张力补偿器用限速切断阀设计研究
Design and Research on Speed Limiting Shut-off Valve for Tension Compensation System
限速切断阀具有反应灵敏度高、切断快速可靠、使用安全方便等诸多优点,在有安全性要求的液压系统中应用广泛.目前在液压电梯等低压小流量场合应用的限速切断阀产品种类繁多且已经较为成熟;但在高压大流量场合,如大型海洋工程装备中的张力补偿器系统等,则限速切断阀可选产品较少,且多为国外少数液压公司所垄断,因此研究张力补偿器系统等大型海工装备专用的限速切断阀具有极为重要的意义.本文针对张力补偿器系统的需求,开展张力补偿器用限速切断阀结构设计、仿真分析以及试验研究,主要内容如下:第一部分主要对限速切断阀的国内外研究现状做了分析和总结.首先,对限速切断阀的典型应用场合做了分析和举例;其次,对现有的限速切断阀理论、试验研究方法及研究成果做了总结;最后,根据前文的研究,提出张力补偿器用限速切断阀设计中需要解决的三个关键性技术问题.第二部分主要开展张力补偿器用限速切断阀的结构设计研究.首先,对张力补偿器系统及限速切断阀的工作机理进行研究,并据此提出张力补偿器系统对限速切断阀的性能要求;其次,根据对限速切断阀的性能要求并结合研究已有限速切断阀结构形式的基础上,提出一种具有渐缩型流道和前、后阻尼孔配合结构形式的新型限速切断阀;最后,根据流量控制阀设计计算公式,完成对所设计的新型限速切断阀的各结构参数的设计计算.第三部分主要开展张力补偿器用限速切断阀静态性能仿真研究.首先针对已有的典型限速切断阀结构开展静动态性能仿真研究,并与已有结果进行对比,验证仿真方法的正确性;之后针对设计的新型限速切断阀机械结构,利用UG软件建立其阀内流道的三维几何模型,利用FLUENT软件对阀内流道开展仿真研究,研究表明:当限速切断阀处于常开状态下时,所设计的渐缩型流道结构可以减小阀内流道的速度漩涡等,实现较好的流道静态性能.第四部分主要开展张力补偿器用限速切断阀的动态性能仿真研究.首先建立了包含限速切断阀的张力补偿器系统的数学模型;其次,在数学模型的基础上建立包含限速切断阀的张力补偿器系统的动态仿真模型,对限速切断阀的关键结构参数(例如前后阻尼孔直径、弹簧刚度、弹簧预压力、阀芯质量等)以及作动气液缸的质量等对限速切断阀和张力补偿器系统响应的影响趋势和程度开展了仿真研究.第五部分对限速切断阀样件开展了试验研究.首先,设计了一种主动油缸拉动被动油缸产生使限速切断阀关闭所需的大流量的新型试验方法;其次,设计了采用压力传感器和上位机结合采集压力信号,拉线位移传感器和上位机结合采集限速切断阀和作动气液缸等的位移信号的采集系统;最后,在搭建好的试验系统上,对原有配置下的限速切断阀的动态性能(如切断时间、切断流量等)开展试验研究,对限速切断阀的关键结构参数,例如前后阻尼孔尺寸、阀芯质量、弹簧预压力等参数对限速切断阀样件的动态性能的影响进行了试验研究.试验结果在切断时间等动态性能处与仿真结论一致,且试验所得各参数对限速切断阀的动态性能的影响趋势和程度与仿真结果也一致,从而验证仿真结果的正确性.第六部分对全文的主要研究工作和所得成果做了总结,并对今后的研究方向做了展望.
- 作者：
- 张涛
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 机械电子工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 桂文彬
- 中图分类号：
- TH134
- 关键词：
- 限速切断阀；张力补偿器；结构设计；静态性能；动态性能；仿真分析；试验研究
- Speed Limiting Shut-off Valve; Tension Compensation System; Structure Design; Static Performance; Dynamic Performance; Simulation Analysis; Experimental Research;