工业用动圈式电液伺服阀仿真与优化研究

摘要

电液伺服系统拥有输出功率大、控制精度高等优点，广泛应用于工业生产各个领域。电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心部件，其性能高低将直接影响到整个电液伺服控制系统的整体性能。随着工业技术的发展，对电液伺服阀的性能提出了更高的要求，如响应速度更快，精度更高，工作更稳定。本文在广泛研究国内外相关文献资料及工作的基础上，结合各种应用软件，对提高动圈式电液伺服阀的性能做了较深入的研究并提出了优化措施。 动圈式力马达是个复杂的机-电耦合元件，通过借助ANSYS磁场分析软件研究了Th-7/10型伺服阀动圈式力马达在通电情况下的内部磁场分布情况，通过两种不同永磁材料(ALNIC05和NdFeB)作为磁钢材料进行了比较分析，确定为使动圈力马达获得相同的输出力，当采用高性能的永磁材料时，可以减小动圈力马达的结构尺寸；提出了力马达的外磁路结构形式，增大了动圈力马达的输出力。 借助通用流体仿真软件FLUENT分析了功率级滑阀的内部流场分布特性，详细分析了功率级滑阀内部的流体速度和控制阀的入口压力。通过分析发现此伺服阀功率级滑阀内部的控制阀阀芯拐角处的流线与滑阀内腔壁面发生脱离的现象，致使形成涡旋使系统产生能量损失；控制阀阀芯的位移在1.5mm之前，主阀的响应不是很灵敏，影响伺服阀的动态响应。根据以上问题对主阀芯内腔结构进行了优化，并且详细分析了优化后的内部流场特性。优化后主阀芯左右两腔的压力差比优化前有所改善，有利于提高伺服阀的静态特性，为动圈式伺服阀的设计提供了一定的理论基础。 建立了动圈式伺服阀的方框图模型和AMESim模型，通过对比2种建模方法得出其仿真特性曲线。通过对特性曲线的分析，验证了优化后动圈伺服阀的特性，为液压元件的建模与优化设计提供了一定的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2电液伺服阀国内外研究现状

1.3本课题的研究意义

1.4本课题的研究内容

第二章基于NdFeB永磁材料的动圈力马达磁场分析与优化设计

2.1 Th-7/10型伺服阀动圈式力马达的数值分析

2.1.1动圈力马达模型

2.1.2动圈力马达磁场数值分析

2.1.3力马达磁场分析结果

2.2基于NdFeB永磁材料的动圈力马达的磁场分析

2.2.1永磁材料

2.2.2 NdFeB永磁材料的动圈力马达的磁场分析

2.2.3 NdFeB永磁材料的动圈力马达磁场分析结论

2.3基于NdFeB永磁材料的动圈力马达的优化设计

2.3.1动圈力马达外磁式磁路设计

2.3.2外磁结构力马达磁场数值分析

2.4本章小节

第三章电液伺服阀功率级滑阀内流场的数值分析与阀道优化

3.1功率级滑阀的参数模型

3.1.1滑阀液压桥路设计

3.1.2滑阀参数设计

3.2滑阀的计算模型

3.2.1计算物理参数

3.2.2解析假定

3.2.3滑阀模型选取和网格划分

3.3滑阀阀道内流场数值分析

3.3.1速图分布

3.3.2控制阀入口边界压力分布

3.4主阀芯内阀道优化

3.4.1优化模型

3.4.2优化后内流道的流速分布

3.4.3优化后控制阀入口边界压力分布

3.5本章小节

第四章动圈式电液伺服阀建模与仿真研究

4.1动圈式电液伺服阀的方框图模型

4.1.1控制阀阀芯—动圈组件的机械阻抗

4.1.2主阀芯的机械阻抗

4.1.3动力元件的液压导纳

4.1.4伺服阀的方框图模型

4.2动圈式电液伺服阀AMESim模型

4.2.1 AMESim及其在液压仿真中的应用

4.2.2动圈式伺服阀AMESim模型

4.2.3仿真参数设置

4.3动圈式伺服阀仿真特性曲线分析

4.3.1压力特性曲线

4.3.2流量特性曲线

4.3.3泄漏特性曲线

4.3.4阶跃响应曲线

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文