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锥阀轴向振动的仿真与实验研究

牛玉国  
【摘要】:锥阀由于结构简单、密封性好、响应快、过流能力强、抗污染能力强,在液压系统中应用广泛。而锥阀在使用过程中产生的振动、噪声与空化,限制其应用场合。近年来,液压技术朝着高速、高压、大功率方向发展,伴随着能源危机的日益迫近,锥阀在这些方面的优势获得了重新认识,同时锥阀的振动、噪声与空化问题日益凸显,得到了学术界和工业界的更多关注。 目前的研究未能全面考量管道效应在锥阀振动过程中的作用,本文在考虑管道传输效应的基础上,研究锥阀轴向振动问题,提出抑制锥阀振动的结构参数优化方法,并对锥阀振动混沌现象进行初步研究。 论文主要内容如下: 第一章介绍了课题的研究背景及意义,综述了锥阀振动问题的国内外研究现状,提出了本课题的具体研究内容,概述了本课题的实验系统及测试对象。 第二章确立了锥阀自激振动的物理模型,并对其进行数学建模,包括管道效应、容腔效应、液动力等,得到系统控制方程,为后续的研究工作打下基础。第三章利用系统控制方程线性化的方法研究锥阀振动的局部稳定性。在把强非线性的管道模型进行合理简化的基础上,针对流量入口管道和压力入口管道分别进行讨论。利用劳斯判据得到锥阀稳定域图,并进行实验验证。研究了锥阀系统主要结构参数对锥阀稳定性的影响,提出能够增强锥阀稳定性的结构参数优化方法,包括减小阀内阻尼孔径、增大阀芯运动阻尼、减小阀腔容积、增大阀后腔容积和缩短管道长度。其中,减小阀内阻尼孔径是一种有效抑制锥阀振动的设计方法。 第四章根据系统控制方程,设计Matlab/Simulink仿真平台模型锥阀振动,利用有限差分法求解管道效应空间域上的积分。模拟阀内阻尼孔径大小对锥阀稳定性的影响,并设计实验,完成实验验证。针对锥阀振动模拟中出现的混沌现象,进行定性和定量分析。包括通过波形图、相平面轨迹图和分岔图进行定性研究,得到随着管道入口压力增大,锥阀自激振动到混沌的发展过程;通过Wolf法计算最大李雅普诺夫指数进行定量研究。 第五章,对课题进行总结,展望了后续的研究工作。


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