王艳珍[1]2003年在《水压控制阀内流场的CFD解析及可视化研究》文中指出水压驱动技术作为人类可持续发展的一项环保、节能新技术，将代替现已成熟的油压驱动技术。在水压控制系统中，滑阀和锥阀是构成水压控制系统不可缺少的元件，同时水压阀也是产生能耗的一类主要元件，因此水压阀的性能对整个系统的性能起着至关重要的作用。由于水压阀是通过控制流体流动来操作系统的，阀的压降也来自于流体流经阀道时的能量损失，因此阀内的流体流动状态就成为决定阀操作性能最为重要的因素。 水压阀中的液压冲击、振动、噪声以及水压阀中的气蚀是研制水压阀存在的主要难题，而有限体积数值计算方法又被证实是一种可行而有效的流场计算法，因此应用有限体积法对水压阀阀道内流场进行数值模拟和可视化研究，是非常有意义，也是非常重要的。 论文主要包含叁部分的内容：水压阀稳态模型和瞬态模型的建立；水压阀内流场过流特性的研究；作用于水压阀阀芯及阀体上的力特性分析。通过对水压阀模型的CFD稳态和瞬态解析，可以得到水压阀内流场的速度分布、压力分布及能量分布，据此定性分析流道结构(速度、压力、流动的分离与再附壁，旋涡的产生与消失等)与能量损失、负压分布等的关系，从而为设计出高效率、低能耗、低噪声的水压阀提供理论依据。同时CFD解析也可以得到不同启闭速度下阀腔内的动态压力，在此基础上计算出作用于水压阀阀芯的稳态和瞬态轴向液动力，对精确计算阀芯驱动力具有重要的参考价值和指导意义。
张宜波[2]2013年在《水压先导式无静差减压阀的设计与研究》文中认为水压传动具有绿色节能、保护环境、安全可靠、物丰价廉等突出优点,势必成为流体传动与控制未来发展的方向之一。其中压力阀作为液压传动技术中的关键元件之一，对其性能的研究尤为重要。但压力阀普遍存在静差,加之水的汽化压力高、粘度低、可压缩性小等特性,导致了水压压力阀内液动力、摩擦力等明显增大,易产生气蚀、拉丝侵蚀等现象,严重缩短了阀的使用寿命,直接影响了阀的性能。因此消除静差,成为解决水压压力阀调压精度的难题之一。首先介绍了水压传动及压力阀的发展历程,优缺点及国内外研究现状。对静差概念进行了解释,分析了静差产生的机理,揭示了静差产生的本质,并就阀系统中的静差进行了分析,归纳出了静差的危害,提出了消除静差的难点与关键技术,为水压先导式无静差减压阀的设计提供了理论指导。然后在继承油压控制阀设计经验的基础之上,设计了一种新型结构的先导式无静差水压减压阀,采用了特殊结构,实现了阀内部的动压反馈。根据提出的设计指标,对无静差减压阀的结构基本参数进行了设计计算,对水压减压阀具体结构的材料进行了合理选择。应用SolidWorks Flow Simulation对先导式无静差水压减压阀进行了流场仿真分析,验证了结构设计的合理性。最后建立了水压先导式无静差减压阀数学模型,并用MATLAB仿真分析了其静态和动态特性,仿真得到了静态压力特性曲线、静态压力一流量特性曲线等,分析得到该阀具有良好的静态特性,而且调压精度高,根据推导的静差计算公式,该阀的静差都保持0.3%以下,满足设计指标。仿真结果证明,该阀在阶跃响应下出口压力稳定,稳定时间在2秒左右,幅频宽为4.87Hz。
