本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)閥口試驗臺的研發(fā)及旋轉(zhuǎn)閥口的仿真研究

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【摘要】：純水液壓技術(shù)以其綠色環(huán)保、安全、高效、成本低廉以及本身固有的清潔性和阻燃性等優(yōu)點,在工程機械、海洋開發(fā)、新能源利用等諸多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景,能夠滿足于現(xiàn)代社會對于工程提出的環(huán)境保護和安全要求。水液壓控制閥是水液壓傳動技術(shù)相當(dāng)重要的組成部分,水液壓傳動技術(shù)的大范圍推廣應(yīng)用必須以研制出高性能水液壓控制閥為前提。本文以設(shè)計出一臺完善的旋轉(zhuǎn)閥口試驗臺為最終目標(biāo),根據(jù)項目和課題的具體要求,設(shè)計了該試驗臺并且完善了水液壓控制閥理論和設(shè)計方法。主要的工作和成果如下：根據(jù)旋轉(zhuǎn)閥口實驗臺對水液壓動力源的性能要求,本文參照已有油壓動力系統(tǒng)的設(shè)計原則和方法,在充分考慮到以純水為液壓介質(zhì)的特殊要求,對水液壓動力源完成了尺寸設(shè)計,機構(gòu)組裝,并對其驅(qū)動系統(tǒng)進行了配置和選擇,該液壓動力源將會為其他后續(xù)實驗設(shè)備提供高壓水源。具體工作如下：(1)根據(jù)液壓傳動介質(zhì)(水)的理化特性,分析總結(jié)出水液壓下的系統(tǒng)設(shè)計需要和油液壓下系統(tǒng)應(yīng)該具有的差別,從而為后續(xù)設(shè)計計算打下基礎(chǔ),并且從總體上獲得了對轉(zhuǎn)閥試驗臺系統(tǒng)設(shè)計的認識。(2)根據(jù)國家自然科學(xué)基金項目《面向仿生機器人的水壓電液驅(qū)動技術(shù)研究》(項目批準(zhǔn)號：51275495)的要求,參照已有的油壓下的液壓元器件試驗系統(tǒng)以及國內(nèi)外已有的研究成果,進行了動力學(xué)和運動學(xué)的計算,進而判斷出系統(tǒng)核心部件的設(shè)計尺寸和性能參數(shù)。(3)參照初步確定的實驗方案,根據(jù)實際需求,運用PROE建立了轉(zhuǎn)閥試驗系統(tǒng)核心組件部分的三維模型,參與設(shè)計組裝試驗所需的液壓動力源泵站以及前期的三維模型繪制和參數(shù)確定。(4)對于轉(zhuǎn)閥試驗臺的核心部件,試驗轉(zhuǎn)閥部分,通過計算出的設(shè)計尺寸數(shù)據(jù)和項目上已有的數(shù)據(jù),通過三維繪圖軟件PROE建立了一系列不同的閥口開度的流場物理模型,包括2.5°、5°、7.5°、10°、12.5°、15°、17.5°、20°、22.5°等。(5)運用Fluent的前置處理軟件Gambit進行網(wǎng)格劃分,然后運用Fluent進行流場的流體分析,設(shè)置了一個系列的入口壓力,包括1 MPa、2 MPa、4 MPa、 6 MPa、8 MPa、10 MPa、12 MPa、14MPa等,出口壓力為0 MPa。通過對72種工況的計算,運用后期處理軟件POST得到了一系列的入口速度云圖、出口速度云圖、入口壓力場云圖、出口壓力場云圖、入口速度矢量圖、出口速度矢量圖、射流角折線圖、流場整體速度圖以及流場整體受力圖等。通過完成上述工作,對結(jié)果進行分析,得出入口射流角度最大值為23。左右,此時的閥口開度大約為7.5。左右。對于出口的射流角,發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)閥閥口開度很小的時候,射流角隨著閥口開度的增大而減小,但是當(dāng)轉(zhuǎn)閥閥口開度達到一定數(shù)值后,出口的流體呈現(xiàn)一定角度的噴射狀,這個角度近似接近于流場在閥套上的開度。在流量分析圖上可以看出,在同一個角度下,隨著入口壓力的增加,出口和入口的質(zhì)量流率大約呈現(xiàn)現(xiàn)行增長,在同一個壓力,不同的閥口開度的情況下,通過進出口的流體的質(zhì)量流率也大約呈現(xiàn)出線性關(guān)系。最大的流量是在閥口開度為22.5°,入口壓力為14MPa時候,質(zhì)量流率約為0.19553883kg/s。通過分析入口和出口的速度矢量圖,可以推斷出產(chǎn)生氣蝕的位置,這也是今后需要著重改進和優(yōu)化的地方,之所以說大約呈現(xiàn)線性關(guān)系,因為仿真的模型是理想化模型,閥口開度以及入口壓力都是一個間斷性的離散的數(shù)值,需要進一步加強仿真的量。
