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三级电液伺服阀主阀流场仿真研究

作　者: 蔡霖
导　师: 韩俊伟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 主阀 流量特性 重叠量 流态切换 FLUENT
分类号: TH137.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


三级电液伺服阀是大功率电液伺服控制系统的核心元件,其主要技术要求包括大流量、高频响、高精度、高分辨率和高可靠性等,在六自由度运动模拟器、振动试验台和负载加载器等高性能设备上得到了广泛的应用。三级电液伺服阀的主阀一般采用滑阀结构,通过滑阀阀芯和阀套的相对运动来改变阀口过流面积,达到液流控制的目的。为了设计出高性能的三级电液伺服阀,设计人员必须详细了解主阀结构、加工精度与主阀内部流场分布、主阀性能之间的关系。目前,设计人员一般都是根据经验来确定节流棱边加工精度、阀芯阀套径向间隙和阀口重叠量等关键尺寸或技术要求,然后再根据试验结果进行调整,缺乏必要的理论指导,导致设计周期长,成本高。本文基于FLUENT软件,针对某三级电液伺服阀主阀进行了流场仿真研究。首先,建立了主阀进油腔、出油腔和主阀整体二维模型。同时,仿真分析了滑阀节流棱边圆角和径向间隙对滑阀零位性能的影响,并且首次从流场微观角度数值模拟了滑阀各阀口重叠量不一致对滑阀零位特性的影响。由此得到了理想滑阀流场分布和流量以及节流棱边圆角、径向间隙和阀口重叠量等因素与滑阀流量特性线性度、静耗流量、死区等性能指标之间的关系。此外,本文首次对主阀阀口流态切换现象进行了仿真研究。仿真发现阀口流态切换会导致滑阀流量特性产生突变,在阀芯台肩与阀杆交接处倒圆角可以使滑阀流量特性在流态切换处由突变改善为渐变,减小了阀口流态切换现象对滑阀性能的影响。基于FLUENT软件,仿真研究三级电液伺服阀主阀结构与滑阀流场分布及滑阀性能之间的关系,为三级电液伺服阀主阀的设计及改进提供指导,可以减少试验次数和研究成本,具有很好的理论意义和工程应用价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-11
  1.3 国内外研究现状  11-15
    1.3.1 计算流体力学发展概况  11-12
    1.3.2 计算流体力学在液压阀研究中的应用  12-15
  1.4 CFD 仿真软件比较与选择  15-17
    1.4.1 CFX 简介  15
    1.4.2 PHOENICS 简介  15-16
    1.4.3 COMSOL 简介  16
    1.4.4 FLUENT 简介  16-17
  1.5 本课题的主要研究内容  17-18
第2章 CFD 理论基础及FLUENT 仿真模型建立  18-27
  2.1 流体力学的基本控制方程  18-19
    2.1.1 连续性方程  18-19
    2.1.2 动量方程  19
  2.2 湍流模型  19-21
    2.2.1 湍流模型比较与选择  19-20
    2.2.2 Spalart-Allmaras 模型简介  20-21
  2.3 主阀FLUENT 仿真模型建立  21-26
    2.3.1 FLUENT 几何模型建立  21-23
    2.3.2 模型网格划分  23-24
    2.3.3 FLUENT 仿真假定条件  24-25
    2.3.4 FLUENT 边界条件设定  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 主阀零位流场特性仿真研究  27-45
  3.1 理想滑阀零位特性研究  27-31
    3.1.1 理想滑阀进油腔、出油腔和滑阀整体流场仿真对比  28-29
    3.1.2 理想滑阀零位流场仿真研究  29-31
  3.2 阀芯节流棱边圆角对滑阀零位特性影响仿真研究  31-34
  3.3 阀芯阀套径向间隙对滑阀性能影响  34-39
    3.3.1 阀芯阀套径向间隙对滑阀性能影响仿真研究  35-37
    3.3.2 阀口正重叠对径向间隙的补偿效果仿真研究  37-39
  3.4 阀口重叠量不一致对滑阀零位特性影响  39-43
    3.4.1 阀口重叠量不一致对滑阀性能影响分析  39-40
    3.4.2 阀口重叠量不一致对滑阀性能仿真研究  40-43
  3.5 节流棱边圆角、径向间隙和阀口重叠量影响程度比较  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第4章 滑阀阀口流态切换现象仿真研究  45-54
  4.1 进油腔、出油腔和滑阀整体流场特性仿真对比  45-47
  4.2 滑阀大开口区域流场仿真研究  47-53
    4.2.1 理想滑阀大开口区域流场仿真研究  47-48
    4.2.2 阀口压降对液流附壁影响  48-49
    4.2.3 阀口背压对液流附壁影响  49-50
    4.2.4 阀杆直径对液流附壁影响  50
    4.2.5 阀芯台肩壁面结构对液流附壁影响  50-51
    4.2.6 阀芯台肩与阀杆交接处结构对液流附壁影响  51-53
  4.3 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
攻读硕士学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 液压传动 > 液压元件 > 液压控制阀
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