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高频响大流量比例伺服阀的设计与研究

作　者: 焦宝山
导　师: 安高成
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 大流量高频响比例伺服阀位移-电反馈仿真优化分析
分类号: TH137.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着大型机电装备自动化程度的提高，工程领域对液压控制系统提出了更高的性能指标。电液比例伺服控制综合了电液比例控制技术和电液伺服控制各自的优点，成为当前液压控制技术的亮点之一。本论文在分析比较当前各种高频响、大流量电液比例伺服阀结构的基础上，提出通过对比例伺服阀的功率级主阀结构的设计和优化，选型高响应的先导级控制阀，结合理论分析、流场仿真和静动态特性仿真分析的方法，进行了高频响大流量比例伺服阀的设计，为高频响大流量比例伺服阀的研究设计拓宽了思路和方法，具有重要意义。首先，本论文从控制方式的角度介绍了液压阀的发展过程，综述了国内外大流量、高频响比例伺服阀的研究现状及发展趋势，提出了本论文的主要研究内容。随后根据设计参数的要求，确定了高频响大流量比例伺服阀的设计方案，对其原理和结构进行了详细的阐述，并对功率级主阀进行了初步结构设计和理论计算。其次，在初步结构设计的基础上，建立了主级滑阀的流场仿真模型，利用FLUENT仿真软件模拟仿真分析了不同阀口开度时主阀口的流量特性和作用在滑阀阀芯上的稳态液动力，得到了大流量工况下滑阀稳态液动力与阀口开度的拟合曲线函数，为下一步的动态响应特性仿真提供理论分析依据。随后建立了先导级阀和主级阀的数学模型，在仿真软件Simulink中建立了仿真模型。通过对比控制方案、改变仿真参数，找出了影响比例伺服阀动态特性的关键参数及变化趋势，为进一步的优化分析设计提供了必要的理论支持。最后，利用仿真结果结合影响比例伺服阀动态频响的关键因素对主阀结构与参数进行了进一步的优化，同时从加工工艺角度分析优化了功率级主阀的频响特性，确定了主阀结构参数。最终仿真结果表明，对功率级主阀结构合理的设计能满足高频响大流量的要求，论证了该方案的可行性。随后对本课题做了全面的总结，提出了不足，并展望了今后的研究工作。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 液压阀发展概述  10-12
    1.1.1 伺服阀  10-11
    1.1.2 比例阀  11-12
    1.1.3 高响应比例伺服阀  12
  1.2 高频响大流量比例伺服阀国内外研究现状及发展趋势分析  12-16
    1.2.1 国内研究现状  12-13
    1.2.2 国外研究现状  13-16
  1.3 课题意义及主要研究内容  16-18
    1.3.1 课题意义  16-17
    1.3.2 课题主要研究内容  17-18
第二章高频响大流量比例伺服阀的设计方案  18-30
  2.1 高频响大流量比例伺服阀组成  18-19
  2.2 高频响大流量比例伺服阀反馈部分设计方案  19-21
  2.3 高频响大流量比例伺服阀工作原理  21-22
  2.4 高频响大流量比例伺服阀主要参数的设计计算  22-29
    2.4.1 阀的基本设计参数要求  22
    2.4.2 主级阀节流特性分析计算  22-26
    2.4.3 先导级阀选型确定  26-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章主级阀口液动力 CFD 仿真与分析  30-44
  3.1 稳态液动力  30
  3.2 计算机流体力学  30-33
    3.2.1 FLUENT 仿真软件介绍  31-32
    3.2.2 流态与雷诺数  32-33
  3.3 仿真模型的建立和计算条件  33-34
    3.3.1 几何建模与网格划分  33-34
    3.3.2 施加边界条件  34
  3.4 基于 CFD 的流场仿真分析及稳态液动力求解  34-43
    3.4.1 流场仿真结果及分析  35-39
    3.4.2 稳态液动力求解分析  39-42
    3.4.3 液动力仿真结果拟合函数  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章高频响大流量比例伺服阀的数学建模与控制仿真分析  44-60
  4.1 先导阀分析与数学模型  45-48
  4.2 主级阀分析与数学模型  48-50
  4.3 高频响大流量比例伺服阀控制仿真建模  50-53
    4.3.1 控制仿真软件 Simulink 的介绍  50
    4.3.2 高频响大流量比例伺服阀的仿真模型  50-52
    4.3.3 动态控制仿真参数的确定  52-53
  4.4 高频响大流量比例伺服阀动态仿真分析  53-58
    4.4.1 先导阀动态特性仿真分析  53-54
    4.4.2 主级阀动态特性仿真分析  54-57
    4.4.3 电反馈控制仿真分析  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第五章高频响大流量比例伺服阀的优化分析  60-70
  5.1 主级阀结构参数优化与确定  60-64
  5.2 高频响大流量比例伺服阀加工工艺  64-67
  5.3 其它零件的设计及选用  67-68
  5.4 本章小结  68-70
第六章总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-79

高频响大流量比例伺服阀的设计与研究

内容摘要

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