【關(guān)鍵詞】：水液壓傳動 泵站 旋轉(zhuǎn)閥 試驗臺 仿真
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH137.51
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 課題來源、目的與意義12-15
• 1.1.1 課題來源12
• 1.1.2 課題目的與意義12-15
• 1.2 水液壓傳動技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 水液壓閥口水力學(xué)特性的研究概況16-19
• 1.3.1 閥口特性國外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 閥口特性國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.3 閥口特性研究現(xiàn)狀總結(jié)19
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容19-20
• 1.5 本論文研究意義20
• 1.6 本章小結(jié)20-21
• 第二章. 轉(zhuǎn)閥試驗臺主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算21-26
• 2.1 轉(zhuǎn)閥閥芯的計算和設(shè)計21-22
• 2.2 閥芯限位裝置的計算和設(shè)計22-23
• 2.3 轉(zhuǎn)閥閥體的計算和設(shè)計23-24
• 2.4 轉(zhuǎn)閥閥套的計算和設(shè)計24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章. 水液壓轉(zhuǎn)閥試驗臺系統(tǒng)的設(shè)計26-34
• 3.1 水液壓動力源的研制26-27
• 3.2 輔件的選擇27-29
• 3.2.1 編碼器的選擇27
• 3.2.2 力矩電機的設(shè)計及其選擇27-29
• 3.3 密封元器件的選擇29-30
• 3.4 試驗系統(tǒng)工作原理30-32
• 3.5 轉(zhuǎn)閥的工作原理概述32-33
• 3.6 數(shù)據(jù)采集與處理方案33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 第四章 轉(zhuǎn)閥模型的建立34-40
• 4.1 穩(wěn)態(tài)壓差與流量特性34-35
• 4.2 動態(tài)壓差與流量特性35-36
• 4.3 摩擦力矩特性36-37
• 4.4 液動力矩計算模型37-39
• 4.5 閥口泄漏特性39
• 4.6 本章小結(jié)39-40
• 第五章. 旋轉(zhuǎn)閥口水力學(xué)特性仿真研究40-61
• 5.1 計算流體動力學(xué)(CFD)40
• 5.2 流體仿真結(jié)構(gòu)圖40-41
• 5.3 流域仿真41-44
• 5.3.1 轉(zhuǎn)閥流場模型的建立41
• 5.3.2 流域網(wǎng)格劃分41-42
• 5.3.3 流體仿真邊界條件的設(shè)置42
• 5.3.4 計算方法以及監(jiān)測參數(shù)設(shè)置42-43
• 5.3.5 流體仿真初始化43
• 5.3.6 仿真計算結(jié)果后處理43-44
• 5.4 流量壓差分析44-49
• 5.4.1 出/入口定壓差時流量的特性分析44-47
• 5.4.2 理論計算數(shù)值和流場仿真數(shù)值的對比47-49
• 5.5 液動力矩特性的仿真分析49-52
• 5.6 定壓差流場出\入口速度特性分析52-57
• 5.7 定壓差流場出\入口壓力特性分析57-59
• 5.8 流場整體受力云圖59-60
• 5.9 本章小結(jié)60-61
• 第六章. 全文總結(jié)與展望61-64
• 6.1 全文總結(jié)61-62
• 6.2 工作展望62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-69
• 個人簡歷69

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本文編號：756047