大流量快速节流比例阀的研制

论文摘要

在压铸行业中,针对较快的压铸速度容易产生压铸飞边的问题,研制了一种能对压射缸进行快速制动、能有效消除压铸飞边的大流量快速节流比例阀。该阀采用三级驱动,主级采用插装阀型式,先导级集成了高速开关阀与比例阀的特点:当主阀芯未达到目标节流位置时,其由高速开关先导级进行快速驱动;当主阀芯达到目标节流位置时,通过主阀芯与比例阀杆间的液压随动关系实现主阀无超调的稳定节流,比例阀杆的位置通过三通比例减压阀进行比例调节。结合Fluent、AMESim等仿真手段对阀进行了优化设计,试验结果表明,大流量快速节流比例阀能够实现对高速压射缸的快速减速控制,可有效消除压铸飞边;此外由于该阀可对压射缸进行快速制动、消除压铸型腔中的压力峰值,因此可以提高压射缸充型时的快压射速度,在同等锁模力的情况下可生产较大的压铸件,这对压铸工艺的改善与提高和压铸设备的利用均具有重要意义。论文的第一章在简要介绍典型压铸工艺的基础上,分析了压铸飞边产生的原因及其危害,总结了消除压铸飞边的方法及其特点;通过介绍现有压铸机电液控制系统及其在消除压铸飞边方面的特点,进一步明确了本课题研究的意义与价值;最后提出了本课题的研究目标与主要的研究内容,为以后的研究工作指明了研究思路。论文的第二章对大流量快速节流比例阀进行了方案设计,并对其结构、原理进行了详细的阐述;另外对大流量快速节流比例阀的主要结构参数进行了设计计算,对影响阀性能的流道进行了校核,并提出了大流量快速节流比例阀设计的关键问题与技术难点,为下一步的优化设计指明了方向。论文的第三章着重阐述了先导阀的结构、工作原理、设计的关键问题,并根据先导级阀动态特性的要求进行了优化设计;通过AMESim仿真研究,发现主阀芯在运动至目标节流位置时存在超调,针对此种现象提出采用变增益单向阻尼阀的方案,在保证主阀芯满足快速运动要求的前提下,实现对主阀芯无超调的位置控制。论文的第四章主要包括试验台的设计和大流量快速节流比例阀的试验研究。在试验台设计方案上,主要采用蓄能器提供瞬间大流量、利用无载液压缸进行大流量测量的方法,解决了常规方法较难满足大流量试验的难题;对大流量快速节流比例阀进行了局部和整机的性能试验,试验表明:在压射缸的快速减速段存在速度凸峰,主要原因是主阀芯在到达目标节流位置时存在位置过冲。为了解决主阀芯的位置过冲问题,提出采用变增益单向阻尼阀的措施。论文的第五章对本课题作了全面的总结,指出了本课题研究工作中存在的问题,并提出了以后研究工作的重点。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 压铸工艺简介
• 1.1.2 压铸飞边的产生与控制
• 1.1.3 压铸工艺参数的控制系统
• 1.1.4 大流量比例/伺服控制阀的发展现状
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 课题的研究目标
• 1.4 课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 大流量快速节流比例阀的设计方案
• 2.1 大流量快速节流比例阀的工作原理
• 2.1.1 阀的组成
• 2.1.2 阀的工作原理
• 2.2 大流量快速节流比例阀主要参数的设计计算
• 2.2.1 阀的基本设计要求
• 2.2.2 主阀口过流面积的确定
• 2.2.3 主阀芯与二级阀的联合求解
• 2.2.4 三通比例减压阀对比例阀杆位置的控制分析
• 2.2.5 流道设计
• 2.3 设计的关键问题与技术难点
• 2.4 本章小结
• 第3章 大流量快速节流比例阀的特性研究及优化设计
• 3.1 液压阀的力学特性
• 3.1.1 液动力
• 3.1.2 侧向液压力与摩擦力
• 3.2 先导级阀的特性研究与优化设计
• 3.2.1 先导级阀的结构与工作原理
• 3.2.2 关键问题及其解决方法
• 3.2.3 先导级阀的液动力分析及Fluent仿真
• 3.2.4 先导级阀的实验测试
• 3.2.5 关于先导级阀的小结
• 3.3 主级阀的特性研究与优化设计
• 3.4 动态特性的研究
• 3.4.1 AMESim仿真模型的建立
• 3.4.2 仿真模型的特性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验研究
• 4.1 试验台的设计
• 4.1.1 试验台的设计方案
• 4.1.2 液压原理图及试验项目与方法
• 4.1.3 试验台主要参数的设计计算
• 4.2 大流量快速节流比例阀的试验研究
• 4.2.1 大流量快速节流比例阀的局部性能试验
• 4.2.2 大流量快速节流比例阀的整机性能试验
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文和其它研究成果