阀座仿生引流式水液压节流阀特性研究

摘要

随着环境问题的日益突出，人们对于绿色能源技术的需求越来越迫切，作为传统油压技术的替代方案，水液压技术越来越多的受到科研工作者的重视，并且得到初步的应用，但是由于水与油的不同理化特性对水压阀的结构和材料等方面提出了更高的要求。本文主要针对水液压阀阀口部位易于发生的空化气蚀现象进行研究，设计新型结构并采用计算仿真和可视化的实验方法对节流阀的相关特性进行以下研究。
　　首先，根据流量计算公式计算绘制具有直线流量特性的水液压阀阀芯，从墨鱼生物体的尾部喷流结构中得到启发将其应用到水压阀口的结构设计中，利用 Bio-TRIZ仿生设计模型分析生物原型和设计对象的相似性，设计仿生型阀座与阀芯组成节流阀口，考虑到后续实验要求设计方便更换组件的透明阀阀体，充分考虑介质水的特性，设计组装具有仿生特性的实验用水液压节流阀。
　　其次，利用仿真分析的基本原理，根据水液压介质的特殊性质，对仿真的参数设置、模型选择以及边界条件的设置进行分析计算并根据仿真要求进行匹配选择，确定Fluent仿真计算模型。利用Fluent软件对仿生阀口结构进行仿真分析，分析研究不同的孔径尺寸，不同平面旋转角度以及空间旋转角度对于阀门流量分布特性以及压力空化分布特性的影响，初步确定最佳的参数组合。
　　第三，利用Isight优化软件以上一章的仿真结果为基础对引流孔的结构参数进行进一步的优化，将建模网格划分软件Gambit和仿真计算软件Fluent集成到Isight优化平台，以引流孔的孔径尺寸，空间引流角度作为设计变量，阀口区域的压力平均值以及阀口流量作为目标函数构成一个多因素多目标优化的仿真优化模型，利用 DOE方法分析各变量对于各个目标函数的影响程度的大小也就是贡献率的大小。最后选用 PSO种群优化算法对各个尺寸的参数进行优化设计。
　　最后，为了对水液压阀的特性进行实验研究，在参与设计具有综合功能的水液压阀综合实验系统基础之上搭建可视化的实验子模块。根据设计的实验子模块搭建本实验所需的可视化实验装置，对节流阀口的空化现象进行实验分析，分析气泡的变化过程，分析对比不同结构的空化特性，同时根据节流阀的固有特性进行开度流量实验以及压差流量特性等实验研究节流阀的压力流量等相关特性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题来源和背景

1.2 水液压技术

1.3 水液压阀国内外研究现状

1.4 液压系统中的空化气蚀概述

1.5 课题主要研究内容

第2章 水液压节流阀结构设计计算

2.1 引言

2.2 直线流量特性阀芯设计计算

2.3 生物现象分析与阀座结构设计

2.4 节流阀的整体结构设计

2.5 本章小结

第3章 计算仿真及参数分析

3.1 引言

3.2 CFD仿真模型

3.3 流场的湍流模型和边界条件的确定

3.4 不同孔径的流量以及压力分布计算分析

3.5 X-Z平面内不同角度的仿真与计算分析

3.6 X-Y平面内不同角度的仿真与计算分析

3.7 本章小结

第4章 基于ISIGHT的多目标结构优化

4.1 引言

4.2 Isight优化软件

4.3 仿生阀座尺寸优化概念设计

4.4 参数优化的正交试验设计

4.5 基于PSO全局优化算法的多目标尺寸参数优化

4.6 小结

第5章 实验系统设计以及节流阀特性实验

5.1 引言

5.2 水液压阀综合实验系统设计

5.3 实验方法以及装置系统设计

5.4 实验设计

5.5 实验数据采集以及结果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