高压容腔卸压曲线及卸压阀研ppt课件

.,1,答辩人：杨士东专业：机械工程指导老师：姚平喜教授,太原理工大学硕士论文答辩TaiyuanUniversityofTechnologyMastersThesisDefense,高压容腔卸压曲线及卸压阀研究,.,2,答辩内容,研究背景及意义,国内外研究动态,论文主要工作,致谢,结论与展望,.,3,一、研究背景及意义背景,液压机是一种以液体为工作介质来传递能量以实现各种加工工艺的机器，被广泛应用于锻压和成型加工。液压机在保压工序时，主工作缸和部分液压管路组成的高压容腔因油液压缩储存大量的能量；这部分能量释放过程即为卸压过程，卸压是否合理直接影响着液压机的稳定性、可靠性、生产效率和工件质量等。随着液压机的不断发展，卸压的快速性与稳定性这对矛盾问题愈加凸显。,图1框架式液压机,图2液压机基本工序图,.,4,一、研究背景及意义意义,本研究目的在于解决大型液压机快速卸压与稳定卸压的这一矛盾问题，实现液压机的快速平稳卸压，此研究意义如下：卸压冲击的减小可以提高液压机工作时的稳定性和可靠性。卸压速度的提升可以提高液压机的工作效率和所加工工件的质量。卸压噪声的降低可优化操作环境，有益于操作工人的身心健康。,.,5,二、国内外研究动态卸压方式,1979年，国外已有液压机采用闭环控制系统，使卸压阀的启闭过程按正弦曲线进行，在避免卸压冲击的同时提高了卸压速度。国外对此问题的研究较早且深入，但其研究成果很少公开。国内对此问题研究起步较晚，大致可分为两个阶段:(1)1973-1995年，当时对液压机的效率要求不高，相关研究集中于避免卸压冲击、减小卸压噪声的层次，液压机多采用固定节流孔、组合阀、分级卸压等卸压方式。,.,6,二、国内外研究动态卸压方式,（2）1995年之后，对液压机的效率要求越来越高，液压元件不断发展，电液比例阀开始被应用于卸压回路，该阀的开启曲线可以由计算机进行控制并按特定的规律开启，可对卸压过程进行合理的控制。,图3电液比例阀,.,7,二、国内外研究动态卸压规律,正弦规律的卸压曲线。基于油液能量均匀释放的卸压曲线。基于油液体积增量均匀释放的卸压曲线。,关于卸压曲线的研究较少，业内对卸压曲线没有统一的定论，以上曲线都只是定性的研究，在实际应用时需要反复的调试和优化，确定的难度比较大。,图4正弦规律卸压曲线,.,8,二、国内外研究动态研究存在的不足,固定节流孔、组合阀、分级卸压等方式在减小卸压冲击的同时延长了卸压时间，这些卸压方式已不能满足现阶段对液压机工作效率的需求。目前，关于卸压规律研究相对欠缺，且缺少定量的计算，不能在实际生产中对卸压过程进行有效的指导。新型液压机大多采用电液比例阀卸压，但其开启曲线确定较难；且该阀成本较高，对使用环境的要求也很高。,.,9,三、论文主要工作,卸压规律研究,1,卸压阀设计,2,卸压回路仿真分析,3,.,10,三、论文主要工作卸压规律研究,通过对卸压冲击机理分析，提出了卸压冲击实质上是力的作用，产生的根本原因是油液动量的突变这一观点。若卸压时不产生冲击的最大动量变化率为mv，对卸压过程中排出高压容腔的油液动量进行合理控制，使其以最大动量变化率为斜率随时间线性变大，既满足下式：,即可实现高压容腔的快速稳定卸压。,.,11,三、论文主要工作卸压规律研究,将卸压过程分为多个等时间段进行分析，从不产生气蚀和谐振的角度对卸压阀的初始开口面积A1进行计算，得出：,式中：f液压管路流通面积，m2；cq流量系数，0.6；ac液压管路中冲击波传播速度，m/s；油液密度，900kg/m3；p1高压容腔初始压力，Pa。