先导式水压溢流阀的结构优化与仿真分析

摘要

先导式水压溢流阀作为水压系统的重要元件之一，其性能的优劣对水压系统影响至关重要，鉴于水压阀中存在诸如振动与噪声、气蚀与磨损、拉丝侵蚀与冲蚀、泄漏等关键技术问题，为提高其使用性能，在参考国内外相关文献和理论分析的基础上，对先导式水压溢流阀的结构进行了优化。
　　通过分析先导式水压溢流阀自激振动产生的原因，对先导阀芯进行了调压腔设计，通过分析先导阀芯液动力的变化，在导向活塞上加工有环形槽。然后基于FLUENT仿真软件建立了流场仿真模型，分析了阀腔内部流场的静压力场、压力矢量场以及沿y方向的压力变化分布图，研究不同的节流结构、不同位置、形状大小的环形槽结构对先导式水压溢流阀流场分布及性能的影响。仿真结果表明:导向活塞端面上的环形槽的位置、形状和大小对阀腔内部流场分布影响较大，在对先导式水压溢流阀进行结构设计时优选半径为1mm的且位于导向活塞端面中间位置的半圆形环形槽。
　　基于先导阀的工作原理建立了先导式水压溢流阀的数学仿真模型，通过AMEsim软件分析了先导式水压溢流阀的动态性能，并研究不同的主阀和先导阀液阻直径对先导式水压溢流阀动态性能的影响。仿真结果表明:该新型结构的先导式水压溢流阀的升压时间为1.13ms，响应速度快;压力回升时间为6.32ms，系统振荡次数少，衰减快;压力超调率量为11.6％，动态稳压误差小，工作性能稳定。
　　从流体动力润滑理论出发，采用FLUENT仿真软件分析了微造型结构对阀芯润滑性能的影响。仿真结果表明:在主阀芯上加工有圆柱形微造型结构，支撑力最大，能够提高其动压润滑性能。
　　介绍了采用3D打印方法对主阀芯和先导阀芯进行制造，并阐述了利用激光技术对主阀芯上的微造型进行加工的方法。
　　论文在理论研究的基础上，为适应未来水压技术的发展，对先导式水压溢流阀的结构进行了优化设计和仿真分析，其研究成果具有一定的理论及工程实际意义。

目录

声明

摘要

插图或附表清单

1 绪论

1．1 概述

1．2 水压传动技术的定义、研究意义及应用

1．2．1 水压传动技术的定义

1．2．2 水压传动技术的研究意义

1．2．3 水压传动技术的应用

1．3 水压溢流阀的关键技术问题及解决方法

1．3．1 水压溢流阀的关键技术问题

1．3．2 解决方法

1．4 国内外研究概况及发展趋势

1．4．1 国外研究概况

1．4．2 国内研究概况

1．5 本论文的研究意义及主要研究内容

1．5．1 论文的研究意义

1．5．2 论文的主要研究内容

1．6 本章小结

2 先导式水压溢流阀的结构优化设计

2．1 先导式水压溢流阀的工作原理

2．2 先导式水压溢流阀的结构设计

2．2．1 先导式水压溢流阀的基本设计参数

2．2．2 阀体的主要结构参数

2．2．3 弹簧设计

2．3 先导式水压溢流阀的结构

2．4 主要零部件的材料选择

2．5 本章小结

3 先导式水压溢流阀的CFD仿真分析

3．1 调压腔设计理论

3．1．1 自激振动产生的原因

3．1．2 消除自激振动的方法

3．2 环形槽设计

3．2．1 液动力分析

3．2．2 液动力补偿

3．3 流场仿真数学模型

3．3．1 基本方程

3．3．2 标准湍流模型

3．3．3 气穴模型

3．4 环形槽处的仿真分析

3．4．1 FLUENT软件介绍

3．4．2 不同的节流结构

3．4．3 不同位置的环形槽结构

3．4．4 不同形状的环形槽结构

3．4．4 不同大小的环形槽结构

3．5 本章小结

4 先导式水压溢流阀动态性能分析

4．1 先导阀芯受力分析

4．1．1 径向不平衡力产生的摩擦力

4．1．2 重力和惯性力

4．1．3 弹簧力

4．2 先导式水压溢流阀数学建模

4．3 AMEsim仿真分析

4．3．1 AMESim建模

4．3．2 动态性能仿真结果分析

4．4 本章小结

5 阀芯微造型的设计与加工

5．1 流体动力润滑理论

5．2 主阀芯微造型

5．2．1 主阀芯的几何模型

5．2．2 基于N-S方程的计算模型

5．2．3 边界条件的设置

5．2．4 CFD模型求解及结果分析

5．3 先导阀芯微造型

5．3．1 先导阀芯的几何模型

5．3．2 不同微造型的模型

5．3．3 仿真结果及分析

5．4 阀芯的加工工艺

5．4．1 阀芯材料

5．4．2 3D打印阀芯

5．4．3 阀芯表面微造型加工方法

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果