气动电磁微阀的仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀,阐述了微阀的工作原理与结构,利用Fluent软件嵌入UDF函数对几种不同阀口开度下流场分布特性进行了仿真分析,给出了不同阀口开度下流场速度、阀口前后压力变化以及微阀的出口流量特性分析结果。     

四位双通电热气动微阀的工作特性分析

本研究提出的四位双通电热气动微阀是在传统气动微阀的基础上,对阀通道结构和控制方法进行创新设计,采用封闭气腔内设置电热片的方式,通过控制电热片的通电与否和电流强度,实现了4个工作位双向导通的控制作用,并根据需要调整压力的阈值;运用COMSOL软件对电热气动微阀的传热过程、流场特性和阀膜片的受力情况进行数值分析,通过对气腔内部的电流-压力特性、膜片的应力应变特征、流体通道内的速度和压力分布的分析,从而对电热气动微阀的各方面进行分析.研究发现:四位双通电热气动微阀内部膜片的应力主要集中在膜片与气室接触位置和阻流障碍位置;流体通道内的速度和压力变化主要集中在阻流障碍与膜片之间的通道内;当电热器通相应的电流强度时,温度在1 s内可以达到85℃左右.     

射流管伺服阀接收口形状对阀特性的影响

射流管伺服阀的接收口形状对阀的动态特性和静态特性有着直接的影响。在喷嘴形状为矩形的情况下,通过对以圆形、矩形、三角形为接收口的射流管伺服阀前置放大器进行流场数值仿真和动态特性的仿真,获得了不同形状接收口的射流管伺服阀的压力特性、流量特性和响应频宽。通过比较,发现矩形接收口的射流管伺服阀具有较高的恢复压力和较大的压力增益,当射流管喷嘴位移较小时,矩形接收口的射流管伺服阀具有线性度较好的压力特性和流量特性,频宽响应较大。     

直动式压电气动伺服阀阀芯运动系统建模分析

本文主要研究气动控制领域的直动式压电气动伺服阀.阀芯运动机构是该阀设计的核心部分,主要由作为动力源的积层式压电驱动器、柔性铰链微位移放大机构、阀芯、弹性回复机构以及相应的连接件组成.设计基于柔性铰链微位移放大机构的阀芯运动机构,结合有限单元法对阀芯运动机构进行静力学与动力学的仿真分析,验证理论分析,为直动式压电气动伺服阀总体设计以及控制策略的选择提供理论依据.     

正开口气动伺服阀控缸匀速运动时的负载特性

建立了正开口气动伺服阀控缸的数学模型,得出了保持气缸作匀速运动时,气动伺服阀位移量与气缸左右腔的压力关系,各阀口的流动状态,阀位移与负载力的关系。当负载匀速运动,阀在零位及其附近时,供气侧为亚音速流动,排气侧为超音速流动。为保持气缸作匀速运动,阀位移与负载力之间必须满足一定的关系条件。可以通过软件技术,实现气动伺服阀的阀位移和负载力的关系,从而达到匀速控制的目的。     

气动单喷嘴挡板阀特性分析

分析了由减压阀、电磁阀、固定节流孔、单喷嘴挡板阀、作动器构成的气动伺服机构模型。得到了结构参数对单喷嘴挡板阀单元的动静态特性的影响规律,取得了单喷嘴挡板阀压力恒定时的固定节流孔和喷嘴挡板节流口的节流面积比关系。     

具有不均等负重合量的非对称气动伺服阀压力特性研究

研究了一种具有不均等负重合量及均等负重合量的新型非对称气动伺服阀的压力特性。该非对称气动伺服阀的下游节流口面积为上游节流口面积的两倍。伺服阀的压力特性及零位压力取决于下游和上游开口面积比例和阀的负重合量。具有均等负重合量的伺服阀在零位时泄漏流量最大;具有不均等负重合量的伺服阀在零位附近某处时泄漏流量最大。理论结果和试验结果十分吻合。     

