掘进机用插装式平衡阀动态仿真

摘要

平衡回路是液压传动中常见的一种控制回路，被广泛的应用于工程机械，建筑机械和冶金机械等行业，其中平衡阀是平衡回路的关键元件。文章研究的平衡阀应用在掘进机上，在掘进机截割部启动时，液压缸出现爬行，抖动现象，而且平衡阀易产生气穴、漩涡、噪声等现象。文章通过对平衡阀进行运动分析，通过AMESim软件对液压系统进行仿真分析，以及通过Fluent软件对平衡阀进行流场分析，对液压缸出现爬行抖动现象做出分析，对进一步减少气穴、漩涡、噪声等现象提出修改意见。
　　 本文首先分析了插装式平衡阀在掘进机上的工作原理和工况，然后对截割部进行力学分析，得到了液压缸负载变化规律，最后对平衡阀阀芯受力分析并建立运动学方程，同时搭建阀口的流量方程，流量连续性方程，研究平衡阀的动态特性。
　　 应用AMESim软件搭建了EBZ120型掘进机截割部液压系统仿真模型，根据实际工况对仿真模型进行参数化处理，通过仿真分析得到:液压缸无杆腔压力达到稳定状态时为5.1MPa，流量为26.9 L/min，液压缸有杆腔稳定时压力为2.58MPa，流量为14 L/min。稳定后的液压缸活塞速度为0.022m/s。在先导油压力和入口压力的作用下，插装式平衡阀阀2单向阀阀芯位移为0.6mm，阀2主阀阀芯位移为2mm，阀2主阀开口度为1.4mm。
　　 通过改变控制油口大小，液压缸负重，调压弹簧预紧力大小，调压弹簧弹性系数等重要参数，并对这些参数进行批运算仿真分析，研究每个参数对平衡阀开启性能的影响，为进一步优化平衡阀提出改善意见。
　　 最后研究了密封圈摩擦阻力对平衡阀的性能影响，提出了聚四氟乙烯密封圈摩擦阻力的计算过程，并建立了新的仿真模型，通过分析仿真得到的曲线，得出过大的密封圈摩擦阻力是造成平衡阀和液压缸活塞爬行的主要原因。
　　 应用FLUENT软件分别对单向阀和主阀的相同开口度，不同锥角和相同锥角，不同开口度下的二维流场进行仿真分析，研究了开口度、锥角对主阀和单向阀流道内低压区域大小、入射角大小、油液最大速度和最大速度区域大小、漩涡区域大小以及对阀芯和阀座的液压冲击大小的影响，并提出平衡阀的优化方案。
　　 本文的研究工作为插装式平衡阀的优化设计，消除液压缸的爬行现象提供了参考依据，同时为研究液压元件提供了一种可以借鉴的研究方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 悬臂式掘进机的发展现状和趋势

1．1．1 国外掘进机发展概况及发展趋势

1．1．2 国内掘进机发展概况及发展趋势

1．2 课题研究背景及意义

1．2．1 液压技术在工程机械上的应用

1．2．2 液压阀的发展概况

1．2．3 液压平衡回路

1．2．4 平衡阀—平衡回路系统的重要控制元件

1．3 课题研究内容、目的

1．3．1 课题研究内容

1．3．2 课题研究的目的

第二章 插装式平衡阀理论分析

2．1 插装式平衡阀工作原理及工况分析

2．1．1 平衡阀工作原理介绍

2．1．2 平衡阀先导比选择

2．2 插装式平衡阀工况分析

2．2．1 插装式平衡阀流量计算

2．2．2 截割部升降油缸负载计算

2．3 动态特性分析

2．4 本章小结

第三章 基于AMEsim的插装式平衡阀液压系统仿真

3．1 AMESim软件介绍

3．2 插装式平衡阀液压系统仿真模型搭建

3．3 仿真分析

3．3．1 插装式平衡阀启动特性分析

3．3．2 控制油口大小对平衡阀动态特性影响

3．3．3 液压缸负重对平衡阀动态特性影响

3．3．4 调压弹簧预紧力大小对平衡阀动态特性影响

3．3．5 调压弹簧弹性系数对平衡阀动态特性影响

3．3．6 密封圈对平衡阀动态特性影响

3．4 本章小结

第四章 插装式平衡阀二维流场数值模拟分析

4．1 FLUENT仿真软件介绍

4．2 插装式平衡阀单向阀数值模拟

4．2．1 应用GAMBIT软件搭建几何模型及网格划分

4．2．2 FLUENT初始化

4．2．3 二维流场仿真及分析

4．3 插装式平衡阀主阀数值模拟

4．3．1 应用GAMBIT软件搭建几何模型及网格划分

4．3．2 FLUENT初始化

4．3．3 二维流场仿真及分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 课题总结

5．2 课题展望

参考文献

致谢

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