旋轉(zhuǎn)閥口試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)及旋轉(zhuǎn)閥口的仿真研究.pdf

1、純水液壓技術(shù)以其綠色環(huán)保、安全、高效、成本低廉以及本身固有的清潔性和阻燃性等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械、海洋開發(fā)、新能源利用等諸多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，能夠滿足于現(xiàn)代社會(huì)對于工程提出的環(huán)境保護(hù)和安全要求。水液壓控制閥是水液壓傳動(dòng)技術(shù)相當(dāng)重要的組成部分，水液壓傳動(dòng)技術(shù)的大范圍推廣應(yīng)用必須以研制出高性能水液壓控制閥為前提。本文以設(shè)計(jì)出一臺(tái)完善的旋轉(zhuǎn)閥口試驗(yàn)臺(tái)為最終目標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目和課題的具體要求，設(shè)計(jì)了該試驗(yàn)臺(tái)并且完善了水液壓控制閥理論和設(shè)計(jì)方法

2、。主要的工作和成果如下:
　　根據(jù)旋轉(zhuǎn)閥口實(shí)驗(yàn)臺(tái)對水液壓動(dòng)力源的性能要求，本文參照已有油壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法，在充分考慮到以純水為液壓介質(zhì)的特殊要求，對水液壓動(dòng)力源完成了尺寸設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)組裝，并對其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了配置和選擇，該液壓動(dòng)力源將會(huì)為其他后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供高壓水源。具體工作如下:
　　(1)根據(jù)液壓傳動(dòng)介質(zhì)（水）的理化特性，分析總結(jié)出水液壓下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要和油液壓下系統(tǒng)應(yīng)該具有的差別，從而為后續(xù)設(shè)計(jì)計(jì)算打下基礎(chǔ)，并

3、且從總體上獲得了對轉(zhuǎn)閥試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。
　　(2)根據(jù)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《面向仿生機(jī)器人的水壓電液驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究》（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):51275495）的要求，參照已有的油壓下的液壓元器件試驗(yàn)系統(tǒng)以及國內(nèi)外已有的研究成果，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，進(jìn)而判斷出系統(tǒng)核心部件的設(shè)計(jì)尺寸和性能參數(shù)。
　　(3)參照初步確定的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)際需求，運(yùn)用PROE建立了轉(zhuǎn)閥試驗(yàn)系統(tǒng)核心組件部分的三維模型，參與設(shè)計(jì)組裝試驗(yàn)所需的液壓動(dòng)力

4、源泵站以及前期的三維模型繪制和參數(shù)確定。
　　(4)對于轉(zhuǎn)閥試驗(yàn)臺(tái)的核心部件，試驗(yàn)轉(zhuǎn)閥部分，通過計(jì)算出的設(shè)計(jì)尺寸數(shù)據(jù)和項(xiàng)目上已有的數(shù)據(jù)，通過三維繪圖軟件PROE建立了一系列不同的閥口開度的流場物理模型，包括2.5°、5°、7.5°、10°、12.5°、15°、17.5°、20°、22.5°等。
　　(5)運(yùn)用Fluent的前置處理軟件Gambit進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后運(yùn)用Fluent進(jìn)行流場的流體分析，設(shè)置了一個(gè)系列的入口壓力，

5、包括1MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa、12 MPa、14MPa等，出口壓力為0 MPa。通過對72種工況的計(jì)算，運(yùn)用后期處理軟件POST得到了一系列的入口速度云圖、出口速度云圖、入口壓力場云圖、出口壓力場云圖、入口速度矢量圖、出口速度矢量圖、射流角折線圖、流場整體速度圖以及流場整體受力圖等。
　　通過完成上述工作，對結(jié)果進(jìn)行分析，得出入口射流角度最大值為23°左右，此時(shí)的閥口開度大約為7.5°

6、左右。對于出口的射流角，發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)閥閥口開度很小的時(shí)候，射流角隨著閥口開度的增大而減小，但是當(dāng)轉(zhuǎn)閥閥口開度達(dá)到一定數(shù)值后，出口的流體呈現(xiàn)一定角度的噴射狀，這個(gè)角度近似接近于流場在閥套上的開度。在流量分析圖上可以看出，在同一個(gè)角度下，隨著入口壓力的增加，出口和入口的質(zhì)量流率大約呈現(xiàn)現(xiàn)行增長，在同一個(gè)壓力，不同的閥口開度的情況下，通過進(jìn)出口的流體的質(zhì)量流率也大約呈現(xiàn)出線性關(guān)系。最大的流量是在閥口開度為22.5°，入口壓力為14MPa時(shí)候，質(zhì)量