滑阀阀芯滞卡力的分析及测量装置的研制

摘要

液压阀是广泛应用于液压系统中的基础元件，而液压控制阀，尤其是方向控制阀中，滑阀的应用最为广泛。对滑阀运动的控制是否理想，直接影响到执行元件的稳定性与整机的安全性，因此滑阀卡滞问题一直是液压技术领域关注的问题。 造成滑阀卡滞的因素多种多样，如阀芯的形状误差、表面粗糙度、配合间隙内的固体颗粒物和阀芯热变形等。对于阀芯热变形引起的卡滞问题，一方面是由于滑阀的节流温升导致的阀芯变形，这极有可能会导致滑阀的卡滞现象。另一方面，阀口温度和变形量又具有随节流口油温变化而变化的特性（其最大变形量达到阀体阀芯配合间隙的一半左右，当阀口无流量时形变部位又可能恢复原貌），因此阀口的变形量具有不确定性和时效性，这使得阀芯热变形不易被察觉，并且微米级的变形量难以测量，也成为了滑阀热变形卡滞研究的难点。 本文针对引起滑阀热变形卡滞的因素，运用数值模拟的方法进行了研究。运用Fluent和Workbench软件，对节流槽个数、阀口开度和阀的进出口压差对阀芯热变形量的影响进行了研究，并运用 AMESim 搭建了滑阀模型，模拟计算了间隙大小、阀芯偏心距、节流槽尺寸和节流槽的结构形式对阀芯承压端面液压力的影响情况。研究发现：随着节流槽个数的增多，阀芯承压端面液压力会随之减小；随着节流槽宽度的增大，阀芯承压端面液压力的值呈先增后减的趋势；随着节流槽深度的增大，阀芯承压端面液压力随之减小，且变化幅度越来越大。此外，楔形节流槽受节流槽个数的影响比较大，U型节流槽受到的影响相对比较小。 最后，通过阀芯承压端面液压力与弹簧刚度、粘性阻力、稳态液动力和卡滞力的关系，推导出阀芯所受的卡滞力。结果表明：阀芯的热变形量最大出现在U形节流槽的弧顶处，并且，温度场所引起的阀芯变形量为压力所引起变形量的106倍。 论文的主要研究内容如下所示： 第一章：说明了课题的研究意义及其背景，介绍了滑阀卡滞现象在液压系统中所存在的普遍性，对滑阀的发展历程及国内外发展现状进行了阐述。滑阀作为液压系统中的基础元件，其卡滞对系统所造成的影响以及引起滑阀卡滞的因素本章都做了简要叙述。 第二章：由于各种因素所造成的滑阀的卡滞现象屡见不鲜，较为常见的处理方法有：阀芯表面开设均压槽、提高油液的清洁度。尽管如此，液压卡滞现象仍然伴随了液压阀的整个发展史。本章从液压卡滞的机理分析这一现象。 第三章：滑阀的热变形所引起的卡滞现象较为常见，在液压系统中经常会遇到由于阀芯的热变形所造成的系统故障，因此本章对阀的热变形进行了仿真模拟。同时，阀芯的偏心距、阀体阀芯的配合间隙、节流槽尺寸和节流槽结构形式对阀芯承压端面液压力的影响都在本章进行了仿真研究。 第四章：主要介绍卡滞力测量实验装置的设计及加工。对实验中所需要的器材逐一进行了介绍，并详细地阐述了实验的操作过程，阐述了如何在实验中形成单一变量和多变量影响因素。 最后，对目前的研究成果进行了总结，并对后期需要研究的工作进行了展望。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 滑阀卡滞机理的研究

2.1 相关计算软件的介绍

2.2 滑阀卡滞机理

2.3滑阀液压卡滞力数学模型的建立

2.4 减少液压卡滞现象的措施

2.5 本章小结

第3章 滑阀卡滞因素的研究

3.1 阀芯变形量的研究

3.2 其它影响因素的研究

3.3 本章小结

第4章 实验的设计与加工

4.1 实验装置的设计

4.2 阀芯的具体设计

4.3 本章小结

总结与展望

1.总结

2. 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表及录用学术论文

附录B 科研实践