一种先导式高压气动比例减压阀研究与特性分析

论文摘要

高压气动减压阀是高压气动技术的关键元件，实现系统中高压输入压力调整到低于输入压力的调定压力输出。由于高压气体的固有特性，气体在减压阀阀内流动是一个复杂的变质量的热力学过程，并伴有能量损耗。本文从先导级部分、主阀级部分及密封等方面对一种先导式高压气动比例减压阀进行结构设计和工作原理分析；运用热力学定律、实际气体状态方程、熵与能量分析法推导出减压阀节流减压过程中能量损耗计算式；建立表述影响高压气动减压阀能耗大小以及工作性能参数的数学模型和仿真模型，仿真分析各主要参数对减压阀能量损耗及工作性能的影响。本文的主要研究内容如下：第一章概述了气动技术的应用、特点与发展趋势；阐述了国内外高压气动减压阀的研究状况、研究方向；说明了本课题研究意义和目的；介绍了本文主要研究内容。第二章介绍了先导式高压气动比例减压阀的结构特点和工作原理。提出先导级控制的流量稳定器能提高减压阀的压力控制精度和主阀阀芯采用弹簧力反馈的自密封功能的平衡方式；对减压阀的密封设计进行详细地阐述。第三章介绍了气体基本特性，应用实际气体状态方程、热力学能分析法推导出实际高压气体节流减压的熵产方程和损方程，为高压气动减压阀能量损耗计算和仿真提供了数学模型。第四章针对先导式高压气动比例减压阀的工作原理，建立了比例电磁铁(含放大器)数学模型、传递函数以及先导式高压气动比例减压阀的数学模型，为建立仿真模型提供了依据。第五章在减压阀能量损耗计算式及数学模型的基础上，利用Matlab仿真软件的M文件编程及Simulink中建立仿真模型；仿真得到减压阀能量损耗曲线、静态特性曲线和阶跃响应曲线；仿真分析各主要参数对减压阀能量损耗、动态响应和稳态性能的影响。最后，对全文的研究工作进行总结，并展望了下一步的研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 气动技术的概述
• 1.1.1 气动技术的应用和特点
• 1.1.2 气动技术的发展趋势
• 1.2 高压气动技术概述
• 1.2.1 高压气动系统应用概述
• 1.2.2 高压气动控制元件研究概述
• 1.3 课题的提出及主要研究内容
• 1.3.1 课题的提出及目标
• 1.3.2 本课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 先导式高压气动比例减压阀结构特点及工作原理分析
• 2.1 减压阀结构特点
• 2.2 先导控制级
• 2.2.1 流量稳定器
• 2.2.2 比例电磁铁
• 2.2.3 先导阀阀芯
• 2.3 主阀级部分
• 2.4 密封设计
• 2.5 减压阀工作原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 先导式高压气动比例减压阀能量特性分析
• 3.1 气体基本特性
• 3.1.1 气体的压缩性
• 3.1.2 气体的粘性
• 3.1.3 气体的导热性
• 3.1.4 气体的比热容
• 3.2 气体状态方程
• 3.3 系统的能量分析方法
• 3.3.1 能、热和功
• 3.3.2 能量的分析法
• 3.4 减压阀节流减压过程中能量分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 先导式高压气动比例减压阀的数学模型
• 4.1 模型的假设条件
• 4.2 比例电磁铁（含放大器）数学模型
• 4.3 基本方程
• 4.4 流量方程
• 4.5 压力方程
• 4.6 阀芯受力方程
• 4.7 本章小结
• 第5章 先导式高压气动比例减压性能仿真分析
• 5.1 性能概述
• 5.2 仿真及 Matlab/Simulink 简介
• 5.3 仿真模型
• 5.3.1 减压阀的能量损耗仿真模型
• 5.3.2 减压阀的静态特性仿真模型
• 5.3.3 减压阀的动态特性仿真模型
• 5.4 仿真结果分析
• 5.4.1 能量特性分析
• 5.4.2 静态特性分析
• 5.4.3 动态特性分析
• 5.4.4 主要参数影响分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 1 总结
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间发表的学术论文目录）