基于阀芯结构优化的比例阀液动力补偿方法研究

在直动式比例阀阀芯的换向过程中,过大的液动力会导致阀芯的换向动作出现滞后甚至卡滞现象,针对这一问题,提出了一种基于阀芯结构优化的液动力补偿方法。首先,采用三维建模软件对直动式比例阀结构进行了三维建模;然后,采用理论推导与计算流体力学(CFD)仿真结合的方法,在阀的开口度和压差改变的情况下,分析了稳态液动力的变化规律;最后,依据液动力动量定理的理论表达式,提出了一种具有液动力补偿功能的阀芯结构,并分析了优化后的阀芯结构对比例阀液动力和流量特性的影响。研究结果表明:在高压、大流量的工作环境中,采用优化的阀芯结构可以更加明显地减小直动式比例阀阀芯所受的液动力;根据全流域液动力仿真结果可知,采用优化后的结构,液动力的最大补偿效果可达45%,可以有效地减小液动力对阀特性的影响,改善比例阀的动态响应性能。

滑阀稳态液动力产生原因与补偿方法

提出了一种在阀套上开斜孔补偿液动力的方法,采用Fluent软件分析对比了开斜孔前后阀内流体的流动状态,分析了轴向速度的变化,从动量变化的角度分析了补偿液动力的效果。同时通过分析阀芯端面受力情况,从阀芯受力的角度分析了液动力产生的原因、大小及方向,指出液动力产生主要是由于阀口流速的变化引起端面压力分布的变化,从而在轴向产生一个附加的力,即稳态液动力。

强力马达伺服阀(FMV)的稳态液动力的研究

对森吉米尔轧机上的FMV阀的结构形式进行分析,建立了FMV阀的稳态液动力模型,并将常规滑阀与FMV阀的液动力进行了仿真比较,结果表明:FMV阀所采用的回流凸肩法大大降低了稳态液动力;且随着阀的流量的增大,其稳态液动力特性有较好的改善。在理论上验证了该阀结构的优越性。

直接驱动式电液伺服阀研究进展

针对发展高端电液伺服阀技术已成为航空航天及舰船领域的研究热点的现状,本文以直接驱动式电液伺服阀为对象,介绍了直接驱动式电液伺服阀的历史概况。从阀的结构原理出发,着重论述了阀的结构改进、电-机械转换装置变换等的研究进展。对应用于直驱阀上的不同新型材料,从功能原理到基本特性进行了系统分析。其中,PZT材料的响应速度较快,可达10μs;GMM材料的能量转换效率较高,可达80%;MSMA材料宏观应变较高,可达10%。直驱阀在极端温度环境下的性能改善、冲蚀磨损特性分析及其数字化、智能化设计将成为未来的重点发展方向。

新型补偿压差可控型多路阀设计与分析

针对传统压力补偿型多路阀流量控制精度低、小流量控制难、流量范围受限等问题,提出补偿压差连续控制多路阀流量方法。首先,设计并理论分析补偿压差可控型多路阀;其次,分别建立三通比例减压阀及负载敏感多路阀模型,通过试验验证仿真模型的准确性;第三,联合2个部分关键子模型,构建补偿压差可控型多路阀多学科联合模型;最后,通过原理试验验证所提方法的正确性,研究多路阀补偿压差调控特性及其影响因素。研究结果表明:相较传统多路阀,设计的补偿压差可控型多路阀的补偿压差能够在0~3.4 MPa范围内变化;在0.3~3.2 MPa补偿压差范围内,阀口流量能够在44%~136%的额定流量范围内变化;通过调控补偿压差对补偿器的液动力进行补偿,提高了多路阀流量控制精度,液动力补偿效果明显;随着控制台肩d2直径增大,多路阀补偿压差调控范围增大,但补偿器动态特性响应时间增大,阀体结构增大。在满足补偿压差调控需求范围内,应选择小的控制台肩。

基于主动压差调控的变增益流量控制原理

压力补偿控制流量方法,应用广泛、控制可靠,但受机械结构限定,存在控制精度低、功能单一、流量范围受限等不足,难以适应主机智能化发展。为此,提出基于主动压差调控的变增益流量控制原理,在补偿器阀芯上增设力控制单元,改变阀芯受力平衡状态,实现主阀压差的主动可调,达到变增益控制流量目的。研究中,首先理论分析压差调控的变增益流量控制原理,并给出比例电磁铁直驱方案;进一步设计扰动补偿策略,解决补偿器控制精度低的难题,设计非线性流量校正策略,自定义设定阀口流量曲线;最后,采用试验验证所提原理和控制策略的可行性。研究结果表明,通过连续控制比例电磁铁输出力,主阀压差、流量能够跟随变化,实时改变压差,主阀能够获得不同的流量增益和流量范围;补偿液动力后,流量控制精度提高,稳态负载下主阀流量控制偏差由补偿前的27%降低至4%;采用非线性流量校正策略后,可自主设定阀口流量曲线,基于同一阀口实现多种节流槽流量控制效果。

基于气隙组合永磁弹簧的直动式溢流阀优化设计

航天伺服系统高压大流量的特点,对溢流阀的可靠性、稳压精度和推重比提出了更高的要求。然而大推力下的螺旋压缩弹簧一般体积较大,并且服役期间存在卡死、疲劳断裂、塑性变形等失效模式,给伺服系统带来安全隐患。提出一种基于气隙组合永磁弹簧的直动式溢流阀结构,非接触式的永磁弹簧可避免上述失效和卡死故障,采用气隙组合的优化设计得到了理想的刚度曲线,不仅可有效提高推重比,同时可以减小大刚度带来的开启瞬间压力波动。在此基础上结合有限元仿真与迭代优化,精确设计了凸缘结构来补偿液动力,进一步提高了稳压精度。仿真结果表明,气隙组合永磁弹簧溢流阀具有良好的动静态指标,其设计方法为永磁弹簧在液压系统中的应用提供参考与借鉴。