基于AMESim的新型PDMS微阀动态特性仿真研究

针对一种新型的可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀的进一步研究和应用问题,在阐述了其结构和工作原理的基础上,利用AMESim软件建立了相应的动态仿真模型,对其流量、压力动态特性进行了分析,并且给出了该种微阀和传统气动电磁阀的流量、压力动态特性的对比分析结果.该种新型的电磁致动微阀由微流控芯片的上层PDMS平膜、具有微流道的下层PDMS厚膜和电磁致动器构成,电磁致动器通过安装在阀座上的玻璃片与PDMS微流控芯片实现了集成.而且,采用这种集成化的新型微阀的控制方式相较于传统采用气动电磁阀的控制方式,具有成本低、体积小、易于与微流控芯片集成等优点.研究结果表明,采用这种新型PDMS微阀对微流控芯片进行驱动和控制可以获得较好的动态特性,并且该研究对电磁致动微阀的进一步研究和应用提供了一定的理论指导.     

气动潜孔锤用气动逆止阀的密封特性分析

为分析入岩气动潜孔锤用气动逆止阀的密封特性,采用计算流体力学方法得到了平衡槽间隙密封结构与无槽结构的轴向压力分布、不同形状平衡槽的湍流粘度场分布规律,并计算了不同密封结构的泄漏系数。分析结果表明,采用半圆形平衡槽结构时的密封效果可以满足潜孔锤要求。     

气控圆顶阀在煤粉喷吹罐上的应用

圆顶阀密封圈嵌入安装在阀体上,密封腔常压时密封圈和圆顶阀芯不接触,充压后实现密封效果;在介绍高炉喷煤系统喷吹罐工作原理的基础上,分析了圆顶阀的使用特点、气动逻辑控制的组成和原理;气动控制圆顶阀应用在煤粉喷吹罐上,密封可靠,可以消除流动粉尘物料对阀体和密封的磨损,运行稳定,实现了系统的自动化控制。     

基于AMESim的高压气动减压阀的稳定特性

针对氢能源汽车中气动减压阀高压化减压时减压阀稳定性下降的现象,对一种带有先导稳定流量器的高压气动减压阀进行特性研究。建立高压气动减压阀的AMESim仿真模型,仿真分析了其压力、流量特性、高压气动减压阀先导阀弹簧刚度、先导稳定流量器活塞阻尼孔、高压气动减压阀主阀弹簧刚度、主阀出口腔等参数对高压气动减压阀稳定性的影响。研究结果表明,带有先导稳定流量器的高压气动减压阀在高压化减压时,其出口压力稳定,压力振荡小,动态响应快。同时,适当地增大复位弹簧刚度,先导稳定流量器活塞阻尼孔,出口腔容积的增大,可提高阀的输出压力的稳定性和快速性。     

具有孔道沉槽的滑阀过流面积分析

多路阀以其高集成度被广泛应用于工程机械领域,其中阀口形式对多路阀流量控制特性具有重要影响。对于阀体上开有孔道沉槽、节流面为常见的圆柱面和圆锥面两种滑阀阀口形式的多路阀,根据其结构特征及内部流场压力分布和速度变化情况,利用等效阀口面积理论,推导了圆柱面阀口和圆锥面阀口过流面积计算公式。利用流场仿真对计算结果进行了修正,采用实验手段验证了计算结果的准确性。研究结果对滑阀阀芯的多路阀设计及性能预测具有一定参考价值。     

水液压节流阀精细调节阀口设计与仿真分析

传统水液压节流阀阀口形式多为球阀式和锥阀式,具有良好的阀口密封性,但其存在着流量分辨率低和阀口特性线性度差等缺点。设计了一种新的非全周开口滑阀阀芯,其阀口形式由该非全周开口滑阀阀芯和空心圆柱阀套构成,具有阀芯行程大的特点。该研究进行了CFD仿真分析,结果显示,非全周开口的阀口形式保证了高线性度的阀口特性,阀芯行程的增大提高了阀口的流量分辨率,该阀口形式能够适应水液压传动系统高精度控制的应用需求。     

