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1、水压比例节流阀的设计及仿真研究水压比例节流阀的设计及仿真研究学校代号:学 号:密 级:公开兰州理工大学硕士学位论文水压比例节流阀的设计及仿真研究堂僮虫请厶姓名; 生雪虹毯远邃高工昱烦姓名厦驱猛;能源生动左王程堂医墙差望僮;童些名猛;: 扭撼电王王捏墨生墨目旦论文提交目期;墨生鱼旦苎旦论文筌避旦期;答辩委员会圭廑; 塞盍煎握燮 . 。,兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在
2、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。日期:勿膨年月日作者签名:旮咎孛唬学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权兰少理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名:月多日日期:劢,年多鹏啦导师签名:日期劢,务多月日彳叫争硕士学位论文目录摘要一.?.?.?.
3、?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.第一章绪论.?.论文选题背景?.引言?.水液压传动技术的发展历史?.水液压传动技术的研究现状?一.水液压传动技术的发展趋势?.水液压元件的发展现状:.水压泵的发展?.水压控制阀的发展?.本文研究目的及内容?.:.本文研究目的?.本文研究内容第二章流量控制阀的介绍及水压比例节流阀设计时的关键技术. .流量控制阀的基本原理?. .比例节流阀的分类?一.直动式比例节流阀.先导式比例节流阀.设计水压比例节流阀时的关键技术一.本章小结?.第三章水压比例节流阀的设计?.水压比例节流阀的设计内容.水压比例节流阀的设计参数.水压比例节流阀的结构设计.水压比例
4、节流阀阀口形式的设计.阀芯结构尺寸?.密封形式的选择.比例电磁铁的设计.电磁铁最大推力历一的计算?.比例电磁铁结构形式设计.比例电磁铁尺寸的确定?.比例电磁铁线圈温升的验算?水压比例节流阀的设计及仿真研究.小结第四章普通锥阀结构的流场仿真?.前言?. 介绍.锥阀结构及网格划分?.锥阀流道结构?.网格划分.边界条件和计算方法?.仿真结果及分析.静压云图分析?.速度分析.流量系数分析?.阀芯作用力和液动力分析.小结第五章 锥阀结构的合理确定.前言?一.特殊结构锥阀的流道模型?一.边界条件和计算方法?.仿真结构分析?.静压云图分析?.速度流线图分析.两种结构流量曲线图和流量系数曲线图比较.两种结构液
5、压力和液动力曲线比较?.小结?一总结与展望?.参考文献.致谢附录攻读学位期间所发表的学术论文目录?硕士学位论文摘要液压系统中,液流的压力、流量、方向都是由液压阀来控制的,所以液压阀的性能的好坏对整个系统起着关键性的作用,随着科学技术的发展,由于水液压技术本身所具有的无污染性和抗燃性等独特优点以及新材料的性能不断提高和制造技术的日益完善,它已经成为液压领域新的重要发展方向之一,而水压阀的结构优化和特性研究也是研究重点。本论文通过理论分析和数值仿真结合的方法,对水压锥阀结构进行设计并通过仿真进行详尽分析。本论文首先设计了水压比例节流阀锥阀结构及比例电磁铁,并对主要参数进行校核。其次通过建立合适的普
6、通锥阀和特殊结构锥阀不同角度和尺寸的几何模型;利用前处理软件,进行网格划分,再通过仿真,得出两种结构的不同角度尺寸的静压云图,速度流线图,及流量曲线图,液压力图和液动力图,并进行分析。最后对这两种结构的仿真结果,就锥角度,不同开口度时的静压云图,速度流线图,及流量曲线图,液压力图和液动力图进行比较,得出本文所设计的锥阀结构是优于普通锥阀结构的一种比较合理的结构,在同样条件下,出现负压区域较小,其余流道压力较均匀,产生较小的漩涡,从而降低了能量损失,且流量曲线线性度比较好,稳态液动力也有所降低。关键词:水液压;比例;流场仿真;特性分析水压比例节流阀的设计及仿真研究 ,., , . , . , .
