新型旋转式液压高速开关阀内部流场特性和数字仿真研究

发布时间：2017-06-01 17:04

  本文关键词：新型旋转式液压高速开关阀内部流场特性和数字仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速开关阀的发展始于20世纪80年代,可以实现高精度液压控制,并具有体积小、结构简单、控制灵活、可靠性高、抗污染能力强和价格廉价等优点。在液压控制系统中,高速开关阀起到非常重要的作用,其性能直接影响到整个系统的性能。目前,国内外很多高校和研究机构都对高速开关阀进行了深入研究,也取得了一定的成果。但是,液压高速开关阀普遍还存在大流量和高频响之间的矛盾,从而无法满足大功率和高精度液压系统的要求。 本文提出的一种旋转式液压高速开关阀,其结构主要由阀芯和阀套两部分组成。阀芯主要由PWM段和两端的出口端组成,PWM段主要由6段交替连接的螺旋叶片和6个出油孔组成,两端的出口端主要分别由三个涡轮叶片组成；阀套主要由进出油孔、中间环形油道和三个菱形喷嘴组成。开关阀的开关动作无需外加动力,主要利用开关阀内高速流体对阀芯上的螺旋叶片和涡轮叶片冲击,从而产生了阀芯所需的旋转动力,阀芯旋转时,液压油可以选择性地流回油箱或流向负载,由此便产生了开关动作,并且开关阀的开关频率(即PWM频率)由阀芯的旋转频率决定,开关阀的开关动作不需要阀芯的加减速换向等操作,所以大大减少开关阀开关动作的驱动能量。通过改变阀芯和阀套的轴向相对位置,即可调节开关阀的PWM占空比,并PWM占空比从0到100%连续可调。阀芯的轴向位移控制系统主要由摆线计量泵、H桥控制电路和单片机组成,通过摆线计量泵将阀芯一端的液压油抽向另一端,来改变阀芯的轴向位移,从而对PWM占空比进行控制。通过分析液压高速开关阀的运行原理后,需要对开关阀进行结构化建模,本次建模采用的三维软件是Pro/Engineer wildfire5.0。为了对开关阀内流场进行分析,需要获取开关阀内的流体,通过PRO/E软件的原件切除命令即可获得开关阀内的流体。为了分析开关阀内的流场,本文采用的CFD软件为FLUENT对阀内流场进行仿真,通过对仿真结果进行分析,进而对开关阀的结构(如：喷嘴大小、涡轮叶片的形状和出口端出口面积的大小)进行改进,从而得到较为优化的开关阀结构,使得开关阀具有较高的频率响应(86.7HZ)。同时,还搭建了基于开关阀的阀控液压系统,结合系统工程高级建模与仿真软件AMEsim对阀控液压系统进行自动建模,并对开关阀的动态性能进行仿真分析,主要是通过调节占空比对负载位移进行控制,根据仿真结果表明,该开关阀性能较好,动态位移误差较小,稳态位移误差也达到了预定的设计目标,同时为开关阀的今后研究打下基础。
【关键词】：高速开关阀 液压控制系统 流场分析 系统仿真
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• CONTENTS11-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.2.1 国外研究现状15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 存在的主要问题16-17
• 1.4 论文的主要内容与结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 旋转式液压高速开关阀简介19-24
• 2.1 旋转式液压高速开关阀的机械结构19-20
• 2.2 旋转式液压高速开关阀的工作原理20-21
• 2.3 PWM控制原理21-22
• 2.4 旋转式液压高速开关阀的特点22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 旋转式液压高速开关阀的结构设计24-30
• 3.1 设计软件及设计方法24
• 3.2 开关阀的阀套设计24-26
• 3.2.1 喷嘴的设计25-26
• 3.2.2 油孔的设计26
• 3.3 高速开关阀的阀芯设计26-29
• 3.3.1 PWM段的设计27-29
• 3.3.2 两端输出端的设计29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 计算流体动力学基本理论30-38
• 4.1 计算流体力学概述30-32
• 4.1.1 计算流体力学的特点30-31
• 4.1.2 计算流体动力学的应用领域31-32
• 4.2 流体动力学控制方程32-33
• 4.2.1 质量守恒方程32
• 4.2.2 动量守恒方程32-33
• 4.2.3 能量守恒方程33
• 4.3 CFD的求解过程33-34
• 4.4 网格概述34-35
• 4.5 CFD软件结构35
• 4.6 CFD商用软件选取35-37
• 4.7 本章小结37-38
• 第五章 旋转式液压高速开关阀的内部流场仿真38-52
• 5.1 旋转式液压高速开关阀内部流体模型建立38
• 5.2 菱形喷嘴和PWM段流体仿真前处理38-40
• 5.3 菱形喷嘴及PWM段流场分析40-46
• 5.4 出口端液动力分析46-50
• 5.5 本章小结50-52
• 第六章 液压系统建模与仿真52-64
• 6.1 液压系统建模与仿真52-53
• 6.2 液压系统建模仿真软件及AMEsim软件53-55
• 6.2.1 液压系统建模仿真软件发展53
• 6.2.2 AMEsim软件介绍53-55
• 6.3 液压系统设计及模型建立55-58
• 6.3.1 液压系统设计55-57
• 6.3.2 液压系统模型建模57-58
• 6.4 阀控液压系统性能分析58-63
• 6.4.1 阀控液压控制系统仿真58-60
• 6.4.2 两种系统仿真结果对比分析60-63
• 6.5 本章小结63-64
• 工作总结与展望64-66
• 工作总结64
• 展望64-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑凯锋;陈思忠;;比例阀控制非对称液压缸系统的非线性建模与仿真[J];液压与气动;2013年04期

2 苏朱明;陈健;舒剑平;;新型旋转高速开关阀内部流场的动力分析与仿真优化[J];机械研究与应用;2012年03期

3 胡竟湘;李建军;钟定清;;高速开关阀及其发展趋势[J];机电产品开发与创新;2009年02期

4 徐学忠;;摆线泵流量特性分析及计算机仿真[J];机械传动;2006年06期

5 肖俊东;王占林;;新型超磁致伸缩电液高速开关阀及其驱动控制技术研究[J];机床与液压;2006年01期

6 江永泉;秦大同;杨亚联;杨阳;;基于高速开关阀控制的液压制动伺服系统研制[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年12期

7 高锋,王建强,侯德藻,李克强,连小珉;基于高速开关阀的电控汽车辅助制动系统[J];清华大学学报(自然科学版);2004年11期

8 石延平,刘成文,张永忠;一种大流量高速开关阀的研究与设计[J];机械工程学报;2004年04期

9 徐学忠;摆线泵基本参数的优化设计[J];液压与气动;2003年12期

10 张小军,凌宁,朱国伟,崔可润;新型高速开关阀的设计与研究[J];机床与液压;2001年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 房小立;基于CFD有限元法的滑阀稳态液动力研究[D];武汉科技大学;2012年

2 刘卫萍;高速开关阀先导控制的电液位置系统研究[D];湖南师范大学;2008年

3 罗亚敏;基于CFD解析具有V型槽的液压滑阀特性研究[D];西南交通大学;2007年

4 孙中雷;微小型高速开关阀驱动器关键技术研究[D];西北工业大学;2006年

5 刘海丽;基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究[D];西北工业大学;2006年

6 林锐;高速开关阀的研究及数字仿真[D];武汉理工大学;2005年

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本文编号：413043