【摘要】：液壓傳動相對于其它傳動方式具有功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、易于控制、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域及各類機械設(shè)備中。隨著科技的發(fā)展,液壓傳動向著高速、高壓和大功率方向發(fā)展,由此對于液壓傳動的元件性能提出了更高的要求。相對于其它傳動方式,液壓傳動有一個典型的缺陷,即氣穴問題。氣穴會給液壓傳動性能帶來一系列的問題,如流道阻塞、氣穴噪聲、氣蝕問題、氣穴使液壓油溫度升高,降低液壓油粘度,進而降低液壓系統(tǒng)的容積效率等�；跉庋▽σ簤簜鲃有阅苡兄T多不利的影響,研究氣穴產(chǎn)生機理,降低氣穴產(chǎn)生強度對于提高液壓系統(tǒng)性能有著十分重要的現(xiàn)實意義,同時由于氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機理十分復(fù)雜,目前為止還沒有完全了解氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機理,因此研究氣穴產(chǎn)生后熱效應(yīng)機理有著十分重要的理論意義。錐型節(jié)流閥在液壓系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用,而其結(jié)構(gòu)特點決定了在其工作過程中不可避免的會產(chǎn)生氣穴,氣穴對錐型節(jié)流閥有很大的影響,因此研究錐型節(jié)流閥氣穴問題對于提高錐型節(jié)流閥的性能有很重要的現(xiàn)實意義。氣穴現(xiàn)象伴隨著氣穴噪聲的產(chǎn)生。氣穴噪聲與液壓油流動噪聲共同組成了錐型節(jié)流閥的噪聲。錐型節(jié)流閥的噪聲問題對其性能的影響又是不可忽視的。本文以國家自然科學(xué)基金項目“高速高壓軸向柱塞泵的多場耦合理論研究”為背景,將氣穴問題所引起的多場耦合問題作為該自然科學(xué)基金的子課題,以錐型節(jié)流閥氣穴所涉及的熱效應(yīng)問題和錐型節(jié)流閥噪聲問題為主要研究內(nèi)容,對錐型節(jié)流閥氣穴熱效應(yīng)以及錐型節(jié)流閥噪聲問題進行了全面深入的研究。本文為研究錐型節(jié)流閥氣穴問題,搭建了錐型節(jié)流閥氣穴實驗臺,以具有較好透明性的有機玻璃為材料制造模型閥,以便于觀察氣穴現(xiàn)象。制造了45°、53°、60°三種三角形節(jié)流槽以及U形和矩形節(jié)流槽五種不同的閥芯。通過仿真與實驗研究分析了五種不同閥芯情況下錐型節(jié)流閥的壓力特性,得到了錐型節(jié)流閥氣穴氣泡的主要產(chǎn)生部位。同時通過實驗研究以及引入流束收縮系數(shù)對五種不同閥芯在氣穴影響下的流量特性進行了研究。分析了五種閥芯流量和壓力特性的優(yōu)劣情況,為錐型節(jié)流閥的閥芯優(yōu)化提供了理論和數(shù)據(jù)支持。以氣穴產(chǎn)生后氣泡膨脹及壓縮階段的熱力學(xué)過程對液壓油溫度的影響為研究內(nèi)容,將氣穴產(chǎn)生后分成氣泡膨脹期和氣泡壓縮期兩個階段進行研究。對于氣泡膨脹期,本文深入分析了氣泡膨脹階段的熱力學(xué)過程,在一些適當(dāng)假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了氣泡膨脹傳熱的數(shù)學(xué)模型,得到了氣穴氣泡內(nèi)溫度與氣泡運動過程的關(guān)系,預(yù)測了氣泡表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的取值范圍,指出氣泡膨脹過程不是等溫過程,預(yù)測了多變指數(shù)的取值;建立了氣泡膨脹與液壓油溫度之間的數(shù)學(xué)模型,在考慮液壓油粘度變化及可壓縮性的情況下對Rayleigh-Plesset方程進行改進,得到了液壓油溫度與氣泡膨脹過程之間的關(guān)系。對于壓縮期,建立了氣泡壓縮過程氣泡運動與液壓油溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并在考慮熱效應(yīng)的條件下對Rayleigh-Plesset方程進行改進。氣穴噪聲是伴隨著氣穴的出現(xiàn)而產(chǎn)生的,通過仿真與實驗研究分析了氣穴噪聲與系統(tǒng)背壓的關(guān)系,同時分析了錐型節(jié)流閥五種不同閥芯情況下產(chǎn)生的噪聲頻譜,得出錐型節(jié)流閥噪聲的頻率在8k Hz以上,以此為基礎(chǔ)可以通過測量噪聲的頻譜來判斷錐型節(jié)流閥噪聲是否是液壓系統(tǒng)噪聲的主要來源,利于液壓系統(tǒng)故障診斷。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)并詳細地觀察了氣穴氣泡發(fā)光現(xiàn)象,指出在錐型節(jié)流閥中產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象與氣穴現(xiàn)象有直接關(guān)系,以32號抗磨液壓油為工作介質(zhì)的氣穴氣泡發(fā)出的是藍色光芒,氣穴強度對氣泡潰滅發(fā)出的藍光強度有直接的影響,氣穴強度越大發(fā)出的光強越高。同時指出藍光的出現(xiàn)說明氣穴會加快液壓油溫度的升高,可能會對液壓油的品質(zhì)造成影響,進而影響液壓系統(tǒng)性能。本文最后對工業(yè)用錐型節(jié)流閥進行了實驗研究,搭建了工業(yè)用錐型節(jié)流閥實驗臺。通過對工業(yè)用錐型節(jié)流閥的實驗研究驗證了模型閥實驗臺實驗研究的可信性。同時對氣穴引起的液壓油溫度變化進行了研究,證明了氣穴對流經(jīng)節(jié)流閥的液壓油溫度影響比較大,其影響不能忽視。
[Abstract]:In this paper , a series of problems such as flow channel blockage , cavitation noise , cavitation and cavitation are studied in this paper . The mathematical model of the relation between bubble motion and hydraulic oil temperature in bubble compression process is established , and the Rayleigh - Plesset equation is improved under the condition of considering the thermal effect .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH137.52
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本文編號：2131028