7、,;, , ., , , , , :, ,硕士学位论文第一章绪论 弟一早三酉记.论文选题背景.引言以液压油为工作介质的液压传动系统由于具有功率重量比大、自润滑性好以及元件不易生锈等的优点,因此在工农业生产、自动化控制、航空航天等领域等到了广范的应用,为人类社会生产力的发展做出了巨大贡献。但是随着人类环保意识的逐渐增强,由于液压油污染环境,近年来,以水作为工作介质的水液压技术备受关注,并逐渐成为液压传动技术发展的新方向。.水液压传动技术的发展历史人类历史上最早的液压传动系统和液压泵出现于世纪初,工作介质是水。世纪中叶, 发现了静压传递原理,为液压传动技术的应用奠定了理论基础。世纪初,英国发明家
8、首次利用静压传递原理构造了水液压传动系统。但由于水的水的润滑性比较差,世纪初,以矿物油为工作介质的液压传系统取代了水液压系统,开始被应用于海军战舰炮塔的俯仰装置。由于液压油在系统中气到了润滑,防锈,散热等作用,油压传动系统得到了越来越广泛的应用。但是世纪年代出现的世界范围的石油危机又促使世界各国开始研究以水基液代替矿物油做工作介质的液压传动系统,此时的高水基液是将%左右的化学加剂添加入%的去离子水中形成的合成液。由于水基液具有无污染、廉价、抗燃等优点,因此水基液液压传动技术在当时被普遍认为是世纪年代液压领域的重要发展趋势,并且将成为某些工业部门,如轧钢、冶金、机械制造、食品和海船等传动系统的主
9、要工作介质。但是由于采用水基液的液压传动系统经济性差,成本要高于采用液压油的液压系统,因此随着世纪年代石油价格的下跌和石油危机的缓解,人们对水基液的研究和使用兴趣逐渐下降,水基液后来仅被用于一些对抗燃性有特殊要求的应用场合【。近年来,随着人类环保意识的增强,世界各国政府制定了相应的环境保护法律和法规,从而激发了人们研究低成本,环保液压工作介质的兴趣和热情。世纪年代发展的高水基液添加了%左右的化学添加剂,因此仍然从在污染问题。硕士学位论文绣期恕鬟图.纯水液压技术的趋势及应用比重】纯水液压传动技术的第阶段,主要包括消防灭火装置、喷雾设备以及原子反应堆的冷却、货物的拆装、飞机的高压清洗、船舶以及食品
10、行业等这几个小的特殊领域。纯水液压传动技术的第阶段主要在食品加工的行业应用的比较多,如搅拌发酵机、面包机、加工肉类的切割系统等等。第个阶段,工程机械也成为纯水液压传动技术的应用又一领域,与此同时纯水液压传动也将在通用机械上采用。食品行业中纯水液压技术的应用:我们都知道食品加工行业不像其它机械行业,这个领域所用到的机器及工具,多数都是采用不锈钢材料,而且供应不同种类的水源,因此纯水传动技术在这个领域有很大的利用优势。与其它机械行业相比,我们也知道食品行业的动力元机器所需要很低的能量,所以利用的液压传动系统也就需要很低的压力,从而使纯水液压元件的造价得以降低。例如,与在传统切肉机上所用的气动系统相
11、比较,水液压切肉机不仅噪声降低了,而且成本也得到了节约。纯水汉堡机的液压系统是由两个液压马达、个液压缸组成。其中液压马达驱动螺旋输送机,个液压缸完成压缩、注射、成型、切割功能、提升。系统利用内置控制,进行手动调节及自动控制。系统的最高压力为,最大流量为/,每小时可以生产约个汉堡。此系统应用水液压传动技术的优点是成本低、占地面积小、对环境和产品无污染等,同时该系统还可以作为高压清洗器使用。海洋中纯水液压技术的应用:水液压机械普遍应用于海上作业的这些领域:海洋工作工具、半潜式或自升式钻井平台、海洋勘探和机械手,但是由于海洋与大陆相隔较远,将会给矿物油的供给和对系统的维修保养带来不可避免的麻烦。假如
