本质安全型大流量电磁球阀的研究

发布时间：2017-09-04 08:44

  本文关键词：本质安全型大流量电磁球阀的研究

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【摘要】：在液压支架的液压控制系统中,基本上都是采用由先导阀驱动的主阀来控制油路的通断。随着液压支架要求的移动速度加快,主阀的流量逐渐增加,则对应的电磁先导阀的流量也要增加,但目前常用的本质安全型电磁先导阀的流量都较小,为1.6L/min,这使得研发设计大流量的电磁先导阀变得越来越重要。另外,大流量的电磁先导阀还可以直接替代小流量液控系统中的电磁先导阀与主阀的组合结构,简化系统,还提高了工作效率。 本文通过分析常用电磁先导阀的结构形式,设计出一种由螺线管式电磁铁与操纵力较小的陶瓷球式阀芯的组合结构的大流量电磁先导阀(也称作电磁球阀)。通过对各个零部件进行受力分析与计算,推导出电磁球阀的数学模型。并用MATLAB软件对该数学模型进行参数化数值求解,确定相关参数的初始值,并研究其动态性能。 然后利用AMESim软件,搭建由电磁球阀直接控制液压缸与负载的机电液耦合系统,分析阀芯位移、出口压力、出口流量与压力流量等特性。结果表明,设计的大流量电磁球阀响应快,仅用0.006s便实现阀口稳定开启,其超调量也较小,仅0.2mm,在1.9MPa的压差下,电磁球阀的出口流量达到8.3L/mmin,动态性能与压力流量特性优异,完全符合设计要求。另外,阀芯行程、阀座锥角、阻尼销配合间隙和固定阻尼孔直径等关键参数对电磁球阀特性的影响较大,需合理选择其参数值。 最后运用FLUENT软件对大流量电磁球阀的内部流场进行数值分析,得到流场的压力云图、速度云图、湍动能云图和速度矢量图,并讨论不同结构尺寸时的流场性能,为其流道结构的优化提供依据。仿真结果表明,锥面阀口处压降梯度值较大,此处油液速度也最大,最高达到18.7m/s,湍动能很大,最高达到1080kgm2/s2,但由于设计的电磁球阀的流道结构相对比较合理,没有出现明显的负压区和漩涡区,进出口处的压力分布均匀,油液的流动也均为标准的层流状态。另外,开口度、阀座锥角和压差对其流场性能影响较大,当开口度为0.4-0.5mm、阀座锥角为30°-35°、压差在额定范围之内时,流场的综合性能较好。 本文在大流量的电磁球阀的结构设计、数学模型的参数化分析以及结构优化设计方面,得出了一系列行之有效的研究方法,为大流量的电磁球阀的进一步研究做出参考依据。
【关键词】：电磁球阀 结构设计 参数化分析 动态特性 流场分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 液压支架的发展概况11-14
• 1.1.1 国内外液压支架的发展现状及趋势11-13
• 1.1.2 液压支架电液控制系统的发展现状及趋势13-14
• 1.2 国内外对液压阀的研究14-19
• 1.2.1 国内外对液压阀的研究现状及趋势15-17
• 1.2.2 国内外对电磁先导阀的研究现状及趋势17-19
• 1.3 课题研究的背景、目的和内容19-24
• 1.3.1 课题研究的背景19-20
• 1.3.2 课题研究的目的与意义20-22
• 1.3.3 课题研究的内容与方法22-24
• 1.4 本章小结24-25
• 第二章 电磁球阀的数学建模与数值分析25-47
• 2.1 电磁球阀的工作原理与结构设计25-29
• 2.1.1 电磁球阀的工作原理25-27
• 2.1.2 电磁球阀的结构设计27-29
• 2.2 电磁球阀的受力计算与数学模型29-40
• 2.2.1 导阀的受力分析与计算31-36
• 2.2.2 电磁球阀的数学模型36-37
• 2.2.3 相关参数初始值的计算37-40
• 2.3 电磁球阀的数值分析40-45
• 2.3.1 MATLAB介绍与建模41-43
• 2.3.2 MATLAB仿真分析43-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 基于AMESim的电磁球阀耦合仿真47-71
• 3.1 AMESim软件简介47-48
• 3.2 电磁球阀仿真模型的建立48-49
• 3.3 电磁球阀的变参数耦合分析49-70
• 3.3.1 电磁球阀的启闭特性分析49-52
• 3.3.2 阀芯行程对电磁球阀的影响52-55
• 3.3.3 阀座锥角对电磁球阀的影响55-57
• 3.3.4 弹簧刚度对电磁球阀的影响57-60
• 3.3.5 阻尼销对电磁球阀的影响60-63
• 3.3.6 固定阻尼孔对电磁球阀的影响63-65
• 3.3.7 阀芯质量对电磁球阀的影响65-67
• 3.3.8 负载对电磁球阀的影响67-70
• 3.4 本章小结70-71
• 第四章 电磁球阀流场数值模拟分析71-89
• 4.1 计算流体动力学及FLUENT仿真软件介绍71-73
• 4.1.1 计算流体动力学简介71-72
• 4.1.2 FLUENT简介72-73
• 4.2 电磁球阀几何模型的建立与网格划分73-76
• 4.2.1 流场模型的建立73-74
• 4.2.2 网格划分74-76
• 4.3 电磁球阀二维流场分析76-88
• 4.3.1 电磁球阀的流场性能分析76-79
• 4.3.2 不同开口度的流场分析79-82
• 4.3.3 不同阀座孔锥角的流场分析82-85
• 4.3.4 不同压差的流场分析85-88
• 4.4 本章小结88-89
• 第五章 总结与展望89-93
• 5.1 课题总结89-91
• 5.2 课题展望91-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 攻读学位期间发表的学术论文目录98

【参考文献】

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本文编号：790511