压电陶瓷驱动精密流量阀的设计与建模

设计了一种精密流量阀,采用压电陶瓷驱动流量阀阀芯并控制其位移.在流量阀的减压出口处安装了金属橡胶,以消除流体通过节流口后压力剧烈变化所产生的纹波现象.设计了流量阀的结构,通过分析流经阀芯节流口以及金属橡胶的流体流量特性,基于节流阀芯的力平衡方程,建立了压电陶瓷驱动精密流量阀的电压 流量理论模型.在流量阀出口安装微压力/流量传感器并与控制器组成闭环控制系统,使得该流量阀具有自适应精密减压阀的功能.将减压阀与流量阀串联组合,可以实现对流体的精密减压与流量控制.多个相同的串联组合阀并联后具有数字比例调节阀的功能,在一定范围内可以实现对出口压力、流量的连续调节与控制.将该精密流量阀作为先导控制阀并与流量阀组合,成为具有高频响特性的精密大流量伺服阀.     

非全周开口滑阀运动过程液动力数值计算

为了获取非全周开口滑阀运动过程液动力特性,以油液流出U形节流槽方向为例,采用非一致性、滑移网格技术及UDF编程方法,研究阀芯运动速度、运动方向、进出口压差及节流槽个数对阀芯所受液动力的影响规律.研究结果表明,在阀芯运动速度低于0.1m/s,阀芯运动时所受的液动力与阀口开度一定稳态计算时的液动力相差不大,可以用瞬态计算近似稳态计算;阀芯运动速度越高,阀芯所受液动力与稳态计算时液动力偏离越大;当阀芯运动方向改变时,液动力出现滞环,速度越大,滞环越大且在小开口下出现液动力方向变化;进出口压差越大,节流槽个数越多,阀芯所受液动力增大,滞环越明显.     

Q—F5型高压微流量阀稳态特性研究

本文对Q—F5型高压微流量阀的稳态特性进行了理论分析和试验研究,讨论在减压阀口产生的热效应使节流阀前池温T_2变化的情况下,节流口流量系数和稳态液动力对流量稳定性的影响。     

三通球阀式高速开关阀稳态液动力分析与结构改进

对于微小型高速开关阀,大流量和高频响都会增大阀芯所受的液动力进而影响其运动状态,因此,对液动力进行分析与补偿是提升高速开关阀性能的关键因素之一。为了解决球阀式高速开关阀在高频启闭状态下流场结构复杂导致传统的稳态液动力理论计算公式已不适用的问题,基于CFD数值计算方法对液动力进行研究。首先,利用COMSOL软件建立阀内流场流体域的几何模型;随后,选用弱可压缩流体、标准k-ε湍流模型并运用动网格技术,得到流体域的压力和流线分布图、流量曲线以及不同阀口开度下阀球和阀芯的稳态液动力变化曲线;最后,为了补偿阀口启闭过程中所减小的稳态液动力,根据不同的阀口结构参数与阀芯受力及阀口启闭时间之间的变化关系,对阀口结构进行优化并确定最优参数。结果表明：进油孔阀球所受的稳态液动力会随着阀口的开启产生先减小后增大的现象,但由于进油孔阀球的稳态液动力相比于回油孔阀球较小,故阀芯上的稳态液动力变化与回油孔阀球上的稳态液动力变化近似;适当减小阀球推杆直径及将靠近阀口的流道改成渐扩型流道能够有效地补偿启闭过程中所减小的稳态液动力,改进后的最优结构相较于原结构的一个周期启闭时间从1.047 ms下降到0.714 ms,稳态液动力补偿效果明显。     

节流槽结构对气穴噪声的影响

为了消除液压阀中的噪声，对不同节流槽内部压力分布、气穴形态和噪声频谱进行了研究.在对节流槽结构特征及流动模型进行分析的基础上，预测了节流阀内气穴噪声的声压模型.通过高速观测及噪声频谱分析对模型进行了验证，并估计了节流阀内的气泡尺寸.结果表明，节流槽结构特征对阀内压力分布、气穴与噪声特性有直接的影响，U形槽内部压力超调量明显高于V形槽，可以显著抑制气穴的析出与生长.不同类型节流槽通过压力分布决定了气泡的成长过程，与U形槽相比，V形槽内部气泡尺寸较大，气泡尺度大小是影响节流槽气穴噪声的主要因素.     

