液压挖掘机整体式多路阀强度分析与流道优化研究

摘要

多路阀是一种多功能集成阀，由于其具有结构紧凑、连接简单等优点，在工程机械特别是液压挖掘机中得到了广泛的应用。针对现阶段实际中存在的多路阀流道设计不合理、阀体失效等问题，本文在分析现有多路阀设计和研究方法不足的基础上，提出了采用流场模拟及有限元法对整体式多路阀进行研究，主要工作如下:
　　论文结合多路阀液压原理对多路阀关键结构尺寸进行计算，得到其主要结构参数。通过推导不同节流槽的阀口面积计算公式，运用MATLAB计算过流面积，为计算流道压力损失奠定基础。为保证多路阀各方面性能满足要求，通过分析多路阀阀体与阀芯之间的泄漏量、液动力，设计出整个多路阀的合理结构尺寸。
　　利用ANSYS Workbench对多路阀进行流场仿真，深入分析特定工况下流道压力损失状况。采用目标函数优化方法对流道进行参数化建模，分析相关参数对流道压力损失的影响。通过仿真发现，流道高度及流道进口尺寸对压力损失影响较大，且优化后压力损失降低明显。
　　利用ANSYS对多路阀阀体进行强度仿真，分析挖掘机单动作和复合动作下阀体应力分布及变形情况，结果表明各工况下阀体应力强度都小于材料的强度极限。为进一步研究阀体可靠性，通过有限寿命预测法对阀体寿命进行计算，分析安全因子及疲劳敏感性对阀体寿命的影响。
　　最后，以多路阀综合试验平台为基础，通过不同的试验方法对整体式多路阀泄漏、压力损失、可靠性进行测试。结合多路阀的结构原理及特点，对试验结果进行了分析，验证了仿真的准确性及设计的合理性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 课题的研究与应用现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 论文的主要研究内容

2 多路阀理论计算与分析

2．1 多路阀工作及结构原理

2．2 多路阀理论计算

2．2．1 关键尺寸计算

2．2．2 多路阀泄漏分析

2．2．3 阀芯受力分析

2．2．4 节流槽尺寸计算

2．2．5 多路阀的压力损失

2．3 本章小结

3 基于CFD的多路阀流场分析与优化

3．1 概述

3．2 流场分析

3．2．1 建立流域模型

3．2．2 计算结果与分析

3．3 流道优化设计

3．3．1 Workbench优化设计概述

3．3．2 阀内流道的优化设计

3．4 本章小结

4 基于有限元的阀体强度分析

4．1 概述

4．2 阀体静力分析

4．2．1 建立模型

4．2．2 设定材料参数

4．2．3 网格划分

4．2．4 载荷与约束

4．2．5 计算结果与分析

4．3 阀体疲劳分析

4．3．1 疲劳分析概述

4．3．2 导入有限元模型

4．3．3 设定材料参数

4．3．4 载荷与约束

4．3．5 设定疲劳参数

4．3．6 计算结果与分析

4．4 本章小结

5 试验研究

5．1 试验原理及实验设备

5．1．1 试验目的和内容

5．1．2 试验仪器

5．1．3 试验方法

5．2 试验结果及分析

5．2．1 技术性能指标试验

5．2．2 压力损失试验

5．2．3 内泄漏试验

5．2．4 高温耐压试验

5．2．5 可靠性寿命试验

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