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射流管伺服阀的数学模型构建与分析

王洋  
【摘要】:射流管伺服阀因其抗污染能力强、先导级效率高等优点,在要求性能可靠、运行稳定的液压控制系统中具有广泛的应用。然而,射流管伺服阀的先导级流场流动特性复杂、力矩马达结构精密,由于缺少完善的数学模型而其特性不易预测。因此,射流管伺服阀主要靠已有经验与大量试验来进行研发设计。本文基于数值仿真方法建立其整体数学模型,为射流管伺服阀的模型完善与优化设计提供参考。 以射流管力反馈式两级电液伺服阀为例,介绍了其基本结构与工作原理,推导了各环节的基本数学公式。针对射流管阀的先导级流场模型,利用Fluent流场计算软件求解了其静态特性,给出了流场中流体的压力、气体含量及速度分布,并分析了上述参数的分布规律与变化情况。研究了射流管阀供油压力、回油压力、接收孔直径、喷嘴与接收器之间的距离、两接收孔夹角、接收器尖劈宽度等参数变化对射流管阀压力特性与流量特性的影响。 针对力矩马达内各组件模型,利用Adina有限元仿真软件建立了力矩马达的有限元模型,分析了各组件的主要应力与变形区域,求解了弹簧管综合刚度与反馈弹簧刚度给出了射流管喷嘴位移与衔铁组件作用力的关系曲线以及反馈弹簧杆位移与其作用力的关系曲线。通过对力矩马达进行模态分析,获得了力矩马达的前6阶固有频率与振型,阐述了在各阶固有频率下的主要振型。 通过上述环节求解获得的关键参数,将主要函数曲线拟合成相应的数学方程,并结合其他环节的基本数学公式,在基于键合图原理的AMESim系统仿真软件中构建了射流管力反馈式两级电液伺服阀的整体数学模型,给出了射流管伺服阀在各种输入信号下的输出流量响应曲线,分析了主要参数对其动态响应特性的影响。 本文以Fluent、Adina、AMESim仿真软件为工具,通过数值仿真的手段建立了射流管力反馈式两级电液伺服阀的整体数学模型,模型可以模拟不同结构参数下阀的静态与动态性能。该建模流程为射流管伺服阀的产品设计与研发提供了参考依据,有利于提高新产品的研发效率,同时对其他各类电液伺服阀的仿真有一定的借鉴意义。


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