12、把油介质替换成水介质,水压比例节流阀的设计及仿真研究在节约大量矿物油的同时还能节约一笔可观的运输费用,明显提高了经济效益。由于液压工具体积小、重量轻、特性平稳、输出功率大。在机械手和水下机器人中,几乎都采用液压提供动力,与传统的油介质液压动力工具相比,水液压系统结构简单,并且水下工作者在作业时的机动性、灵活性都得以提高,同时也减小了附加作业力。水液压技术在水射流切割技术中纛鬃鬻饔囊黧熏霾的应用:目前高压水射流切割设备已在数十个国家几十个行业中得到应用,尤其在航空航天、船舶、军工、核能等高尖技术上更显优势。高压水射流的基本原理如图.所示,图.高压水射流自然切割图属于冷切割,加工本身无热量产生,且
13、加工力小,不产生热和机械的应力与出口处材料的组织结构不会发生改变;不污染环境,通常在切割过程中产生的灰尘、弧光及有毒气体也被避免了,具有整洁操作环境,严格符合一直提倡的环保要求;不受材料和厚度的限制,即可加工比较柔软的材料,如:皮革、橡胶、塑料、纸张等;又可加工高硬度的材料,如:工程陶瓷、玻璃、不锈钢等;而且是加工易碎材料和诸多合成材料及加工较复杂工艺的唯一手;用水切割时,产生很小的横、纵向作用力,与其它切割方法相比,像受热变形或裂缝是不会产生的,切口光滑、无熔渣;可一次性完成钻孔、切割及成型工作,不需要二次加工,且刀具无磨损,生产成本低。纯水高压细水雾灭火装置系统图:如下是浙大研究出的系统原
14、理图.,硕士学位论文图.纯水高压细水雾灭火系统原理图该系统由高压纯水液压阀、高压纯水液压泵、喷嘴、水箱、不锈钢管道等组成,水箱的容量为,系统工作压力为。当系统处于工作状态时,处于高压状态的水压阀被打开,此时水压泵从水箱吸入水,高压水从如图所画的喷口喷出,产生平稳波动小的高压水。当水流过被特殊处理的喷嘴如,雾化处理时,它就能够迅速喷出与特殊处理相对应的水流,如拿雾化过的喷嘴来说,他将产生厚厚的水雾,以便达到了短时间灭火效果,使起火现场立即的降温,并与空气隔绝。此灭火系统水量利用率大约只有普通喷水系统的/,效率高,水可以实现大约或更长时间的灭火效果。.水液压传动技术的发展趋势由于水液压技术本身所具
15、有的无污染性和抗燃性等独特优点以及新材料的性能不断提高和制造技术的日益完善,它已经成为液压领域新的重要发展方向之一,但是此项技术和油压技术相比还在总体性能等方面存在一定的差距,因此此项技术还得从以下几方面进行发展:新材料如耐磨、防锈材料得到广泛使用;提高产品的可靠性,效率性,加快研究周期;提高产品竞争力的同时进一步降低成本。水液压技术的发展将给我国带来巨大的经济社会效益,由于水介质液压系统所具有的特殊理化特性,能够预测的是它将在很多领域得到非常广泛的应用,如水下作业工具、石油机械和海洋勘探的液压传动,医疗、包装、食品等无污染行业,也将会在未来更多的行业得到利用。水压比例节流阀的设计及仿真研究.
16、水液压元件的发展现状:液压元件中对工作介质的粘度要求高的是液压泵,其次是各种阀,因此水压系统中水压泵和水压阀的设计制造是决定水压系统性能的关键【。.水压泵的发展在世界上,美国在上世纪年代在全球首先对水液压传动技术做了开发和研究,美国海军土木工程实验室,海水叶片马达在年被研制出并推出利用,进而在年又研制出了首套应用于海水中的水下工作的系统,它的工作压力为,流量为到/。作业工具有旋转式螺旋桨清洗刷及冲击扳手等等。在研制水压元件和系统方面日本处于领先地位,它国的水压系统平均工作压力可达至,并且已应用到医疗食品行业中。压力的纯水液压控制元件已经出售,在控制水下工作的机器人时,己应用了这种先进技术,从位置控制精度上来说,应用水介质的高于油介质的系统。在年,日本的一个知名会社开始研究高压海水泵,在年,成功研制出了压力为、流量约为/的三柱塞曲柄连杆型容积式海水
