-56
• 4.3.1 传感器的选型53-54
• 4.3.2 开关阀选型54-55
• 4.3.3 DSPACE工控机系统55-56
• 4.3.4 继电器的选择56
• 4.4 控制系统软件设计56-60
• 4.4.1 显示界面设计56-57
• 4.4.2 控制算法设计57-60
• 4.5 控制系统的数学分析及仿真60-65
• 4.5.1 控制系统的数学分析60-62
• 4.5.2 控制系统仿真分析62-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 大溢流减压阀的实验研究66-83
• 5.1 实验内容66
• 5.2 流量特性实验66-69
• 5.2.1 流量特性实验的硬件、软件实现67
• 5.2.2 实验结果67-69
• 5.3 压力特性实验69
• 5.4 主弹簧对大溢流减压阀性能的影响实验69-75
• 5.4.1 实验系统硬件实现70-71
• 5.4.2 实验系统软件实现71-73
• 5.4.3 实验结果73-75
• 5.5 溢流口大小对溢流作用的影响实验75-78
• 5.5.1 实验系统硬件实现76
• 5.5.2 实验系统软件实现76-77
• 5.5.3 实验结果与分析77-78
• 5.6 先导式减压阀控制实验78-82
• 5.6.1 稳定压力控制实验79-80
• 5.6.2 阶跃压力控制实验80-82
• 5.6.3 多个阶跃信号控制实验82
• 5.7 本章小结82-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 论文总结83
• 6.2 工作展望83-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-89

【参考文献】

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1 赵彤;气动技术的发展及在新领域中的应用[J];液压气动与密封;2004年02期

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本文编号：787438