基于FLUENT+MATLAB/Simulink的二通插装阀动态特性仿真研究

论文摘要

二通插装阀具有结构简单、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化等特点,是材料成形装备、尤其是大型液压机动力系统的重要元件。近年来随着国内对大型液压机吨位、动作频率和控制精度要求的提高,通过数值仿真,进行设备工作性能的预测,已经成为大型液压机设计的重要手段之一,然而,国内这一工作目前仍基本依赖于国外一些知名厂家,有许多基础性的研究工作有待完成,大通径二通插装阀动态流量控制特性研究就是这些工作之一。以大型液压机主缸预泄压单元中的主泄压阀回路为研究对象,利用流体动力学仿真软件FLUENT,研究了二通插装阀流量与压差、开口度,阀芯速度的关系。利用本文的运动固体边界转换法,可快速获得流场仿真数据。根据仿真数据形成了二通插装方向阀的流量输出模型和液动力输出模型。建立了基于流体动力学仿真结果、阀芯的运动方程、阀口、管道连续性方程,并考虑了阀芯运动与流场耦合作用的二通插装阀MATLAB/Simulink仿真模型,实现了二通插装阀FLUENT+MATLAB/Simulink综合仿真。通过仿真探讨了阀芯控制腔弹簧刚度、两阻尼孔直径大小、进口压力等参数对二通插装阀-方向阀启闭时间的影响。本文的研究工作为全面实现大型液压机插装阀液压系统的仿真作了必要的基础性工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 插装阀的仿真技术概述
• 1.2.1 液压系统仿真技术
• 1.2.2 CFD 仿真技术
• 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 插装阀静、动态特性的研究现状
• 1.4 本文的研究对象、问题及方法
• 1.4.1 本文的研究对象
• 1.4.2 本文研究的问题
• 1.4.3 研究方法
• 第2章 二通插装阀仿真模型的建立
• 2.1 三维几何模型的建立和网格划分
• 2.1.1 三维几何模型建立
• 2.1.2 网格划分
• 2.2 计算流体动力学基本理论
• 2.2.1 流体与流动的基本特征与本文对运动固体边界的处理
• 2.2.2 流体动力学控制方程
• 2.3 液压系统仿真概述
• 2.3.1 系统概述
• 2.3.2 液压系统静、动态特性
• 2.3.3 解析建模法
• 2.4 二通插装阀的数学模型
• 2.4.1 阀芯受力分析
• 2.4.2 运动方程的建立
• 2.4.3 阀口与阻尼孔流量特性的建模
• 2.5 本章小结
• 第3章 二通插装阀流体动力学FLUENT 仿真和分析
• 3.1 边界条件的设置和计算模型的选取
• 3.2 收敛性检验
• 3.3 考虑阀芯运动速度时的阀内流场的仿真
• 3.4 阀芯运动对流量影响的分析
• 3.4.1 开口度相同时阀芯运动对进出口流量影响的分析
• 3.4.2 阀芯出口流量分析
• 3.5 阀芯运动时阀芯所受液压力分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 二通插装阀动态特性的SIMULINK 仿真
• 4.1 仿真方框图
• 4.2 阀的工作过程分析
• 4.3 进口压强对阀芯启闭特性的影响
• V 对阀芯启闭特性的影响'>4.4 阻尼孔 R_V对阀芯启闭特性的影响
• C 对阀芯启闭特性的影响'>4.5 阻尼孔 R_C对阀芯启闭特性的影响
• 4.6 弹簧刚度对阀芯启闭特性的影响
• 4.7 液动力对仿真结果的影响
• 4.7.1 模拟解液动力和理论液动力对阀出口流量的影响
• 4.7.2 模拟解液动力和理论液动力对阀启闭特性的影响分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介