组合型节流槽对多路阀内流场特性影响的仿真研究

针对工程机械用多路阀阀口压损大、流速高,极易出现阀芯冲蚀磨损的问题,以某型号工程机械多路阀为例,设计不同组合形式的节流槽,研究多路阀阀口节流槽结构形式对阀口流阻损失及多路阀内部流场特征的影响。采用数值分析的方法研究了不同阀口节流槽形式在阀芯开启过程中阀口前后压差、流量、流速等流场特征。结果表明:阀芯采用不同组合型节流槽的流场特征明显不同,VU形节流槽较其他阀口出流线性特性更好,且具有良好的预升压效果,可进一步降低液流对阀芯的冲蚀,减小噪声、振动,保证多路阀工作的稳定性。对高压、大流量多路阀阀芯节流槽口的设计及提升多路阀综合性能具有一定的参考意义。     

基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统动态流量特性研究

提出一种基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统，利用气动微流控芯片片上膜阀作为控水元件,阐述了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的结构设计和工作原理，建立了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的物理模型。对单个片上膜阀不同气体驱动压力、不同液流驱动压力下的出口流量，以及片上膜阀不同组合时的动态流量特性进行仿真分析，给出了不同情况下智能痕量灌溉系统出口流量和出口截面流速、压力分布等特性的分析结果。利用PDMS材料和软刻蚀技术对痕量灌溉系统控水元件进行封装，并对其流量特性进行了实验研究。讨论了在液流驱动压力为10 kPa、不同气体驱动压力时和气体驱动压力为0、不同液流驱动压力时，影响痕量灌溉系统流量的几种因素，并对实验现象进行理论分析。     

新型PDMS电磁微阀动态特性仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的PDMS电磁微阀。阐述了PDMS电磁微阀的工作原理与结构,给出了电磁驱动器数学模型。建立了自感系数、线圈电流、阀芯运动电压、机械运动和电磁吸力的仿真模型;建立了PDMS电磁微阀电磁力、阀膜弹性变形力与微流道内气、液作用力之间的多物理场耦合数学模型。利用MATLAB/Simulink软件建立PDMS电磁微阀阀膜形变模型、出口流量模型,并与5个电磁驱动器子模块连接。对电磁驱动器动态响应特性和PDMS电磁微阀流量动态特性进行仿真分析,给出了PDMS电磁微阀阀芯驱动力、阀芯响应特性和动态流量特性分析结果。     

Integrated nozzle - flapper valve with piezoelectric actuator and isothermal chamber: a feedback linearization multi control device

This paper introduces a new nozzle-flapper valve with isothermal chamber using piezoelectric actuator. It controls the pressure and flow rate simply, effectively and separately. The proposed valve uses isothermal chamber presenting practical isothermal condition due to its large heat transfer interfaces filled by metal wool. The valve uses stacked type piezoelectric actuator with unique advantages. By using this valve, a simple method has been fulfilled to control flow rate or pressure of ideal gases in a pneumatic actuators. Experimental results demonstrated applications of the proposed valve to control either pressure or flow rate in pneumatic circuits. This valve can be also used in the pilot stage valve to actuate the main stage of a much bigger pneumatic valve. Designated structure contains only one pressure sensor installed on the isothermal control chamber, capable of controlling both pressure and flow rate. The desired output mass flow rate of the valve is controlled by the pressure changes during positioning of piezoelectric actuator at proper position. The proposed valve can control steady and unsteady oscillatory flow rate and pressure effectively, using nonlinear control method such as feedback linearization approach. Its effectiveness is demonstrated and validated through simulation and experiments.

     

滑阀非典型阀口过流面积计算与仿真分析

针对三角形和斜三角形两种非全周开口滑阀,结合阀口结构特征和等效阀口面积理论,推导了阀口过流面积计算公式;利用计算流体动力学(CFD)仿真方法,分析了滑阀内部的流场压力和速度分布情况;根据斜三角形滑阀样本的流量特性,对理论与仿真结果进行了验证。理论、仿真和样本实验结果吻合良好,验证了采用的解析和仿真方法,在阀口流量特性计算方面的准确性和有效性,同时为其他非典型阀口多路阀的性能预测提供了依据。