摘 要

液压系统的进步是保持与其他驱动系统竞争的必要条件。进一步改进液压系统的两个主要的主题是提高能源效率和降低成本。例如快速和精确的定位任务，大多只能通过伺服阀来实现。这种阀成本高昂，而且高精度的伺服阀是基于电阻原理，从而造成相当大的损失。实现上述目标的一个有前景的方法是使用快速、大流量和低成本的开关阀。以前的调查显示，在压力为5 bar 时，流量约为100L/min、开关时间为1ms且价格约为 100欧元的开关阀可满足这些要求。商用开关阀不能满足此类需求。我设计了一种开关阀，满足上述开关时间、流速的要求，并有可能在全生产运行中实现低价格。滑阀由电磁阀通过特殊变速箱驱动。通过简单的几个计量边排列，实现了高流速。在发展过程中，我们解决了中心轴线位置不稳定的问题。其相当简单的结构是它在大规模生产运行中保持价格低廉的主要因素。

关键词：液压， 快速开关阀， 阀芯稳定性问题

ABSTRACT

Advancements of hydraulic systems are necessary to keep them competitive with other drive systems.Two major topics for further improvements in hydraulics are energy efficiency and cost reduction. High accuracy and fast systems, for instance for fast and precise positioning tasks, mostly can only be realized by the use of servo valves. Such valves are costly and, moreover, their working is based on the resistance principle, which causes considerable losses. A promising method to achieve the mentioned goals is the use of fast, high flow rate and low-cost switching valves. Former investigations showed that switching valves with flow rates of about 100 l/min at 5 bar, switching times of 1ms and a price of about 100€ in full- production run can meet these requirements. Commercial switching valves do not fulfill such demands.I developed a switching valve which fulfills the mentioned requirements on switching time, flow rate, and which has the potential to achieve a low price in full-production run. The valve spool is driven by a solenoid via a special transmission. The high flow rate was realized by a simple arrangement of several metering edges. In the course of its development we solved problems of unstable centered spool position. Its quite simple configuration is the main ingredient for a low prize in full-production run.

Keywords: hydraulic, fast switching valve, spool stability problems

目 录

第一章 绪论 1

1.1大流量高速开关阀的概述 1

1.1.1大流量高速开关阀的发展背景 1

1.1.2液压数字阀的分类 2

1.2本课题研究的主要目的及意义 2

1.3本课题研究的主要内容 3

第二章 液压数字开关阀的研究分析 4

2.1数字开关阀的发展历程 4

2.2国外的高速开关数字阀研究现状 4

2.3国内的高速开关数字阀研究现状 4

第三章 液压开关阀的阀芯结构设计 6

3.1 PWM液压数字开关阀工作原理 6

3.1.1液压阀的功能 6

3.1.2液压阀基本性能要求 6

3.1.3开关阀的设计指标 6

3.2高速开关数字阀阀芯设计 7

3.2.1阀芯的选取 7

3.2.2阀芯的设计计算 7

3.2.3阀芯的三维模型 8

3.3阀芯的性能分析 9

第四章 液压开关阀的建模及仿真 13

4.1 利用SOLIDWOEKS 3D建模及仿真 13

4.1.1基于SOLIDWOEKS 2018的液压高速开关阀阀芯的三维模型 13

4.2 ANSYS Fluent建模及仿真 14

4.2.1 ANSYS Fluent简介 14

4.2.2建立阀芯油液模型 15

4.2.3利用Fluent的mesh进行网格划分 15

4.2.4设置仿真参数 16

4.2.5仿真结果及分析 17

第五章 数字液压开关阀的联合仿真 21

5.1数字液压开关阀的三维模型 21

5.2 AMESim仿真软件简介 22

5.3 AMESim电液联合仿真目的 23

5.4数字液压开关阀仿真模型 23

5.5开关阀模型参数设置 25

5.6数字液压开关阀仿真与分析 26

第五章 总结 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1大流量高速开关阀的概述

1.1.1大流量高速开关阀的发展背景

液压行业的发展历史悠久，到了21世纪，飞速发展的科学技术催生了电液数字技术并使其在工业工程，机械制造，国防军工等高精尖领域得到了广泛的发展与应用。各种工程机械如工程起重机械，挖掘机械，运输机械，铲土运输机械，工业车辆，凿岩机械，铁路路线机械，军用工程机械等在电液控制技术的支持下得到了飞速的发展，由电液控制技术支持的这些工程机械为我国的现代化工程建设和国防安全建设做出了巨大的贡献。此外，在汽车工业，船舶工业，交通运输，机床加工等部门电液控制技术也得到了广泛的应用。从这里可以看出，电液控制技术对国家的现代化建设有着不可或缺的作用。

电液数控技术是近些年新兴的一门液压控制技术，它综合了数字化技术和液压系统，是多种技术相互融合的产物，数控液压系统比传统的液压系统性能更加优越，污染更小，价格低廉，控制精度更高，且拆装方便，综合性能更好。因此，如何设计一个精度高和响应快速的电液控制系统是现今液压行业的一个重要研究方向。