张德生[3]2011年在《大功率阀控液力偶合器设计理论及关键技术研究》文中指出阀控充液型液力偶合器是采煤工作面大功率刮板输送机最有效软启动装置之一,作为联系工作机和原动机之间的“纽带”,其采用纯水作为工作介质,适应频繁带载起动并具备过载保护和调速等功能,成为800kW(单驱动)以上大功率刮板输送机软启动设备的主导机型。阀控偶合器是复杂的机、电、液(液压、液力)一体化系统,设计加工难度大,目前国内还没有此类产品,相关研究也很少,已成为制约我国大型刮板输送机进一步发展的瓶颈。泵轮和涡轮形成的工作腔是偶合器的技术核心,功率的增大使得偶合器结构强度和散热问题突出,因此工作腔结构及控制阀组是阀控偶合器的技术关键。本文以解决大采高综放工作面后部刮板输送机(2×1000kW)软启动问题为目标,围绕阀控偶合器的关键技术,理论分析和实验相结合,从工作腔流场分析和优化、液相分布规律、工作轮结构力学特性分析以及控制阀组开发等方面对阀控偶合器展开了研究。相关研究工作主要包括以下几个方面:根据刮板输送机阻力计算模型和后部刮板输送工作特点,指出后部刮板输送机受落煤量大幅变化等因素影响,具有负载波动大和起动困难等特点;进一步分析了阀控偶合器的基本特性,确定了阀控偶合器与电动机和刮板输送机间参数匹配关系。以“长壁形”特性曲线为目标,在对现有偶合器循环圆特性比较的基础上,选择桃形腔为阀控偶合器的原始腔型,作为进一步研究分析的基础。在对计算流体动力学(CFD)基本模型分析比较的基础上,确定了偶合器多流动区域耦合的叁维流场计算方法。采用可实现k-ε湍流模型模拟了标准桃形腔满充情况下稳态流场,网格划分采用多边形网格,并将力矩预测结果与相似模型的试验值比较,验证了计算模型的正确性。CFD预测表明标准桃形腔过载系数太大,无法满足刮板输送机需求,进一步分析了叶片厚度、叶片形状和挡圈等因素对桃形腔流场和力矩特性的影响,力矩预测表明“高低相间叶片+挡圈”的结构组合具有相对较高的效率,满足限矩性能要求。运用VOF两相流模型,基于“准瞬态”流场分析,对工作腔部分充液时气-液两相流动进行了研究,仿真得到的液相分布与相关文献中GAMMA射线和平面阵列传感器检测结果基本一致,显示出VOF在液相运动界面追踪方面较强适用性。对不同转差和充液量下的液相分布及流动规律进行了仿真,并进一步比较了不同充液量下的力矩特性,为变充液量调速提供了理论依据。引入单向流体-结构耦合(FSI)方法,将CFD流场仿真结果和有限元分析(FEA)相结合,对双腔结构中载荷最恶劣部件输入端泵轮不同工况下受力情况进行分析,并基于分析结果对结构进行了改进。FSI分析提高了计算准确度,得到了常规有限元计算中未有的规律:偶合器叶片所受载荷为交变载荷,易致疲劳破坏。对泵轮模态进行了分析,研究结构的静频和不同载荷作用下的动频,较全面掌握了泵轮的动态特性。按照半开式回路设计了电磁控制阀组,指出低压大流量是阀控偶合器控制阀组的基本特性,且要求具有一定耐阻塞能力。建立了先导式电磁阀串联液阻理论模型,基于该模型得到主阀芯开启必须满足的压力和结构条件。液阻是先导式电磁阀的敏感参数,为此搭建了纯水液压试验台模拟节流孔和先导阀间压力分配关系,对不同直径和长度节流孔压力-流量特性的试验研究表明:对于水介质而言,小孔对长度和工作液粘度不敏感,因此可选择粗短孔、并尽可能选择大通径先导阀以提高抗阻塞能力。主阀口采用平面和锥阀两级节流,通过AMESim仿真软件对弹簧、节流孔等参数对阀的动、静态特性的影响进行了分析,确定了电磁阀组的优化参数组合。研制出电磁阀组和阀控偶合器样机并进行了相关试验。搭建了简易试验平台,对电磁阀组的开启压力、稳定工作压降、响应性以及循环口的压力波动等进行测试,试验表明所研制的电磁阀组满足低压大流量特性,且具有较快的响应速度;对阀控偶合器进行了台架试验,获得了满充下力矩特性,与仿真值较为一致,所研制阀控偶合器的原始特性曲线基本符合“长壁形”曲线特征。试验结果与和仿真值间的高度吻合,为阀控偶合器的现代设计方法提供了重要理论支撑。本为最后总结了阀控偶合器的分析设计过程,以腔型、结构力学特性、控制阀组等关键技术为主线,CFD,FSI,AMESim系统仿真等现代分析工具为辅助手段,开发出了阀控偶合器产品,可实现大功率刮板输送机的软启动功能并保障其可靠运行;初步建立了阀控偶合器的现代设计理论,为提升阀控偶合器品质、缩短其开发周期和降低研制成本提供了有效参考。该论文有图122幅,表16个,参考文献160篇。
