插装式顺序阀及背压单向阀动态特性的研究

论文摘要

插装阀是根据各类液压控制阀阀口在功能上都可视为固定的或可调的或可控液阻的原理发展起来的一类覆盖压力、流量、方向以及比例控制的新型阀类,其基本构件为标准化、通用化、模块化程度很高的插入元件、先导元件、插装块体和适应各类功能的盖板元件;具有结构简单、性能可靠、流动阻力小、通油能力大、动态响应快和易于实现集成等特点,广泛应用于塑料机械、锻压机械、铸造机械、冶金、机床、汽车、造船等领域。在综合国内外文献资料的基础上,介绍了插装阀控制技术的发展历程、应用领域及发展趋势。总结了二通插装型方向、流量、压力控制阀的工作原理及典型结构。对插装式顺序阀阀口流量特性和阀芯受力状况进行了分析,建立了基于阀芯力学动态平衡方程和阀口流量平衡方程的数学模型;通过实验探讨了阀芯控制腔弹簧刚度、阻尼孔直径、进口流量对压力恢复特性的影响。对插装式背压阀在大流量下的稳定性进行了研究,建立了基于湍流理论的标准k～ε和RNGk～ε湍流模型,比较得出RNGk～ε湍流模型更适合于高应变率和流线弯曲程度较大的流动;基于RNGk～ε湍流模型,利用Fluent仿真软件分析了其在大流量下速度、压力的分布特点,得出在大流量下插装式背压阀阀芯振荡是由于在其出口流道附近形成漩涡以及高速主流在出口附近流道断面收缩导致出现负压区,空气从油液中析出进入控制腔、阻尼孔节流作用丧失而引起的结论。通过实验分析了插装式背压阀阀芯控制腔弹簧刚度对其在进口流量变化时对阀口压差特性的影响。各章内容分述如下:第一章,介绍了插装阀控制技术的发展历史、现状及其应用领域,总结出其中若干发展趋势;最后,简要概括了本课题的研究意义和主要研究内容。第二章,介绍了二通插装阀的基本结构和各构件的功能,以VICKERS、REXROTH等插装阀著名生产商的产品为例子,深入剖析了二通插装式方向控制阀、单向阀、溢流阀、顺序阀、减压阀、节流阀、流量阀等方向、压力、流量控制插装阀的典型结构和特点。第三章,简要介绍了插装式顺序阀的基本结构;基于流体力学、运动学和工程控制论建立了插装式顺序阀的数学模型;基于AMEsim平台,对其在出口突然失去载荷情况下进口压力恢复过程进行了仿真分析,得出在出口突然失去载荷情况下阀芯位移、阀芯控制腔及阀进口压力的变化规律;在现有实验条件的基础上,完成了多种条件下的压力恢复性能实验,得到了阻尼孔直径、弹簧刚度、进口流量等变化对进口压力恢复特性的影响等一系列结论。第四章,基于液压流体力学、湍流理论、工程控制论建立了适应插装式背压阀内流道流动特点的RNGk～ε湍流模型,对近壁区域两种模拟方法进行了介绍;利用Fluent仿真软件分析了插装式顺序阀在大流量下速度、压力的分布特点,从理论上解释了插装式背压阀在大流量时易出现阀芯振荡现象的原因,得出油液通过该阀阀口后在出口流道附近形成漩涡以及高速主流在出口附近流道断面收缩导致出现负压区,空气从油液中析出进入阀芯控制腔,阻尼孔节流作用丧失,使该阀阀芯极易振荡而引起的结论,理论分析和工程实践证明采用改换控制腔压力引入孔位置可有效解决该阀阀芯振荡的现象。第五章,概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需进一步研究的工作和方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 插装阀的发展及应用
• 1.1.1 插装阀发展的技术背景
• 1.1.2 插装阀发展概述
• 1.1.3 插装阀的应用领域
• 1.2 插装阀控制技术的发展趋势
• 1.3 插装阀性能研究现状
• 1.3.1 流场特性的研究现状
• 1.3.2 静、动态特性的研究现状
• 1.4 课题研究意义和内容
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 课题研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 二通插装阀基本结构及类型
• 2.1 二通插装阀基本结构
• 2.2 二通插装阀基本类型
• 2.2.1 方向控制阀
• 2.2.2 压力控制阀
• 2.2.3 流量控制阀
• 2.3 插装阀的集成块
• 2.3.1 三通块
• 2.3.2 四通块
• 2.3.3 整体块及混合块
• 2.4 本章小结
• 第三章 插装式顺序阀压力恢复性能的理论分析与实验研究
• 3.1 插装式顺序阀结构
• 3.2 压力恢复特性
• 3.3 数学模型的建立
• 3.3.1 阀芯受力分析
• 3.3.2 运动方程的建立
• 3.3.3 流量方程的建立
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 AMEsim仿真软件简介
• 3.4.2 仿真模型的建立
• 3.4.3 仿真分析
• 3.5 实验研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 大流量下插装式背压阀稳定性的仿真和实验研究
• 4.1 基本结构及计算区域
• 4.2 流场计算数学模型
• 4.2.1 基本方程
• 4.2.2 标准k～ε湍流模型
• 4.2.3 RNGk～ε湍流模型
• 4.2.4 近壁区域的模拟
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 FLUENT仿真软件简介
• 4.3.2 边界条件及流场分析
• 4.3.3 压力分布
• 4.3.4 振荡原因分析及对策
• 4.4 实验研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