双喷嘴挡板伺服阀流场分析及其动静态特性研究

论文摘要

液压元件、系统及其控制,是世界上工业发达国家争相竞争发展的产业,并且被认为是衡量一个国家工业化水平高低的重要标志。我国液压工业在借鉴外国技术的基础上发展起来,得到了较大成就。然而我国液压工业发展存在着一定的问题,例如内部流道能量损失大、噪声大、寿命较短、对于液压阀及管路的设计较少应用有限元分析,通常是根据经验设计,因此,根据CFD这一现代化的数值计算工具分析液压元件和管路内的流场,并根据结果分析流场结构和液压阀的噪声、能量损失之间的关系是非常必要的。对双喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板级和主阀芯流场进行模拟分析、试验检验挡板阀的静态、动态特性是本文的主要工作。论文首先介绍了计算流体力学的相关内容,包括了计算流体力学的求解步骤和主要的计算方法、流体运动模型和紊流模型和FLUENT的简单介绍,对于计算流体力学有了初步认识。然后用INVENTER软件建立了双喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板级和主阀的流场模型,用GAMBIT软件对其进行了网格的划分。论文建立分析了挡板不同位移和主阀阀芯在不同位置流场形状时候的流场形状,分析了对液压阀可能产生的影响。得到了在喷嘴挡板的位置能量耗散较大,并且速度有较大变化,同时温度在此处有较大提升的结论,在主阀极流场分析中得到在阀口开启的时候,液流速度会产生较大变化,压力在此处变化也较大,能量耗散集中在此处,同时针对主阀芯做出一些改进,分析了改进后主阀级流场形状,并且与未改进之前的流场进行了比较,得出改进后的阀芯在流体进入阀腔的时候,速度及压力变化显著减小。论文介绍了伺服阀的分类、工作原理和动静态性能指标参数。并且建立了伺服阀的数学模型,通过MATLAB对其动静态性能进行了仿真分析,通过实验得到了喷嘴挡板阀的内泄漏、空载流量曲线、压力特性曲线、分辨率等一系列的静态特性曲线,最后进行了双喷嘴挡板伺服阀的动态性能测试,通过时域和频域的响应曲线得到了伺服阀的幅频宽和相频宽,并且得到了其频率范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 液压阀发展回顾及我国液压工业发展
• 1.2 液压技术的优缺点和发展的方向
• 1.3 流场分析在液压技术中的应用概述
• 1.4 CFD在液压技术中应用现状
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 计算流体力学相关内容简介
• 2.1 计算流体力学的概念与意义
• 2.1.1 计算流体力学概念和特点
• 2.1.2 计算流体力学求解步骤
• 2.2 主要数值计算方法介绍
• 2.2.1 有限差分法
• 2.2.2 有限体积法
• 2.2.3 有限元算法
• 2.3 流体运动方程和湍流模型
• 2.3.1 流体运动基本方程
• 2.3.2 湍流模型
• 2.4 FLUENT简介
• 2.5 本章小结
• 第三章 电液流量伺服阀特性分析
• 3.1 电液伺服阀简介
• 3.1.1 电液伺服阀的组成
• 3.1.2 电液伺服阀分类
• 3.2 伺服阀工作原理
• 3.3 电液伺服阀主要性能
• 3.3.1 静态特性
• 3.3.2 动态特性
• 3.4 喷嘴挡板阀建模
• 3.4.1 力矩马达的数据模型
• 3.5 伺服阀动态特性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 双喷嘴挡板伺服阀流场分析
• 4.1 双喷嘴挡板伺服阀先导阀流场分析
• 4.1.1 先导阀CFD模型建立
• 4.1.2 流场计算网格划分
• 4.1.3 流场解析假定
• 4.1.4 流场边界条件设定
• 4.2 双喷嘴挡板伺服阀主阀流场分析
• 4.2.1 双喷嘴挡板阀主阀流场建模
• 4.3 针对主阀芯的改进
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验研究和阀芯改进
• 5.1 伺服阀测试系统的构成
• 5.1.1 液压泵站
• 5.1.2 冷却系统
• 5.1.3 试验台
• 5.1.4 计算机测控系统
• 5.2 伺服阀静态特性测试
• 5.2.1 空载流量特性测试
• 5.2.2 内泄露特性测试
• 5.2.3 压力特性测试
• 5.2.4 分辨率特性测试
• 5.3 动态性能测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读工学硕士期间的学术成果