收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高压高水基液压阀的理论及设计方法研究

张宏  
【摘要】: 采煤工作面用的液压支架是一种复杂的煤矿机械,它能够可靠有效地支撑和控制工作面的顶板,保证工人安全和各种作业的正常进行。电液控制液压支架是当前先进采煤技术装备的重要标志之一,而高压高水基电磁先导阀是电液控制系统的核心元件,其结构复杂、精密度高,目前世界上只有德国和美国等少数国家研究和生产制造,属高难技术。我国曾尝试过自行设计、制造这种液压阀,但由于没有运用多学科理论和现代数字技术等手段去深入研究液压阀的关键技术问题,只是凭借经验和已有的资料进行设计,致使研制失败。因此,目前我国高压高水基电磁先导阀仍然依靠进口,成为制约我国采煤技术由机械化向自动化发展的关键技术之一。 本论文首先研究高压高水基液压阀的冲蚀磨损与密封泄漏机理等关键技术问题。然后,将该成果应用于液压支架电磁先导阀的理论分析和结构设计中,使基础研究与实际应用相结合,为成功开发高水基电磁先导阀提供理论支持。作者以计算流体力学(CFD)理论、分形(FRACTAL)理论与多刚体系统动力学理论等为依托,采用理论、仿真、试验相结合的方法,建立液压阀流场仿真模型、泄漏机理模型、动力学仿真模型和系统仿真模型,并进行数值计算分析,为此类液压阀的设计提供可靠的理论依据。 高水基液压阀流动过程的壁面磨损行为,严重影响液压阀的使用寿命。作者综合应用计算流体动力学(CFD)理论与冲蚀(EROSION)理论的分析方法,研究高速高压条件下液压阀的冲蚀磨损机理,建立高水基液压阀流体湍流和冲蚀的数学模型。通过可视化模拟,预测了煤粒对高水基平面阀和球阀不同部位的冲蚀磨损分布,比较准确地确定了冲蚀磨损对关键元件的影响区位和程度。研究阀芯和顶杆间的微动磨损与冲蚀的交互破坏,指出了采用侧顶杆结构可以避免磨损叠加。另外,作者对几种非金属材料的冲蚀磨损特性进行实验研究,为高水基液压阀密封副材料的优选提供了依据。 作者使用现代数字技术,开展高水基介质液压阀气蚀(CAVITATION)问题的研究,以解决这个难于用实验方法研究的问题。通过高水基液压阀流体气蚀的数学模型,研究高水基液压阀低压密封的汽穴形成,找出最易产生气穴与气蚀现象的位置。分析表明,低压区对应气体体积百分比高的气穴区域,侧顶杆结构同样可以减轻液压阀的气蚀磨损。 分形(FRACTAL)几何学的建立,为研究复杂无规律的现象提供了新的理论与方法。在考虑端面形貌变化的基础上,作者提出了基于分形理论研究高水基液压阀的微观密封机理的思路。分析了密封副端面粗糙轮廓波谷面积和弹性接触点面积的微观接触机理及相互关系。以缝隙流动的N-S方程为基础,推导出泄漏量与表面粗糙度、分形参数、密封接触比压之间的关系及相应的计算公式,建立了泄漏量分形模型。通过数值仿真,讨论了分形参数、密封力与泄漏量间的相互关系,结果表明,控制表面形貌参数可以有效降低液压阀泄漏量。另外,作者对泄漏量与不同的表面粗糙度、密封比压、密封面宽度之间的关系进行了试验研究,得出了具有工程应用指导意义的定量结论。 针对电液控制支架的特殊要求,作者设计了先导阀的螺线管结构电磁铁。模拟了磁感应强度的大小及其在空间的磁场分布情况,并对电磁铁的关键结构参数进行优化,保证该电磁铁响应速度快,动作平稳可靠。通过可视化模拟和分析得知,磁通密度最高的地方是衔铁与极靴导套端重叠部分,极靴内径单侧间隙的变化对吸力起决定作用。最后,对电磁铁的吸力特性进行试验,验证了数值分析的正确性。 在研究电磁先导阀的运动特性时,虚拟样机技术有助于做出前瞻性的决策。为了评定先导阀动态特性,作者引入位移响应曲线来衡量其动态性能。通过求解先导阀的动态数学模型,获得反映动态特性的数值计算结果。综合考虑先导阀内部运动元件的接触碰撞及运动拓扑关系,建立先导阀详细的三维实体模型。研究阻尼系数、质量和刚度变化对先导阀动力学特性的影响,准确地预知其在实际工况下的动态性能。根据预定的系统性能和预期的目标反复修正几何参数,最终达到预期的动态响应性能,为先导阀的设计开辟了一条新的思路。 电磁先导阀工作口压力的变化,会引起其内部流场相应变化,而先导阀出口压力又受到液控主阀、立柱等负载的影响。因此,作者从系统角度对先导阀的动态响应进行研究,建立了基于AMESim的支架电液控制系统的仿真模型,得到先导阀工作口的不同压力、流量响应曲线,为先导阀流场仿真的初始边界条件的设定提供依据。在此基础上,研究先导阀的流场分布。根据先导阀的压力损失、速度分布等随流量、出口压力和入口位置的变化关系,确定高水基电磁先导阀的最佳合理结构。 本文的研究工作涉及多学科理论和现代试验技术,主导思想是在创新体系下进行多种学科的交叉与融合,以此途径对高压高水基液压阀的理论问题及设计方法进行研究,从而解决实际问题。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 何威;何榕;王晓亮;;孔隙分形结构对煤焦燃烧特性影响的数值研究[J];中国电机工程学报;2011年20期
2 吕萍;金森旺;;顺列光管式省煤器管束间飞灰颗粒撞击率的模拟研究[J];太原理工大学学报;2009年01期
3 姚春玲;;富氧条件下汽油机燃烧过程数值模拟与试验研究[J];小型内燃机与摩托车;2009年03期
4 张迅民;苑翰;张怀远;郭建国;刘宗德;;海勃湾电厂排粉机叶轮冲蚀磨损分析[J];现代电力;2008年03期
5 张迅民;郭建国;梁铁军;孙启顺;;海勃湾发电厂排粉机叶轮冲蚀磨损分析[J];内蒙古电力技术;2007年S2期
6 袁红兵;张宏;廉自生;赵国栋;;液压阀微观密封机理的分形研究[J];煤炭学报;2008年06期
7 钟卫平;沈晓明;;岩石节理剪切强度研究[J];武汉理工大学学报;2011年02期
8 段虎明;石峰;谢飞;张开斌;;路面不平度研究综述[J];振动与冲击;2009年09期
9 王凯,汤永军;基于分形理论的渗透结构面渗流特性研究[J];水利与建筑工程学报;2005年02期
10 李传统;贾荷花;;南京市区路面积尘的物理与化学特性实验研究[J];南京师范大学学报(工程技术版);2009年03期
11 刘少光,陈伯林;防高温冲蚀磨损涂料[J];中国电力;1995年07期
12 王军,李缨;结构陶瓷材料冲蚀磨损特性的研究[J];武汉理工大学学报;1996年01期
13 刘娟,许洪元,齐龙浩;水力机械中冲蚀磨损规律及抗磨措施研究进展[J];水力发电学报;2005年01期