弓永军[4]2005年在《纯水液压控制阀关键技术研究》文中提出本论文针对叁类典型的纯水液压控制阀,从理论分析、样机研制及实验研究等多方面对其工作性能进行了全面而系统的研究。研制出了国内首套高压大流量纯水液压控制阀气蚀特性实验台架,并针对纯水液压控制阀中最典型的节流阀口,研究了不同结构对阀口的流量一压差特性、出口压力及流量系数的影响;同时系统地研究了气蚀特性、密封技术及材料选择等关键技术,并集成地应用这些关键技术,完成了系列高压大流量纯水液压控制阀的结构设计、样机制造及性能优化等方面的研究,取得了一些具有创新性的结果。 研制出了一种基于多级分压、高压引流补偿和分离原则的气蚀抑制新结构和一种能够实现微量调节的轴向叁角通槽式节流阀口结构、提出了一种基于敏感腔设置、阻尼器优化以及特殊力放大机构的灵敏控制方法;从流场控制的角度提出了纯水液压控制阀的参数优化设计方法:第一,利用弧形阀芯过渡面,改善节流槽内的压力分布,即:在紧靠阀芯与阀套形成的喷口处的微小区域内形成高于背压的压力峰值,从而抑制气蚀的发生。第二,增大阀套出口直径及锥度,减小出口位置偏差可以有效抑制出口漩涡形成,从而降低了气蚀现象的发生。在以水为工作介质的多级节流阀口、异形结构阀口的气蚀特性试验中,发现刚发生气穴现象时的气穴系数在0.35～0.5之问,与油压系统的气穴系数相近,这一现象在公开文献中未见报道,可为纯水液压控制阀节流阀口的设计提供依据。 本博士论文的主要内容可分为7章,现分述如下: 第一章为纯水液压传动的发展历程及研究现状。能源结构的变化趋势和人类可持续发展的时代要求,是纯水液压技术发展的外在要求;而纯水液压技术本身所具有的介质来源广泛、环境友好、清洁安全的独特优势,则是纯水液压技术崛起的内在动力。本章首先介绍了水液压技术的定义及基本特征;其次归纳了水液压技术的发展历程及其研究内容和难点,并就纯水液压传动在行走机械、食品、医药、娱乐、造纸等场合的应用进行举例说明;最后给出了目前国内外纯水液压控制阀的研究现状、典型代表、关键问题及应用前景;并说明了目前纯水液压控制阀存在的问题及开展纯水液压控制阀关键技术研究的目的、意义及对策。 第二章为纯水液压控制阀气蚀实验系统的搭建。本章首先介绍了纯水液压控制阀气蚀试验系统的设计思想、气蚀实验装置的设计要求,以及气蚀特性实验的测量原理及方法;然后针对测量中可能的误差来源进行分析。 第叁章为纯水液压控制阀防气蚀阀口特性研究。水的汽化压力高,可压缩性小,密度大,这使得纯水液压阀中存在严重的气蚀腐蚀和拉丝侵蚀现象,从而导致阀很快失效。要减小或
参考文献：
[1]. 水压控制阀内流场的CFD解析及可视化研究[D]. 王艳珍. 西南交通大学. 2003
[2]. 水压先导式无静差减压阀的设计与研究[D]. 张宜波. 昆明理工大学. 2013
[3]. 大功率阀控液力偶合器设计理论及关键技术研究[D]. 张德生. 中国矿业大学. 2011
[4]. 纯水液压控制阀关键技术研究[D]. 弓永军. 浙江大学. 2005
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