插装平衡阀的分析及性能优化

论文摘要

液压阀是流体传动和控制技术的基础元件，控制液压回路中液体的压力、流量及流动方向。插装阀以其高压、大容量、小型、通流能力大、阀芯阻力小等优点成为液压阀发展的必然趋势。本文所研究插装平衡阀，使用在活塞下行的回油路上，防止立式液压缸与垂直工作载荷由于自身重力导致的活塞下滑。论文根据此类阀在实际应用中出现的流量小，泄漏大，压降不平稳等问题，结合实验数据和理论知识，对液压系统进行设计，完善插装平衡阀的内部结构，最终达到对整个阀的性能优化。论文以一举升系统为研究对象，首先对其液压系统进行设计，并着重分析了其平衡回路，应用CFD和正交试验对插装平衡阀进行分析优化。本文主要研究的内容包括以下内容。（1）对插装平衡阀的工作原理进行分析，建立整个平衡阀三维模型并分析其结构1）根据液压系统的理论知识，结合平衡阀在液压系统中的实际作用，对举升液压系统的分析，完成举升液压系统的方案设计，使其满足该液压系统的工作需求。2）结合流体力学有关知识和插装平衡阀的结构特点，建立插装平衡阀的内部流场模型。利用理论分析和计算机仿真模拟技术，对插装平衡阀静、动态特性以及平衡回路的稳定性进行分析和研究，为设计、选择和优化插装阀结构参数提供必要的理论依据，也为增强整个系统稳定性和可靠性奠定基础。（2）对插装平衡阀的结构进行改进，性能进行优化1）通过分析计算，确定插装平衡阀内部结构的尺寸范围，用Fluent流体软件对插装平衡阀内部流场进行静态分析，用AEMSim软件对插装平衡阀进行动态分析,并最终得流量，压力特性曲线。2）通过正交试验，对影响插装平衡阀性能的各种因素对比分析，最终找到影响插装平衡阀性能的最主要因素。改进插装平衡阀的内部流道结构和选取合适的弹簧刚度，使插装平衡阀压力特性，流量特性以及稳定性等性能达到最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 插装平衡阀国内外研究现状
• 1.2 典型插装阀的平衡回路简介
• 1.3 插装平衡阀的结构和原理
• 1.4 选题意义和文章研究的内容
• 第二章 举升液压系统的设计
• 2.1 工况及其分析
• 2.2 插装阀平衡回路的确定
• 2.2.1 速度图和工况图的绘制
• 2.2.2 举升机液压系统图的确定
• 2.3 液压元件的确定
• 2.3.1 主要参数的确定
• 2.3.2 液压元件的选择
• 2.3.3 液压元件的性能验算
• 第三章 插装平衡阀的内部流场数值分析
• 3.1 流体动力学的理论基础与 CFD 简介
• 3.1.1 流体动力学的三大方程与有限体积法
• 3.1.2 常用的层流与紊流基本理论
• 3.1.3 CFD 软件在流体力学中的的应用
• 3.2 基于 Fluent 的内部流场分析
• 3.2.1 模型的创建
• 3.2.2 流场的取出和划分网格以及有关参数的计算
• 3.2.3 中间计算过程及后处理
• 3.3 正交试验在插装平衡阀分析中的运用
• 3.3.1 正交试验法
• 3.3.2 正交试验在插装平衡阀分析中的运用
• 3.3.3 利用正交试验分析插装平衡阀的结果
• 3.4 插装平衡阀内部流场的优化
• 3.4.1 进口直径对平衡阀流量的影响
• 3.4.2 平衡阀出口个数对阀流量的影响
• 3.4.3 在阀出口处倒角的流量特性
• 第四章 基于 AMEsim 的插装平衡回路的分析
• 4.1 AMEsim 简介与机械工程控制的理论基础
• 4.1.1 AMEsim 的简介
• 4.1.2 经典控制理论在 AMEsim 中的运用
• 4.2 AMEsim 模型的建立和运行过程
• 4.2.1 单向阀和顺序阀模型的建立
• 4.2.2 平衡阀回路的 AMESim 模型及参数的设置
• 4.2.3 运行过程
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.3.1 阀的开启压力的理论计算及仿真
• 4.3.2 弹簧刚度对阀流量的影响及分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