结构及工艺参数变化对双喷嘴挡板阀性能影响的研究

发布时间：2021-04-15 18:55

电液伺服阀由于具有高性能、高可靠性、低功耗、体积小以及重量轻等特点，在航空航天领域得到了广泛的应用。具有代表性的双喷嘴挡板力反馈两级电液伺服阀，其前置放大级为双喷嘴挡板阀，其性能的优劣对整个电液伺服阀的性能有着重要的影响。本文依据某航天科工集团研究院的委托项目，首先对两级电液伺服阀的前置放大级——双喷嘴挡板阀的结构参数和工艺参数变化对其性能的影响进行研究，来寻求双喷嘴挡板阀的最佳参数，其次对双喷嘴挡板阀流固耦合方程及影响因素进行分析，最后对影响双喷嘴挡板阀性能影响的主要参数进行实验研究。文中首先针对某航天科工集团研究院的双喷嘴挡板伺服阀的先导级——双喷嘴挡板阀建立数值模拟计算模型，采用流场数值模拟分析方法对力反馈两级电液伺服阀的前置级液压放大级——双喷嘴挡板阀在结构参数变化时的不同流场进行对比分析研究，如：固定节流孔的直径、长度、内夹角、腔内径；喷嘴直径、长度、内外夹角、腔内径和端面直径；回油节流孔直径以及零位间隙等结构参数，分析了各种参数下双喷嘴挡板阀的流场特性，并计算流量系数和功率损失，同时应用正交试验法对流场数值模拟结果进行分析，找到影响双喷嘴挡板阀性能参数的主次因素，同时也得出功率损失最小时的最佳的参数组合。其次对工艺参数变化如：供油压力、回油压力、油液温度和挡板偏转角变化时，对双喷嘴挡板阀性能影响的主次因素，并通过正交试验法建立不同参数下的数值模拟试验模型，通过数值模拟分析和计算，找到影响阀性能的主次参数和最佳参数组合。再次对基于流固耦合，将挡板组件的变形挠度方程、挡板与喷嘴间的径向压差流动方程作为协调方程，将其带入伺服阀内部的压力—流量方程组中，建立双喷嘴挡板阀的流固耦合方程，分析挡板刚度对于双喷嘴挡板力反馈伺服阀性能的影响。而后应用正交试验法分析双喷嘴挡板阀参数变化时对压力、流量的影响，同时也对挡板刚度对伺服阀性能的影响进行分析，研究结果对双喷嘴挡板力反馈伺服阀的挡板—反馈弹簧杆的设计具有一定的参考价值。最后以某航天科工集团研究院提供的某种型号的双喷嘴挡板伺服阀为测试对象，对改变阀的固定节流孔直径、喷嘴挡板间隙以及油液温度这三种情况的静耗量进行测试研究，并与前述数值计算获得的结果相比较，，验证所建立的计算模型以及数值模拟的正确性，所做研究对双喷嘴挡板伺服阀的设计和分析具有参考价值。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137.5

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 双喷嘴挡板式两级伺服阀的工作原理

1.2 双喷嘴挡板阀研究现状

1.2.1 双喷嘴挡板阀流场及性能研究现状

1.2.2 结构参数变化对双喷嘴挡板阀流场及性能研究现状

1.2.3 工艺参数变化对双喷嘴挡板阀流场及性能研究现状

1.2.4 电液伺服阀振动特性研究现状分析

1.2.5 伺服阀流固耦合研究现状分析

1.2.6 正交试验法研究现状分析

1.3 课题背景及研究的目的和意义

1.4 论文的主要研究内容

第2章结构参数变化对双喷嘴挡板阀性能影响的研究

2.1 数值计算

2.1.1 模型原理图建立

2.1.2 流道模型

2.1.3 控制方程

2.1.4 网格划分

2.1.5 边界条件

2.1.6 数值模拟计算结果

2.2 双喷嘴挡板阀主要结构参数变化时流场性能分析

2.2.1 改变固定节流孔处参数对双喷嘴挡板阀流场的影响

2.2.2 改变喷嘴挡板处结构参数对双喷嘴挡板阀流场的影响

2.2.3 改变回油节流孔 dr对双喷嘴挡板阀流场的影响

2.2.4 改变喷嘴挡板间零位间隙 dx0对双喷嘴挡板阀流场的影响

2.3 基于正交试验法的双喷嘴挡板阀结构参数变化流场分析

2.3.1 固定节流孔处流场数值模拟分析

2.3.2 喷嘴孔口处流场数值模拟分析

2.3.3 回油节流孔处流场数值模拟分析

2.4 双喷嘴挡板阀各零件关键结构参数的选取对流场的影响分析

2.4.1 固定节流孔直径 d4

2.4.2 喷嘴端面直径 d3

2.4.3 喷嘴外夹角θ1

2.4.4 回油节流孔直径 dr

2.4.5 喷嘴挡板间零位间隙 dx0

2.5 本章小结

第3章工艺参数变化对双喷嘴挡板阀性能影响的研究

3.1 供油压力大小对双喷嘴挡板阀流场的影响

3.2 回油压力大小对双喷嘴挡板阀流场的影响

3.3 油液温度变化对双喷嘴挡板阀流场的影响

3.4 挡板发生偏转对双喷嘴挡板阀流场的影响

3.5 数值模拟结果分析

3.5.1 流量系数取值分析

3.5.2 油液温度对双喷嘴挡板阀的影响

3.5.3 压力零漂和温度零漂

3.6 本章小结

第4章双喷嘴挡板阀流固耦合方程及影响因素分析

4.1 双喷嘴挡板力反馈伺服阀挡板变形数学模型

4.1.1 双喷嘴挡板力反馈伺服阀挡板部分数学建模

4.1.2 算例

4.2 双喷嘴挡板力反馈伺服阀的阀芯运动分析

4.2.1 双喷嘴挡板伺服阀阀芯的运动模型

4.2.2 算例

4.3 正交试验下的双喷嘴挡板阀控制压力和控制流量计算

4.4 本章小结

第5章双喷嘴挡板伺服阀性能的实验测试

5.1 实验对象、实验内容和实验装置

5.1.1 实验对象

5.1.2 实验内容

5.1.3 实验装置

5.2 实验过程

5.3 实验测试结果与数值模拟结果对比分析

5.3.1 固定节流孔直径 d4变化对双喷嘴挡板阀泄漏特性影响实验

5.3.2 喷嘴与挡板之间距离 d 变化对伺服阀泄漏特性影响实验

5.3.3 油液温度变化对伺服阀泄漏特性影响实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介

【参考文献】