基于AMESim的压力补偿阀工作特性仿真分析

针对压力补偿阀冲击振动问题,本文分析了压力补偿阀的内部结构及工作原理,建立了压力补偿阀动态数学模型,通过AMESim软件建立压力补偿阀仿真模型进行仿真,利用变参数方法对比分析影响其工作特性的主要结构因素。仿真结果表明,在压力补偿阀的压力腔内增设弹簧,可减小油液对阀芯的冲击振动和由振动产生的噪音;而且在LS液压系统响应基本不变的情况下,适当增大节流口的直径,可以减小油液对阀芯的冲击。该研究为压力补偿阀阀体内部结构的改进提供了一定的理论依据。     

流量补偿式节流调速阀的研究

本文研究和探讨了通过流量补偿，使节流调速系统在负载发生变化时，能保持速度稳定的一种新型节流阀的工作原理及阀口的结构。     

液压可变气门机构压力波动及动作循环变动

基于连续可变凸轮驱动液压可变气门机构,研究了倒拖转速、节流阀开度等参数对压力波动及气门动作循环变动的影响,并给出了降低气门动作循环变动措施。研究发现:气门腔压力为低频基振,倒拖转速增大,低频基振之上叠加了高频谐振,导致液压波动。节流阀开度增大,气门腔压力和压力波动幅值均减小,且波峰波谷出现时刻滞后。倒拖转速升高,波峰值增大,波谷值降低,压力波动幅值增大,且波峰波谷数量减少。节流阀全关时,最大升程循环变动(COV_(ML))小于1%;保持倒拖转速不变,随着节流阀开度的增大,COV_(ML)增大;随着倒拖转速的增大,COV_(ML)减小。保持节流阀开度不变,COV_(ML)随液压油温度的升高而增大;节流阀开启后,不同供油压力下COV_(ML)相差不大。缩短回油管路后,节流阀开启时的最大升程循环变动相较于全关时略有增大,不同节流阀开度相差较小且均小于1.5%。     

电子膨胀阀制冷剂质量流量系数神经网络特性关联研究

在自搭建的液环法节流机构流量特性试验台上,采用R22制冷剂,试验研究节流阀开度(流通面积)、节流前后压差、入口密度、入口过冷度、出口比容、干度以及阀头半锥角和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系数的影响;利用Levenberg-Marquart(LM)方法训练BP网络,得到了各影响因素与流量系数的量化关联网络,并进行了试验验证。结果表明,得出的关联网络误差较小,介于±11.0%之间。     

负压钻井节流阀自动控制装置的研制

为适应负压钻井对压力控制的要求,研制出自动节流控制装置。压力信号采用压力传感器测量,阀位开度采用位移传感器测量。可编程控制器根据工程设定压力和实际压力的差别调节节流阀的阀位开度,使受控压力不超过工程设定压力。试验表明,自动控制装置能够适应现场负压钻井对压力控制的要求,工作可靠稳定。     

一级和二级液压锥型阀动态性能模拟研究

锥型阀作为一种重要的液压控制元件,在液压系统中起着关键的作用。为了研究其动态性能,选取了一级和二级锥型阀作为研究对象,介绍了其工作原理和阀芯结构,建立了动态特性的数学模型,并借助AMEsim软件对锥型阀进行了模拟仿真,重点对比分析了关键因素对两种不同结构锥型阀的影响。研究结果表明:一级和二级锥型阀在开启瞬时的响应速度和稳定性以及从动态向稳态过渡的过程两者皆有较大差异,且二级锥型阀明显优于一级锥型阀。同时关键参数对两种结构锥型阀的影响程度也各不相同。     