14 梁占刚,何榕,陈群,徐旭常;CaO高温脱硫过程数值计算[J];中国电机工程学报;2005年19期
15 钟卫平;高峰;沈晓明;;岩石节理压剪破坏的数值分析[J];武汉理工大学学报;2007年01期
16 赵烈;张慧明;方中华;沈志坚;徐利华;;结构陶瓷材料的断口和冲蚀表面形貌的研究[J];广西大学学报(自然科学版);1993年S1期
17 胡汉儒,李国清,邹鸿承,李光霞;冲蚀磨损表面及磨屑的分形集合[J];机械强度;1995年01期
18 邹鸿承,戴蜀娟,李国清,李光霞;激光熔覆表面的冲蚀磨损及分形特征[J];兵器材料科学与工程;1996年04期
19 陈永平;杨迎春;施明恒;吴嘉峰;;分形树状通道换热器内的流动换热特性[J];航空学报;2010年03期
20 吴鹤汉;轴流式压缩机渗氮静叶片试验分析[J];冶金动力;1999年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李之达;王花平;黄婧;;工程聚合物热流变效应与温度场研究[A];中国化学会、中国力学学会第九届全国流变学学术会议论文摘要集[C];2008年
2 吴金花;李守巨;刘迎曦;;具有分形表面裂隙的渗流特性研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 汪邦中;郭海丁;许开旺;;基于投影覆盖法的TC11钛合金电子束焊接接头疲劳断口细观损伤分析[A];2008全国MTS断裂测试研讨会论文集[C];2008年
4 杨帆;殷雅俊;;超级碳纳米管的分形几何性质的研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 秦兵;沙宗先;;连续小波变换在语音分形特征分析及语音分割中应用[A];第三届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];1994年
6 张红新;高冬玲;许秀华;陈振光;;喉肿瘤细胞核分形维数改变的研究 [A];面向二十一世纪的生物医学体视学和军事病理学论文摘要汇编[C];2000年
7 朱殿柱;;起爆方式影响爆破效果的分形理论分析[A];湖北省爆破学会第六届学术会议论文集[C];2001年
8 万福永;袁震东;;一类金相图的分数维识别法[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
9 刘前军;常颖;;分形理论及其在混凝控制中的应用[A];浙江省2005年给水排水论文集[C];2005年
10 吴金华;洪春勇;;基于提升小波变换及分形特征的小目标检测[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张宏;高压高水基液压阀的理论及设计方法研究[D];太原理工大学;2008年
2 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
3 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年
4 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年
5 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
6 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
7 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
8 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
9 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
10 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贺旺盛;混凝动力方程的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2010年
2 高志飞;液压支架中电磁先导阀的建模与仿真[D];太原理工大学;2010年
3 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年
4 孙明新;起重机臂架受力状态模拟[D];山东大学;2005年
5 邱田金;日照港岚山港区30万吨原油码头工程潮流数值模拟及泥沙淤积分析[D];中国海洋大学;2005年
6 韩天香;分形理论在木材断裂研究中的应用[D];东北林业大学;2005年
7 张皓光;轴向间隙引气对多级轴流压气机性能及流场影响的数值模拟[D];西北工业大学;2006年
8 李建平;超燃冲压发动机尾喷管设计及性能研究[D];西北工业大学;2006年
9 刘冰;高强混凝土试验及破坏过程模拟[D];河海大学;2006年
10 张敬芝;铝合金铁型覆砂铸造技术研究及其数值模拟[D];昆明理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 朱江 冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年
2 本报记者 赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年
3 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
4 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
5 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
6 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
7 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
8 陶颖;玛雅文明消亡之谜新解[N];中国审计报;2004年
9 付冰赵辉;油藏数值模拟技术成为“常规武器”[N];中国石油报;2007年
10 本报记者 赵雪;从自然王国走向必然王国[N];科技日报;2000年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978