纯水液压节流阀及阀口气蚀分离研究

摘要

由于水介质的低粘度、高气化压力和腐蚀性，使得研制纯水液压节流阀面临着解决腐蚀、气蚀破坏以及高压下密封困难等诸多技术难题。因此需要充分考虑水介质特殊的理化性能，从材料、密封形式选择、新型结构设计、加工制造等方面入手，才能研制出性能优良的纯水液压控制阀。气蚀一直是液压阀中经常发生的一个严重问题，随着液压系统向高速、高压及微型化发展，特别是纯水液压方向的迅速发展，气蚀问题显得更为突出。本文研制了两种不同结构的纯水液压节流阀，针对纯水液压阀中的气蚀及其噪声问题，设计和搭建了纯水液压阀气蚀试验系统对不同结构阀口抗气蚀性能进行了研究。论文的主要内容如下：　　第一章为绪论。论述了纯水液压的技术现状和研究纯水液压元件面临的关键技术问题，重点分析了关键技术问题之一——气蚀问题的国内外研究现状，提出了减小纯水液压元件气蚀破坏的方法和研究纯水液压阀口气蚀现象的意义。在此基础上，提出了本论文的主要研究内容。　　第二章为纯水液压节流阀的研制。从纯水液压节流阀的结构、材料以及密封型式选择等方面进行了研究，解决了纯水液压控制阀中腐蚀、气蚀破坏以及高压下密封等问题，研制了两种DN16纯水液压节流阀。协助设计和搭建了纯水液压控制阀性能试验系统，并在该系统上对所研制的纯水液压节流阀进行了实验研究。　　第三章为纯水液压阀气蚀试验系统的设计和搭建。介绍了纯水液压阀气蚀试验系统的设计思想、气蚀实验装置的设计要求以及实验信号检测与分析，完成了试验系统数据采集硬件的设计和软件的编写。　　第四章针对阀口结构对气穴的影响，研究不同结构节流阀口的抗气蚀性能。从流场控制的角度，采用CFD技术对不同结构阀口附近的流场流态进行了仿真，分析了各种边界条件因素对气穴的影响。实验研究不同结构节流阀口的压差一流量特性、阀口临界气穴系数大小，比较分析了不同阀口的抗气蚀性能。实验结果与仿真结果比较吻合。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1纯水液压传动技术

1.2纯水液压元件研究现状及面临的关键问题

1.2.1纯水液压元件的研究现状

1.2.2纯水液压元件面临的关键问题

1.3液压元件气穴及其噪声问题

1.3.1油压元件气穴及其噪声问题

1.3.2纯水液压元件气穴及其噪声问题

1.3.3纯水液压元件减小气蚀破坏的方法

1.4课题的研究意义和主要研究内容

1.4.1课题的研究意义

1.4.2本课题的主要研究内容

1.5本章小结

第二章纯水液压节流阀的研制

2.1纯水液压节流阀的结构设计

2.1.1纯水液压节流阀的设计要求

2.1.2阀口形式的选择

2.1.3结构型式的设计

2.2纯水液压节流阀的计算

2.2.1节流阀几何尺寸的确定

2.2.2节流阀受力计算

2.2.3节流阀性能计算

2.3纯水液压节流阀的实验研究

2.3.1节流阀实验方案

2.3.2纯水液压阀性能试验系统的搭建

2.3.3实验研究与结果分析

2.4本章小结

第三章纯水液压阀气蚀试验系统的建立

3.1纯水液压阀气蚀试验系统原理

3.2气蚀试验系统的搭建

3.2.1系统台架的三维布置

3.2.2系统的设计思想

3.3气蚀实验装置的设计与布置

3.3.1气蚀实验装置的设计

3.3.2气蚀实验装置的三维设计

3.3.3实验信号检测与分析

3.4纯水液压阀性能与气蚀试验信号采集系统

3.4.1 LabWindows/CVI简介

3.4.2信号采集系统软件的编写

3.4.3信号采集系统的硬件部分

3.5本章小结

第四章纯水节流阀口气蚀分离研究

4.1阀口气蚀分离研究概述

4.2流场仿真数学模型

4.2.1基本方程

4.2.2Anisotropic k-ε湍流模型

4.2.3气穴模型

4.3阀口流场仿真与分析

4.3.1阀口结构简图及几何模型

4.3.2仿真结果与分析

4.4阀口气蚀分离实验研究

4.4.1实验方案

4.4.2气蚀终端实验装置

4.4.3实验方法

4.5实验结果与分析

4.5.1阀口压差—流量特性研究

4.5.2阀出口压力频谱分析

4.6本章小结

第五章总结与展望

5.1论文全文总结

5.2后续展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利

致谢