液压锥阀气穴现象两相流仿真及实验

为研究液压锥阀存在的气穴问题,基于流体力学理论及阀芯受力分析,计算出径向偏移量的大小,在考虑阀芯发生径向偏移的情况下,借助UG软件建立不同工况下的内流场三维模型,通过ICEM-CFD软件划分网格模型,基于FLUENT软件对锥阀内流场的气穴现象进行液-气两相流仿真,获得径向偏移、半锥角、开口度、背压4个影响因素下的气穴分布及强度的变化规律.搭建可视化的液压锥阀气穴现象实验台,借助高像素的相机拍摄各工况下阀口位置的气穴图像,对仿真结果进行实验验证.结果表明:仿真结果与实验结果相吻合,径向偏移使气穴集中分布在上锥面一侧的流场.半锥角为45°时,阀芯的锥阀气穴强度变化平缓,同时半锥角为45°时,开口度为0.4 mm时气穴的强度最明显,随着开口度增大,气穴现象的气团强度逐渐减弱.综合通流能力、气穴强度,半锥角为45°是一个较优的阀芯半锥角度,同时,增大开口度和背压具有抑制气穴发生的作用.     

不同迎角下前体涡流动的等离子体控制特性

应用一对单介质阻挡放电等离子体激励器对20°顶角圆锥-圆柱组合体圆锥段分离涡流场进行了主动控制研究。实验在3.0 m×1.6 m低速风洞中进行,迎角35°～70°,基于圆锥段底面直径的雷诺数为5.0×104。实验结果包括7个测量截面周向压力分布、由周向压力分布推断得到的截面处空间涡结构以及积分得到的截面当地力和圆锥段力。实验结果表明:(1)在35°～50°迎角范围内,圆锥段流场只有一对非对称的主涡,圆锥段分离涡流动呈现近似锥型流特性,随着迎角增大,圆锥段侧向力系数符号不变;(2)在50°～70°迎角范围内,圆锥段流场呈现多涡结构,圆锥段分离涡流动不再呈现锥型流特性,此时随着迎角增大,圆锥段侧向力系数会发生多次变号;(3)等离子体控制使得圆锥段对涡流场中第1个新涡出现的迎角推迟。     

跨临界CO2压缩喷射系统稳定性实验研究

为了研究跨临界CO2压缩喷射系统的稳定性,在自行搭建的实验台上进行了改变工作环境参数及调节节流阀开度对系统稳定性影响的实验.通过分析实验工况下工作流体压力、引射流体压力、背压、工作流体流量、引射流体流量、喷射系数和升压比的变化趋势,得出以下系统稳定性规律：当冷却水流量变化或节流阀开度变化时,系统将从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态,在过渡阶段系统处于不稳定状态;当节流阀开度接近全开（90%）时,工作流体压力将超过压力极限,工作流体流量将达到压缩机的阻塞工况,系统越来越偏离稳定工况,必须及时关闭系统;当节流阀开度接近全关（5%）时,引射流体流量不断减小,最终减小为零,喷射器不再卷吸引射流体,必须及时关闭系统.     

压电作动器驱动两级电液比例减压阀设计分析

针对以往采用压电作动器的减压阀必须采用压力传感器的不足,提出一种先导式比例减压阀.该阀采用压电作动器控制先导阀阀口开度,与先导供油器的固定节流孔形成分压作用,实现对先导压力的控制,进而控制主阀实现对主阀出口压力控制.对减压阀进行结构和原理分析,建立数学模型;用Simulink仿真分析结构参数对静动态特性的影响.采用调零弹簧将最低可控压力向下扩展到0;设计三台肩式阀芯结构,通过流场分析验证了该结构有效地减小液动力;根据仿真结果选择恰当的反馈阻尼孔尺寸,保证减压阀的动态特性.所设计的减压阀无须测量压力并闭环即可实现减压功能,具有良好的调压范围、调压精度,能实现快速稳定动态响应.     

