直动式变面积梯度转阀的设计及性能分析

发布时间：2017-05-19 16:13

  本文关键词：直动式变面积梯度转阀的设计及性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在利用电液伺服系统实现位移或力加载的试验仪中,伺服阀的额定流量和分辨率限制了大范围加载时的动态／静态精度。以土工三轴试验仪为例,试验中为了测试土壤的强度和变形特性,需要通过电液伺服系统加载不同幅值位移或力,检测其应力应变之间的关系。为此针对不同试样一般预备不同额定流量的伺服阀,这样才能保证试验时的控制精度以得到理想的试验数据。但是频繁更换伺服阀过程中易将灰尘、杂质等物质混入液压系统油路中,造成伺服阀失灵。即使采用几个不同流量的伺服阀并联并在其中切换的方式也由于结构尺寸较大、切换繁琐、成本较高而在很多场合无法采用。为解决这一问题,本论文主要从以下几个方面进行了研究： 首先,本文在综述国内外转阀相关研究成果的基础上,为了使同一伺服阀实现不同额定流量以满足各种试验仪加载精度要求而提出两维流量控制思想,其通过阀芯转动与轴向移动两个自由度以改变阀口面积来实现。依此原理本文设计了三种不同的方案,确定了一种直动式可变面积梯度转阀的新型结构。 然后,本文对转阀的规格进行了设计,确定关键部件的参数,得到转阀的不同额定流量时曲线图并对阀芯进行校核。根据确定的转阀参数,利用Pro/E进行三维建模,并提出阀各部件的加工技术要求。 此外,本文对转阀的受力进行了分析,建立其数学模型,分析转阀卡紧力的产生原因并提出了减小措施。其中重点分析稳态液动力,对阀的内部流场进行了建模,利用Fluent软件进行仿真,对仿真结果和理论结果进行对比分析。通过仿真发现转阀稳态液动力与阀芯转角呈现非线性,实际值比理论值要小,这就使转阀所需的驱动力矩大大减小；流量的仿真值也比理论值小,无法满足设计要求。分析流场的压力和速度矢量分布图发现阀芯弓形槽形状以及阀口的角度影响控制阀口的过流面积,阀口射流角随阀芯转角变化而变化,然后提出了三种改进方案,并对方案中阀内流场进行建模分析,选择最优方案。 最后,本文对转阀静态特性和动态特性进行了研究分析。根据最优结构方案中转阀所需的驱动力矩,选择合适的伺服电机型号并建立数学模型然后进行了仿真。根据实验室现有的动三轴仪试验平台,将设计的转阀应用到动三轴仪中建立了动三轴仪轴向加载系统的模型。利用Matlab对整个系统进行了动态仿真,进一步研究转阀面积梯度的改变对系统动态性能的影响。仿真结果显示系统的频宽可达10Hz,满足试验要求。
【关键词】：转阀 结构原理 稳态液动力矩 Fluent仿真 静态动态特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 转阀国内外研究概况9-20
• 1.1.1 转阀的分类9
• 1.1.2 转阀国外研究现状9-16
• 1.1.3 转阀国内研究现状16-20
• 1.2 课题研究的目的和意义20
• 1.3 课题主要研究内容20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 2 变面积梯度阀的方案设计以及分析比较22-31
• 2.1 滑阀方案22-24
• 2.2 转阀方案一24-27
• 2.3 转阀方案二27-29
• 2.4 三种方案的比较29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 变面积梯度转阀结构参数的确定31-39
• 3.1 转阀规格的设计31-34
• 3.2 阀芯的强度校核34-35
• 3.3 O形橡胶密封圈的选用35-36
• 3.4 转阀的三维结构设计36-38
• 3.5 转阀加工技术要求38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 变面积梯度伺服转阀的受力分析39-64
• 4.1 惯性力矩39
• 4.2 粘性摩擦力39-40
• 4.3 转阀卡紧力及其减弱措施40-41
• 4.3.1 转阀卡紧力40
• 4.3.2 减小卡紧力的措施40-41
• 4.4 稳态液动力41-57
• 4.4.1 稳态液动力的理论计算41-44
• 4.4.2 阀芯流场建模44-46
• 4.4.3 仿真计算46-48
• 4.4.4 Fluent仿真结果及分析48-57
• 4.5 转阀的结构优化及仿真57-61
• 4.5.1 阀口角度的改进57-58
• 4.5.2 对弓形槽底面的改进58-59
• 4.5.3 阀口和弓形槽共同作用59-60
• 4.5.4 改进后不同结构形式的转阀仿真结果对比及分析60-61
• 4.6 瞬态液动力61-62
• 4.7 转阀驱动力矩的确定62-63
• 4.8 本章小结63-64
• 5 转阀的静态与动态特性分析64-86
• 5.1 转阀静态特性分析64-71
• 5.1.1 转阀的压力-流量方程64-66
• 5.1.2 静态特性66-71
• 5.2 转阀应用在动三轴仪中的动态特性分析71-85
• 5.2.1 动三轴仪轴向力加载系统71-72
• 5.2.2 交流伺服电机的数学模型及仿真72-76
• 5.2.3 阀控缸的数学模型76-81
• 5.2.4 动三轴仪轴向系统仿真参数81-82
• 5.2.5 系统的稳定性分析82-83
• 5.2.6 系统的动态性能分析83-85
• 5.3 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况91-92
• 致谢92-93

【参考文献】

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本文编号：379161