超高压大流量插装式电液比例溢流阀的研究

摘要

大吨位模锻压机是国家工业实力的标志之一，是航空、航天、石油、化工、船舶等重工业领域核心元件的生产装备。超高压大流量插装式电液比例溢流阀是大型锻压设备液压系统的核心元件。目前，该元件完全依赖进口。本课题的研究对于我国掌握核心技术，打破国外技术封锁，具有重要的意义。
　　本文以超高压大流量插装式电液比例溢流阀为研究对象，完成了原理方案设计、仿真分析、样品试制及试验验证。论文主要包括以下内容:
　　在参考国内外已有研究成果的基础上，根据使用需求，完成了原理方案设计，包括主级、先导级、电-机械转换机构的原理方案设计，完成了尺寸的设计计算与元件选型。
　　为研究阀内部流场气穴现象产生的机理以及抑制气穴现象的方法，使用商业化的计算流体动力学仿真软件Fluent对阀的内部流场进行了仿真分析，主要研究了阀芯半锥角与阀的入口压力对气穴现象产生的影响，并提出了一种流道改进的方法，仿真发现，一定程度上抑制了阀的流场气穴现象的发生。
　　为验证阀的原理方案的可行性以及初步计算的参数合理性，基于AMESim与Simulink完成了建模与联合仿真分析。首先，建立了各级的数学模型，然后根据所建立的数学模型搭建了AMESim-Simulink联合仿真模型，并在Simulink中完成了模糊PID控制器设计，较之于PID控制器，提高了压力响应速度，减小了压力超调。为探究各参数对阀的动静态特性的影响规律，参照溢流阀测试的国标(JB/T10374-2013)进行了动静态特性的仿真研究，得到了各关键参数对阀的动静态特性的影响规律，为后续的试验研究及优化改进提供了理论依据。
　　为测试阀的耐压特性、密封特性以及在超高压力下的阀芯阀套的热变形情况，开展了耐压试验研究，设计了超高压耐压试验台，包括液压系统的设计、测控系统的设计、测控程序的编写。经测试，样品阀的耐压特性，密封特性良好，阀芯阀套亦无热变形情况发生。为研究阀的动静态特性以及验证仿真模型的准确性，在高压试验台上，进行了初步的动静态特性试验，得到了阀初步的动静态特性指标，并验证了仿真模型的准确性。
　　论文的最后，总结了本论文的研究成果，并提出了需要进一步研究的内容。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 超高压插装式溢流阀的研究现状

1．3 课题的研究内容与方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 本章小结

第2章 原理及结构参数设计

2．1 设计指标要求

2．2 原理方案设计

2．2．1 典型插装式溢流阀原理方案

2．2．2 原理方案设计

2．2．3 电-机械转换原理方案设计

2．2．4 整体原理方案设计

2．3 结构参数设计计算

2．3．1 主级结构参数设计计算

2．3．2 先导级结构参数设计计算

2．3．3 电-机械转换机构参数设计及元件选型

2．4 本章小结

第3章 基于CFD的流场与气穴仿真研究

3．1 流场与气穴模型理论

3．1．1 流场模型理论

3．1．2 气穴模型理论

3．2 流场仿真分析

3．2．1 三维流道建模与网格划分

3．2．2 边界条件设置与初步仿真分析

3．2．3 入口压力对气穴的影响

3．2．4 阀芯锥角对气穴参数的影响

3．3 流道改进

3．4 本章小结

第4章 建模及仿真研究

4．1 仿真模型及仿真软件概述

4．2 数学模型及仿真模型建立

4．2．1 主级插装阀的数学模型建立

4．2．2 先导压力阀的数学模型建立

4．2．3 电-机械转换机构数学模型的建立

4．2．4 AMESim-Simulink联合仿真模型的建立

4．3 控制器程序的设计

4．3．1 PID控制器设计

4．3．2 模糊PID控制器设计

4．4 动态特性仿真分析

4．4．1 流量阶跃特性仿真分析

4．4．2 建压-卸压特性仿真分析

4．5 静态特性仿真分析

4．5．1 调压范围仿真分析

4．5．2 非线性与滞环仿真分析

4．5．3 卸荷压力特性仿真分析

4．5．4 压力流量特性仿真分析

4．6 本章小结

第5章 试验研究

5．1 耐压试验研究

5．1．1 液压系统设计

5．1．2 测控系统设计

5．1．3 测控程序的编写

5．1．4 试验结果及分析

5．2 动静态特性试验研究

5．2．1 液压系统原理图

5．2．2 试验概述

5．2．3 xPC测控系统搭建

5．2．4 试验结果及分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 后续展望

参考文献