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液压锥阀阀芯振动特性研究

范钟  
【摘要】:液压锥阀作为液压系统中的控制元件,主要用于控制系统流量、压力和流向,其结构由阀座、阀芯和弹簧组成。因其通流面积大、密封性好、结构简单易操作、对液压介质不敏感等优点,在液压系统中广泛应用。由于“阀芯-弹簧”结构系统稳定性较差,在油液中易受到油液压力波动的影响产生振动。随着液压技术自动化和高精度化的不断发展,对液压锥阀的性能提出了更高的要求,因此研究液压锥阀阀芯的振动特性有着重要的意义。本文采用阀芯振动基本理论分析液压锥阀阀芯的振动特性,在讨论了油液的可压缩性、阀口流量方程、阀腔容腔效应以及液动力的前提下,理论分析了阀芯的轴向受力和径向受力,建立了阀芯轴向运动微分方程和阀芯径向受力模型。针对锥阀阀芯振动的测试方法,本文搭建了锥阀液压实验台并建立了基于阴影摄像法的振动图像拍摄系统,对传感器采集的压力信号进行了频谱分析,得出了液压系统中压力脉动的主频为174Hz,且28Hz处有低频压力脉动。针对高速相机拍摄到的阀芯图像,进行了标定工作,对阀芯图像处理得到阀芯轮廓,拟合得到阀芯虚拟顶点,得出了阀芯的运动曲线。针对阀芯轴向振动,分别研究了压力条件、弹簧预压缩量和阀芯半锥角对阀芯的轴向振动特性的影响。结果表明:随着入口压力的增大,振动平衡位置逐渐升高,振幅和脉冲因子逐渐增大,其振动主频174Hz处的功率谱密度逐渐降低;随着出口压力的增大,振动平衡位置逐渐降低,振幅和脉冲因子先减小后增大,主频功率谱密度先减小后增大再减小;随着弹簧预压缩量的增大,振动平衡位置逐渐降低,振幅和脉冲因子逐渐减小,主频功率谱密度逐渐减小;随着阀芯半锥角的增大,振动平衡位置逐渐降低,振幅和脉冲因子先减小后增大,主频功率谱密度逐渐降低。针对阀芯径向振动,研究了单一参数对阀芯径向正面和侧面振动特性的影响。结果表明:阀芯正面径向振动的振幅、脉冲因子和功率谱密度强度均小于侧面,但二者的振幅、脉冲因子和功率谱密度变化趋势相同。随着入口压力的增大,振幅和脉冲因子逐渐增大,其振动主频28Hz处的功率谱密度逐渐减小;随着出口压力的增大,振幅和脉冲因子先减小后增大,主频功率谱密度先减小后增大;随着弹簧预压缩量的增大,振幅和脉冲因子逐渐减小,主频功率谱密度逐渐增大;随着阀芯半锥角的增大,振幅和脉冲因子先减小后增大,主频功率谱密度逐渐降低。该论文有图56幅,表3个,参考文献78篇。


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