挖掘机斗杆液压缸无杆腔缓冲过程流场模拟分析

摘要

小型液压挖掘机是一种应用广泛的技术集成度高、多功能、高效节能、易操作的小型机械，作为其执行机构的液压缸，相比其他工程机械的液压缸，具有高速、高压、高冲击等特点，液压缸缓冲装置的性能，直接影响液压缸的作业可靠性。
　　 液压缸缓冲过程的研究方法主要有理论分析、实验和CFD（计算流体动力学）模拟，三者相辅相成、相互补充。相比前两种方法，CFD模拟具有自身的优势:它可以获取整个流场的数值解，经后处理生成速度矢量图、压力分布云图、流线图等，清晰地反映流动规律。
　　 本文的研究对象是LG660小型挖掘机斗杆液压缸，其无杆腔采用带有缓冲通道的圆锥缓冲柱塞和单向节流阀配合的缓冲装置。
　　 实验使用StrainBook/616测试系统采集斗杆缸无杆腔缓冲过程油口压力、缓冲腔压力和活塞位移，使用MATLABCurveFittingToolbox拟合、求导实验数据，获得油口压力拟合曲线和活塞速度曲线，在数值模拟中作为输入定义边界条件。从缓冲压力曲线可以看出，本文所研究的缓冲装置在缓冲开始阶段无杆腔存在峰值压力，后续缓冲过程有波动，不够平稳。
　　 液压缸缓冲过程流体流动的CFD模拟分析，使用动网格方法模拟活塞边界运动，κ-ε湍流模型预测液压缸内不可压缩流体流动。利用基于有限体积法的商业CFD求解器FLUENT求解控制方程。流场速度和压力分布云图清晰地反映了缓冲过程流体流动情况。缓冲压力模拟结果与实验结果相比，峰值压力比较接近。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题主要研究内容

1．2 液压缸缓冲装置介绍

1．2．1 典型缓冲装置

1．2．2 缓冲过程分析

1．2．3 缸内缓冲装置分类

1．3 计算流体动力学概述

1．3．1 流体动力学研究方法

1．3．2 CFD软件结构

第2章 液压缸缓冲性能实验

2．1 实验内容

2．2 实验数据处理

2．3 本章小结

第3章 CFD模拟

3．1 几何模型

3．2 网格划分

3．2．1 网格拓扑类型

3．2．2 网格质量

3．2．3 导入几何文件

3．2．4 划分各分块网格

3．2．5 定义网格区域和边界

3．2．6 输出网格文件

3．3 设置和求解

3．3．1 FLUENT启动设置

3．3．2 设置求解问题

3．3．3 设置求解器

3．4 模拟结果分析

3．4．1 缓冲过程流体流动描述

3．4．2 模拟结果数据分析

3．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

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