直动式高性能比例方向阀虚拟样机仿真与试验研究

摘要

作为连接现代微电子技术、计算机控制技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，电液比例控制技术已在工业领域获得广泛地应用。电液比例阀作为电液比例控制系统的重要组成部分，实现了输出的液压量与输入电信号按照比例控制，具有广阔的发展空间。目前，电液比例阀与伺服阀相比，其性能上的差距正在日益缩小。提高电液比例阀的性能，有助于提高电液比例控制系统的整体特性，在未来拥有广大的市场前景。
　　本课题对直动式比例方向阀进行研究，以其主要部件比例电磁铁与阀心为研究对象，分别建立了比例电磁铁与阀内流场虚拟样机。主要研究内容和结果如下:
　　(1)以GP45型比例电磁铁为研究对象，分别进行了磁场的静、动态仿真与温度场仿真。通过电磁场静态仿真，得到了电磁铁内部磁场的分布情况。利用参数敏感性分析法，筛选出了前导套管宽度、衔铁直径、衔铁长度、隔磁环前角等几个对静态电磁力影响较大的参数，并对它们做了静态仿真分析，得到了它们对静态行程一力特性的影响规律。
　　(2)通过磁场动态仿真，对影响电磁铁动态性能的结构参数进行了分析，得到了衔铁吸合运动规律，提出通过改变线圈匝数提高电磁铁动态特性的方法。通过温度场仿真，得到不同匝数下的线圈发热情况。最终综合电磁铁仿真结果，确定了一组结构参数。
　　(3)根据6通径与10通径滑阀结构，利用流场虚拟样机技术，分别建立流道模型与缝隙流动模型。通过仿真分析，得到了不同开口下阀心所受的稳态液动力与瞬态液动力以及流道内部的流场变化情况，明确了阀心所受总的液动力影响。
　　(4)通过对阀心与阀块间的缝隙流动模型仿真，得到不同缝隙尺寸下的径向不平衡力以及均压槽对径向不平衡力的影响。根据仿真结果，分别对6通径与10通径阀心上的均压槽进行了优化。
　　(5)通过试验对比例电磁铁与阀内流场虚拟样机进行验证，确定仿真的准确性。通过对比例电磁铁以及阀心结构优化，可以有效提高比例方向阀的整体性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 电液比例控制技术概述

1．1．2 电液比例阀介绍

1．1．3 电液比例方向阀分类

1．1．4 直动式电液比例方向阀工作原理

1．2 课题研究目的与意义

1．3 国内外研究状况

1．3．1 国外对电磁铁仿真的研究状况

1．3．2 国外对阎内流场仿真的研究状况

1．3．3 国内对电磁铁仿真研究状况

1．3．4 国内对阀内流场仿真研究状况

1．4 本课题研究的主要内容

第二章 比例电磁铁虚拟样机

2．1 比例电磁铁介绍

2．1．1 比例电磁铁分类

2．1．2 比例电磁铁结构与原理

2．1．3 比例电磁铁的性能指标与分析

2．2 电磁场仿真基础

2．2．1 静磁场理论

2．2．2 三维瞬态磁场理论

2．2．3 温度场理论

2．3 比例电磁铁虚拟样机构建

2．3．1 Workbench平台介绍

2．3．2 虚拟样机结构

2．3．3 建模与参数分析

2．3．4 磁性材料分析

2．4 磁场分析

2．5 结构参数分析

2．5．1 结构参数筛选

2．5．2 参数敏感性计算原理

2．5．3 参数敏感性计算结果分析

2．6 多参数静态仿真

2．6．1 前段导套管宽度FM

2．6．2 衔铁直径D

2．6．3 衔铁长度AL

2．6．4 隔磁环前角α

2．6．5 隔磁环宽度IM

2．7 多参数瞬态仿真

2．7．1 磁场生成分析

2．7．2 线圈匝数动态分析

2．7．3 衔铁尺寸动态分析

2．7．4 弹簧孔尺寸动态分析

2．7 线圈发热仿真

2．7．1 比例电磁铁能量转换分析

2．7．2 温度场仿真分析

2．8 衔铁偏心仿真分析

2．9 结构参数确定

2．10 本章小结

第三章 比例方向阀阀内流场仿真

3．1 流场虚拟样机概述

3．1．1 计算流体力学介绍

3．1．2 主要数值方法介绍

3．1．3 流体状态

3．1．4 滑阀阀心受力分析

3．2 阀内流场建模与仿真

3．2．1 流道模型

3．2．2 阀口流速分析

3．2．3 液动力仿真分析

3．2．3 阀心与阀块间的缝隙模型

3．2．4 径向不平衡力仿真分析

3．3 本章小结

第四章 试验研究

4．1 比例电磁铁静态测试试验

4．1．1 比例电磁铁测试平台

4．1．2 比例电磁铁虚拟样机验证

4．1．3 优化后比例电磁铁性能测试

4．2 滑阀性能测试试验

4．2．1 液压测试平台

4．2．2 流量特性测试试验

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