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基于磁流变液的先导式溢流阀研究

作　者: 王京涛
导　师: 吴张永
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 磁流变技术先导式溢流阀智能化控制动态性能仿真分析
分类号: TH137.521
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

液压控制阀是液压系统的核心控制元件之一,其性能好坏将直接影响执行元件的静、动态特性及系统的整体性能。随着高新技术的发展,液压传动的工程应用对液压元件的要求越来越高,传统的先导式溢流阀不能实现智能化的控制,元件制造精度要求较高,且对油液污染较敏感,已不能满足现代工程应用的要求。磁流变液(Magnetorheological Fluid或MRF)是智能材料的一种,以其奇特的流变效应广泛应用在机械、汽车、航空、建筑、医疗等领域,逐渐形成一种新的技术——磁流变技术,日益受到人们的关注。本文利用磁流变液的磁流变机理为控制原理,设计一种磁流变先导式溢流阀实现智能和自动化控制。本文概述了磁流变技术的国内外研究现状,介绍了磁流变液的组成、磁流变效应机理、工作模式、性能及制备方法,提出了磁流变先导式溢流阀设计过程中所面临的关键技术问题,针对关键问题采取从选择适宜的材料到合理的磁路设计结构设计等方面解决问题。利用有限元分析软件ANSYS对设计的磁流变先导阀进行了磁场分析,表明将工作间隙设计在铁芯和阀芯之间可提高工作间隙内磁流变液的磁场强度；并对主阀进行了流场分析,表明主阀芯采用抛物线球头形状,阀芯半锥角大于阀座,出口处采用圆弧过渡可以降低磁流变先导式溢流阀进出口两边的压差,减小气蚀发生的可能性,并使液流快速射向阀芯后部,避免阀座处发生气蚀。建立了磁流变先导式溢流阀的数学模型,利用Matlab/Simulink软件对磁流变先导式溢流阀进行了静、动态特性仿真分析,表明磁流变先导式溢流阀的性能满足设计的要求,验证了结构设计的合理性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 课题背景  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-13
  1.4 本文的研究内容  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章磁流变液及其性能研究  15-31
  2.1 磁流变液的组成  15-17
    2.1.1 固体颗粒  15-16
    2.1.2 基液  16-17
    2.1.3 添加剂  17
  2.2 磁流变效应及其机理  17-19
    2.2.1 磁流变效应  17-18
    2.2.2 磁流变效应的机理  18-19
  2.3 磁流变液的工作模式  19-20
  2.4 磁流变液的性能及影响因素  20-26
    2.4.1 屈服应力  20-21
    2.4.2 磁化特性  21-22
    2.4.3 粘度特性  22-23
    2.4.4 聚团沉降  23
    2.4.5 响应时间  23-24
    2.4.6 温度范围  24
    2.4.7 传热特性  24
    2.4.8 声学特性  24-25
    2.4.9 光学特性  25
    2.4.10 密度  25
    2.4.11 寿命  25-26
  2.5 磁流变液的制备方法  26-28
    2.5.1 铁酸盐系磁流变液的制备方法  26
    2.5.2 金属系磁流变液的制备方法  26-27
    2.5.3 氮化铁系磁流变液的制备方法  27-28
  2.6 磁流变液的选择  28-29
  2.7 本章小结  29-31
第三章磁流变先导式溢流阀设计  31-47
  3.1 磁流变先导式溢流阀的工作原理  31-32
  3.2 磁流变先导式溢流阀设计的关键问题  32-35
    3.2.1 气蚀  32-33
    3.2.2 噪声  33-34
    3.2.3 磁流变阀的阻尼力  34-35
  3.3 磁流变先导式溢流阀设计要求  35
  3.4 磁流变先导阀设计  35-41
    3.4.1 材料选择  35-37
    3.4.2 工作间隙  37
    3.4.3 磁路设计  37-39
    3.4.4 结构设计  39-41
  3.5 主阀结构设计  41-46
    3.5.1 材料选择  41-42
    3.5.2 结构设计  42
    3.5.3 参数选择与计算  42-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章磁流变先导式溢流阀仿真分析  47-65
  4.1 概述  47-48
  4.2 磁流变先导阀磁场分析  48-57
    4.2.1 电磁场基本理论  48-50
    4.2.2 磁流变先导阀磁场分析模型  50-52
    4.2.3 仿真结果及分析  52-57
  4.3 磁流变先导式溢流阀主阀芯流场分析  57-63
    4.3.1 基本方程  57
    4.3.2 主阀芯流场分析有限元模型  57-59
    4.3.3 仿真结果及分析  59-63
  4.4 本章小结  63-65
第五章磁流变先导式溢流阀性能分析  65-77
  5.1 磁流变先导式溢流阀的数学模型  65-70
    5.1.1 磁流变先导式溢流阀静态数学模型  66-68
    5.1.2 磁流变先导式溢流阀动态数学模型  68-70
  5.2 磁流变先导式溢流阀的仿真计算  70-73
  5.3 磁流变先导式溢流阀性能分析  73-75
  5.4 本章小结  75-77
第六章结论与展望  77-79
  6.1 结论  77
  6.2 展望  77-79
致谢  79-81
参考文献  81-87
附录  87
  A.作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  87
  B.作者在攻读硕士学位期间获得的专利  87
  C.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  87

基于磁流变液的先导式溢流阀研究

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