大流量电液换向阀的动态特性及流场特性仿真

发布时间：2017-08-14 05:06

  本文关键词：大流量电液换向阀的动态特性及流场特性仿真

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【摘要】：液压支架是用于采煤工作面的重要支护设备,与采煤机和刮板输送机配套使用,共同实现现代化煤矿综采工作。为了提高产量,现代综采技术开始采用大功率采煤机和大运量刮板输送机,为充分发挥其工作效率,有必要提高与之配套使用的液压支架的移架速度,从而缩短支护作业时间,最终实现高产高效的综采要求;随着采高的增加,支柱的直径和高度也随之相应增加,目前的大流量电液换向阀,额定流量只有400l/min,因此不能满足快速移架、缩短支护作业时间的要求。因此,支架需向高压大流量和电液控制方向发展,才能适应现代化煤矿综采的要求。本文设计了一款大流量电液换向阀,额定流量为1000l/min,额定压力为31.5MPa,并分析了其结构特点和换向原理,通过研究阀芯的受力情况,得出其换向过程的数学模型和结构参数,再运用系统建模动态仿真软件AMESim对电液换向阀系统进行动态特性仿真,然后运用ANSYS-workbench软件对换向阀的关键元件进行力学仿真,接着借助流体仿真软件Fluent对阀体内部流场进行仿真,最后对所设计阀的性能进行了测试。利用AMESim软件对换向阀工作系统进行仿真,获得了阀出口压力与出口流量等动态特性。研究结果表明:阀芯启动用时0.9s,并且运动平稳,动态特性良好。另外,针对影响换向阀动态特性的其它结构参数,如阀芯行程、弹簧预压力等,选择最佳取值。运用ANSYS-workbench软件对换向阀的关键部件进行有限元分析,针对阀芯开启和关闭两种工况,校核了各关键部件的强度,并发现在阀芯径向过液孔处产生了最大应力,最后对该结构进行了优化处理。利用计算流体力学软件Fluent模拟了该换向阀内部流场,得到了阀体内部流道的流场特性。结果表明:随着阀芯开启位移的增大,流场中漩涡强度和覆盖区域减小,进油口速度减小,最大速度区域出现在阀口下游位置。利用大流量阀试验台对所设计的换向阀进行了测试。试验结果表明:在流量为750l/min的试验条件下,阀芯在1s内能够完成开启和关闭动作,工作可靠、动作灵活,动态特性指标符合设计要求;在试验压力为4MPa,31.5MPa时,均表现出良好的密封性能,实现了研制目标。为以后同类阀的研制奠定了一定的基础。
【关键词】：电液换向阀 动态特性 AMESim仿真 动力学仿真 流场仿真
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD355.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 选题的背景及意义11-15
• 1.1.1 煤矿综采技术的发展11-13
• 1.1.2 液压支架电液控制系统的发展13-15
• 1.2 国外对液压阀的研究15-16
• 1.3 国内对液压阀的研究16-17
• 1.4 课题研究方法和内容17-21
• 1.4.1 换向阀的研究方法17-18
• 1.4.2 课题研究的内容18-21
• 第二章 电液换向阀的理论分析与数学建模21-33
• 2.1 换向阀的工作原理分析21-23
• 2.2 换向阀主要参数的计算23-26
• 2.3 电液换向阀的数学模型26-32
• 2.3.1 先导阀数学模型26-28
• 2.3.2 换向阀的数学模型28-30
• 2.3.3 阀芯的受力计算30-32
• 2.4 结论32-33
• 第三章 电液换向阀动态仿真及分析33-47
• 3.1 电液换向阀仿真模型34-38
• 3.1.1 先导阀模型34
• 3.1.2 换向阀模型34-35
• 3.1.3 电液换向阀工作系统模型35-38
• 3.2 电液换向阀的动态特性仿真结果分析38-40
• 3.3 换向阀动态性能分析40-46
• 3.3.1 阀芯行程对动态特性的影响40-42
• 3.3.2 控制孔对换向阀动态特性的影响42-45
• 3.3.3 弹簧力对换向阀动态特性的影响45-46
• 3.4 结论46-47
• 第四章 基于ANSYS电液换向阀的仿真及结构优化47-57
• 4.1 瞬态分析47-50
• 4.1.1 建立碰撞几何模型47-48
• 4.1.2 边界条件设置48
• 4.1.3 仿真结果及其分析48-50
• 4.2 静态分析50-53
• 4.2.1 进液阀套的静应力分析50-52
• 4.2.2 回液阀套的静应力分析52-53
• 4.4 阀芯优化设计53-54
• 4.5 结论54-57
• 第五章 电液换向阀的流场特性分析57-75
• 5.1 计算流体动力学简介57-58
• 5.2 CFD技术原理58-61
• 5.2.1 CFD方法的数学原理58-60
• 5.2.2 假设理想模型60-61
• 5.3 换向阀三维建模与网格划分61-63
• 5.3.1 流场的三维建模61
• 5.3.2 网格划分61-62
• 5.3.3 边界条件的设定62-63
• 5.4 仿真结果及分析63-74
• 5.4.1 换向阀的流场特性分析63-69
• 5.4.2 阀口开度对流场的影响69-74
• 5.5 结论74-75
• 第六章 大流量换向阀性能实验研究75-81
• 6.1 实验目的及实验内容75-77
• 6.1.1 试验方案及原理75-77
• 6.2 实验结果分析77-79
• 6.2.1 密封试验结果77-78
• 6.2.2 换向性能试验及控制压力测试结果78-79
• 6.3 结论79-81
• 第七章 总结与展望81-83
• 7.1 课题总结81-82
• 7.2 课题展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 攻读学位期间发表的学术论文89

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本文编号：670886