数字式水压溢流阀的性能分析及结构设计

论文摘要

纯水液压传动技术具有环境友好、安全性高以及清洁等优点,在造纸、食品、工程机械等领域具有广泛的应用前景。随着现代设计方法与新型工程材料的快速发展,水压技术已经成为国内外液压行业新的研究热点。在液压系统中,由于计算机的大量应用使得越来越多的数字化产品出现。数字阀具有价格低廉、功率耗用少、操作方便、对污染敏感度低以及简单灵活等优点,已成为当今流体传动控制技术发展的一个新方向。纯水介质具有汽化压力高、腐蚀性以及粘度低等特点,使得水压阀的研制面临着密封性差、气蚀破坏以及腐蚀等诸多技术难题。气蚀是液压系统中常常出现的一个严重问题,纯水液压阀中气蚀问题尤其突出。所以,研制出性能优良、使用寿命长以及高压力的水压阀将具有较大的实用价值,这主要从新型工程材料、结构优化设计以及加工工艺等方面入手。溢流阀是液压系统中压力调节与控制的关键元件,因此,水压溢流阀的性能对水压系统的性能有着十分重要的影响,本文从水压溢流阀的流场仿真与动态性能仿真两个方面来研究分析,应用Fluent仿真软件对液压锥阀的流场进行仿真,得出了相关参数的几组不同数据仿真图,分析了阀的性能与主要参数之间的关系；应用Simulink软件建立了数字式水压溢流阀各子系统和整个系统的仿真模型,并对影响数字式水压溢流阀的动态性能的相关参数进行了仿真,分析了不同参数对数字式水压溢流阀动态性能的影响。本文在对数字式水压溢流阀流场与动态性能仿真分析的基础上,设计了数字式水压溢流阀的结构,并对主要结构尺寸进行校核计算。在纯水液压溢流阀的制造工艺方面,阐述了先导阀与主阀的工艺要求。同时根据本课题的设计要求,对阀芯、阀座、密封圈的材料和阀的驱动装置及控制器进行了配套选择。最后对数字式水压溢流阀的输入输出特性进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水压传动技术的特点与应用
• 1.2.1 水压传动技术的特点
• 1.2.2 水压传动技术的应用
• 1.3 水压技术与其它技术的区别
• 1.4 水压技术的研究现状及关键技术
• 1.4.1 水压技术的研究现状
• 1.4.2 水压传动的关键技术
• 1.5 水压控制阀的研究
• 1.5.1 水压控制阀的现状
• 1.5.2 几种典型的水压控制阀
• 1.6 数字阀的发展现状
• 1.6.1 数字阀简介
• 1.6.2 国外现状
• 1.6.3 国内现状
• 1.7 课题的研究意义及主要研究内容
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 主要研究内容
• 1.8 本章小结
• 第二章 水压溢流阀的气蚀分析与解决措施
• 2.1 概述
• 2.2 气穴现象的产生
• 2.3 气蚀现象的产生与危害
• 2.4 气蚀破坏的解决措施
• 2.4.1 新型结构的应用
• 2.4.2 新型工程材料的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字式水压溢流阀的动力学仿真分析
• 3.1 Fluent软件介绍
• 3.2 流场仿真数学模型
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 气穴模型
• 3.3 水压锥阀的流场仿真分析
• 3.3.1 初始条件
• 3.3.2 不同阀芯半锥角的仿真
• 3.3.3 不同阀芯圆角的仿真
• 3.3.4 不同阀芯内腔容积的仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 数字式水压溢流阀的动态性能仿真分析
• 4.1 概述
• 4.2 Matlab软件与Simulink介绍
• 4.3 数字式水压溢流阀的动态特性分析
• 4.3.1 建立数学模型
• 4.3.2 仿真模型与参数
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.3.3.1 动态特性响应曲线
• 4.3.3.2 主要参数的动态仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 数字式水压溢流阀的结构设计与计算
• 5.1 结构设计
• 5.1.1 设计要求
• 5.1.2 结构形式
• 5.1.3 工艺要求
• 5.2 参数设计计算
• 5.3 材料选择
• 5.4 阀驱动装置选择
• 5.4.1 直线电机简介
• 5.4.2 阀控制器的选择
• 5.5 数字式水压溢流阀输入输出特性
• 5.5.1 输入信号
• 5.5.2 输入输出特性分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本论文总结
• 6.2 本论文研究工作的不足
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表的学术论文
• 附录B 不同阀芯半锥角的Fluent仿真部分程序
• 附录C 不同阀芯圆角的Fluent仿真部分程序
• 附录D 不同阀芯内腔容积的Fluent仿真部分程序