液压锥型节流阀的气穴热效应及噪声的研究

发布时间：2018-07-17 21:45

【摘要】：液压传动相对于其它传动方式具有功率密度大、结构紧凑、易于控制、动态性能好等一系列优点,因此被广泛应用于工业领域及各类机械设备中。随着科技的发展,液压传动向着高速、高压和大功率方向发展,由此对于液压传动的元件性能提出了更高的要求。相对于其它传动方式,液压传动有一个典型的缺陷,即气穴问题。气穴会给液压传动性能带来一系列的问题,如流道阻塞、气穴噪声、气蚀问题、气穴使液压油温度升高,降低液压油粘度,进而降低液压系统的容积效率等。基于气穴对液压传动性能有诸多不利的影响,研究气穴产生机理,降低气穴产生强度对于提高液压系统性能有着十分重要的现实意义,同时由于气穴产生后热效应机理十分复杂,目前为止还没有完全了解气穴产生后热效应机理,因此研究气穴产生后热效应机理有着十分重要的理论意义。锥型节流阀在液压系统中有着广泛的应用,而其结构特点决定了在其工作过程中不可避免的会产生气穴,气穴对锥型节流阀有很大的影响,因此研究锥型节流阀气穴问题对于提高锥型节流阀的性能有很重要的现实意义。气穴现象伴随着气穴噪声的产生。气穴噪声与液压油流动噪声共同组成了锥型节流阀的噪声。锥型节流阀的噪声问题对其性能的影响又是不可忽视的。本文以国家自然科学基金项目“高速高压轴向柱塞泵的多场耦合理论研究”为背景,将气穴问题所引起的多场耦合问题作为该自然科学基金的子课题,以锥型节流阀气穴所涉及的热效应问题和锥型节流阀噪声问题为主要研究内容,对锥型节流阀气穴热效应以及锥型节流阀噪声问题进行了全面深入的研究。本文为研究锥型节流阀气穴问题,搭建了锥型节流阀气穴实验台,以具有较好透明性的有机玻璃为材料制造模型阀,以便于观察气穴现象。制造了45°、53°、60°三种三角形节流槽以及U形和矩形节流槽五种不同的阀芯。通过仿真与实验研究分析了五种不同阀芯情况下锥型节流阀的压力特性,得到了锥型节流阀气穴气泡的主要产生部位。同时通过实验研究以及引入流束收缩系数对五种不同阀芯在气穴影响下的流量特性进行了研究。分析了五种阀芯流量和压力特性的优劣情况,为锥型节流阀的阀芯优化提供了理论和数据支持。以气穴产生后气泡膨胀及压缩阶段的热力学过程对液压油温度的影响为研究内容,将气穴产生后分成气泡膨胀期和气泡压缩期两个阶段进行研究。对于气泡膨胀期,本文深入分析了气泡膨胀阶段的热力学过程,在一些适当假设的基础上建立了气泡膨胀传热的数学模型,得到了气穴气泡内温度与气泡运动过程的关系,预测了气泡表面传热系数的取值范围,指出气泡膨胀过程不是等温过程,预测了多变指数的取值;建立了气泡膨胀与液压油温度之间的数学模型,在考虑液压油粘度变化及可压缩性的情况下对Rayleigh-Plesset方程进行改进,得到了液压油温度与气泡膨胀过程之间的关系。对于压缩期,建立了气泡压缩过程气泡运动与液压油温度之间关系的数学模型,并在考虑热效应的条件下对Rayleigh-Plesset方程进行改进。气穴噪声是伴随着气穴的出现而产生的,通过仿真与实验研究分析了气穴噪声与系统背压的关系,同时分析了锥型节流阀五种不同阀芯情况下产生的噪声频谱,得出锥型节流阀噪声的频率在8k Hz以上,以此为基础可以通过测量噪声的频谱来判断锥型节流阀噪声是否是液压系统噪声的主要来源,利于液压系统故障诊断。在实验过程中发现并详细地观察了气穴气泡发光现象,指出在锥型节流阀中产生的发光现象与气穴现象有直接关系,以32号抗磨液压油为工作介质的气穴气泡发出的是蓝色光芒,气穴强度对气泡溃灭发出的蓝光强度有直接的影响,气穴强度越大发出的光强越高。同时指出蓝光的出现说明气穴会加快液压油温度的升高,可能会对液压油的品质造成影响,进而影响液压系统性能。本文最后对工业用锥型节流阀进行了实验研究,搭建了工业用锥型节流阀实验台。通过对工业用锥型节流阀的实验研究验证了模型阀实验台实验研究的可信性。同时对气穴引起的液压油温度变化进行了研究,证明了气穴对流经节流阀的液压油温度影响比较大,其影响不能忽视。
[Abstract]:In this paper , a series of problems such as flow channel blockage , cavitation noise , cavitation and cavitation are studied in this paper . The mathematical model of the relation between bubble motion and hydraulic oil temperature in bubble compression process is established , and the Rayleigh - Plesset equation is improved under the condition of considering the thermal effect .
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52
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本文编号：2131028