,通过公式推导得出任意时间段油液动量正比于容腔压力与卸压阀开口面积的乘积，即：,.,12,三、论文主要工作卸压规律研究,计算出整个卸压过程各参数间的迭代公式如下：,式中：An卸压nt时间段内卸压阀开口面积，m2；pn卸压nt时间段内容腔压力，Pa；Qn卸压nt时间段内通过阀的流量，m3/s；Vn卸压nt时间段内容腔压缩油液的体积，m3。,.,13,三、论文主要工作卸压规律研究,选取某型号液压机基本参数，对卸压过程进行计算。,表1某型号液压机基本参数,.,14,三、论文主要工作卸压规律研究,整理数据，得到容腔压力、卸压阀开口面积随时间的变化曲线：,图5容腔压力-时间,图6卸压阀开口面积-时间,.,15,三、论文主要工作卸压规律研究,分别取各时间段容腔压力和卸压阀开口面积数值，得出：,图7容腔压力-卸压阀开口面积,.,16,三、论文主要工作卸压阀设计,设计原则基于负载敏感技术，通过容腔剩余压力实时控制卸压阀节流口面积，使整个卸压过程能自动完成。采用轴向间隙可变节流孔。,图8卸压回路,1-液压泵2-溢流阀3-电液换向阀4-单向顺序阀5-顺序阀6-单向阀7-专用卸压阀8-卸压节流阀9-液控单向阀10-充液阀11-液压缸,.,17,三、论文主要工作卸压阀设计,1-阀体2-喉塞3-控制活塞杆4-阀芯5-弹簧座6-紧定螺栓7-密封圈8-挡圈9-弹簧10-端盖A-进油口B-出油口a-控制油路b-阀芯开口,图9卸压节流阀结构图,表2卸压节流阀参数表,.,18,三、论文主要工作卸压阀设计,主阀芯设计阀芯位移与阀芯开口宽度之间的函数关系为：,阀芯的位移与阀芯开口宽度的关系曲线：,图10阀芯位移-开口宽度,.,19,三、论文主要工作卸压阀设计,主阀芯二维图,图11主阀芯二维图,.,20,三、论文主要工作仿真分析,卸压阀模型应用AMESim进行仿真分析，节流阀通过软件中的HCD库进行构建，液控单向阀则在液压库中直接调用。,图12卸压阀仿真模型,卸压节流阀的组成由左及右依次为：零力源、活塞腔、特定阀芯孔的阀体、质量块、带弹簧的活塞腔和零力源。,表3卸压阀仿真模型参数,.,21,三、论文主要工作仿真分析,卸压系统仿真模型,图13卸压系统仿真模型,系统运行过程：（1）加压阶段（0-5s）（2）保压阶段(5-10s)（3）卸压阶段(10s-),.,22,三、论文主要工作仿真分析,仿真结果,图14容腔压力-时间,图15阀芯开口面积-时间,.,23,三、论文主要工作仿真分析,理论计算与仿真结果对比分析,理论计算时忽略了容腔的弹性变形、卸压阀内部的摩擦力。在对阀芯开口曲线拟合时存在一定误差。在卸压最后阶段，容腔内油压很低，油液的流量和流速都很小。,整个卸压过程所需时间分别为0.95s、1s，原因如下：,图16理论与仿真曲线对比,.,24,三、论文主要工作仿真分析,结果分析,应用此卸压阀的卸压回路可以使卸压过程按计算的卸压规律快速平稳进行。仿真结果验证了基于控制油液动量变化的卸压规律的合理性。仿真结果证明了卸压阀设计思路的可行性。,.,25,四、结论与展望结论,基于控制油液动量变化的卸压规律能实现高压容腔的快速平稳卸压，能满足液压机卸压时对快速性和稳定性的需求。应用此卸压规律设计的卸压阀能对卸压过程进行有效控制，使其按所计算的卸压规律进行；同时该阀较电液比例阀有结构简单、成本低、对使用环境要求低等优点。,.,26,四、结论与展望展望,本研究还局限在理论层面，没有对专用卸压阀进行实验研究，后续工作应进行具体的实验研究，通