P-Q复合阀调压静特性分析

2D数字式P-Q复合阀采用在同一个阀芯内,应用阀口的三通功能实现压力和流量控制。该阀的压力控制方法较传统的P-Q复合阀有较大的区别,即应用两个阀口构成串联阻力半桥来实现调压。同时对不同形状的调压阀口如何影响压力控制进行了分析比较,对压力线性输出的调压阀口形状方程进行了求解,得到压力线性输出的阀口形状,为P-Q复合阀和其它阀的设计提供一定的帮助。     

单轴压缩下预制裂纹岩石的数值模拟

为了研究单轴压缩作用下预制裂纹对岩石的力学性能、声发射和能量演化的影响,通过室内试验数据反演PFC2D模型的力学参数,然后在数值模拟的基础上分析不同倾角和长度的预制裂纹对岩石力学特性的影响。结果表明：预制裂纹倾角越大,岩石的峰值应力和峰值应变越大,而弹性模量和变形模量也会随着倾角的增大而增大;预制裂纹长度增加时,峰值应力、峰值应变、弹性模量和变形模量不断减小。在预制裂纹倾角为0°,15°,30°,45°时,微裂纹计数波动较大,在60°,75°,90°时计数较为稳定。预制裂纹倾角为0°,15°,30°,45°,60°时,裂纹以翼型裂纹扩展为主,在75°和90°时,并没有出现翼型裂纹,而是在岩体上出现大量的微破裂,在轴向应力的作用下,这些微破裂逐渐贯通,造成剪切破坏。预制裂纹倾角在0°,15°,30°,45°时岩石内部损伤的出现早于60°,75°,90°的,并且弹性储能极限随着预制裂纹倾角的增大而增大。     

P—1复合阀调压静特性分析

2D数字式P－Q复合阀采用在同一个阀芯内,应用阀口的三通功能实现压力和流量控制。该阀的压力控制方法较传统的P－Q复合阀有较大的区别,即应用两个阀口成串联阻力半桥来实现调压。同时对不同开头调压阀口如何影响压力控制进行了分析比较,对压力线性输出的调压阀口形状方程进行了求解,得到压力线性输出的阀口形状,为P－Q复合阀和其它阀的设计提供一定的帮助。     

带U形节流槽的滑阀稳态液动力研究

摘要: 传统液动力理论计算公式难以准确预测带U形节流槽滑阀的稳态液动力,针对该问题以多路阀为测试对象,搭建高精度液动力测试平台,试验获得不同流动方向下的稳态液动力和阀口压力、流量特性,并用计算流体力学（CFD）对阀内流场进行了仿真.试验和仿真数据表明,带U形节流槽的滑阀的稳态液动力在单向流出流入和在双向进出油情况下均会出现负值,即使阀口趋于打开;三位六通阀双向进出油稳态液动力值与单向流出流入稳态液动力耦合值基本一致;仿真所得稳态液动力值和压差值与试验值吻合良好.     

一种新型大流量数字阀

大流量开关阀一般采用多级先导结构,体积、质量较大,且先导流量和零位泄漏较大,为此提出了基于二维螺旋伺服结构的一体化大流量开关阀.该大流量数字开关阀利用螺旋伺服结构通过液压力将阀芯的旋转运动转换为阀芯的轴向运动,实现二级液压功率放大,无需另外配置先导阀.在分析大流量数字开关阀工作原理的基础上,利用流体动力学理论建立其数学模型;在MATLAB平台上采用龙格库塔数值算法编制仿真程序,进行理论分析;最后建立实验平台对理论分析结果进行验证.理论和实验结果表明:新型大流量数字开关阀具有良好的流量特性和良好的动态特性,阀芯位移2.7mm的时间约17ms.工作压力为3MPa、阀芯位移为0.25mm时,流量达到123.3L/min;工作压力为7 MPa、阀芯位移为0.2mm时,流量达到106.9L/min.