论文总字数：25424字

摘 要

电磁比例阀，是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件，代表了流体控制技术的发展方向。它在传统的工业用液压控制阀的基础上，采用电—机械转换装置，实现电信号向位移信号的转化，按照输入电信号指令连续、成比例地调节液压系统的压力、流量或方向等参数。电磁比例阀通过控制阀口大小的改变和通断来控制和调节液压系统油液的压力、力量及方向，使之满足各类执行元件不同动作的要求，其工作性能对整个液压系统的性能起到至关重要的影响。

本文主要对电磁比例阀进行测绘、分析和优化。首先通过拆解，理解电磁阀的结构和工作机理，并对主要部分进行测绘和建模。然后在此基础上，利用Ansys对电磁阀进行流场和温度场仿真，并结合理论分析，研究其运行状态和性能。其中流体部分选用Fluent，固体部分选用Mechanical APDL。最后，对电磁比例阀的结构进行优化以最大程度地避免其发生泄漏和卡紧。

关键词：电磁比例阀； 流场； 温度场； Ansys

Abstract

Electromagnetic proportional valve is the core of electro-hydraulic proportional control technology and the main power amplification component, which represents the development direction of fluid control technology. On the basis of the traditional industrial hydraulic control valve, it adopts electro-mechanical conversion device to realize the conversion of electric signal to displacement signal, and continuously and proportionally adjust the pressure, flow or direction of the hydraulic system according to the input electric signal command. The electromagnetic proportional valve controls and adjusts the pressure, force and direction of the hydraulic system oil by controlling the change of the valve port size and opening and closing, so that it can meet the requirements of different actuators of different types of actuators, and its working performance is the performance of the entire hydraulic system. To the crucial impact.

This paper mainly focuses on the mapping, analysis and optimization of electromagnetic proportional valves. Firstly, through disassembly, the structure and working mechanism of the solenoid valve is understood, and the main parts is mapped and modeled. Then, based on this, the flow field and temperature field simulation of the solenoid valve are carried out by Ansys, and combined with theoretical analysis, the operation state and performance are studied. Fluent is used for the fluid part and Mechanical APDL is used for the solid part. Finally, the structure that is not perfect in the simulation is improved and optimized.

Key Words: electromagnetic proportional valve; flow field; temperature field; Ansys

目 录

摘要

Abstract

第一章 绪论 1

1.1 选题的意义和目的 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本课题主要研究内容 5

第二章 测绘 7

2.1 三通比例减压阀简介 7

2.2 测绘和性能分析 8

第三章 内部流场特征分析与仿真 13

3.1 CFD介绍 13

3.2 Fluent介绍 14

3.3 卡紧力模型及仿真条件设置 15

3.3.1 模型参数 15

3.3.2 模型流态分析 15

3.3.3 网格划分和边界条件 16

3.4 无均压槽阀芯卡紧力分析 17

3.4.1 顺锥仿真分析 17

3.4.2 逆锥仿真分析 19

3.4.3 顺逆锥结果对比 20

3.5 均压槽的形状 20

3.6 均压槽的数量 23

第四章 热变形分析 26

4.1 相关理论 26

4.1.1 Ansys简介 26

4.1.2 流体粘性加热 27

4.1.3 流体能量损失 27

4.1.4 传热机理分析 28

4.1.5 热膨胀分析 29

4.2 流场温度分析 30

4.3 热变形分析 31

第五章 结论 35

参考文献 37

致 谢 39

附 件

绪论

选题的意义和目的

液压系统具有体积小、质量轻、运动惯性小、平稳无振动、无级调速范围大，可实现自润滑等优势，己逐渐取代了部分机械传动装置，并广泛应用于机床、工程机械、纺织工业、国防工业等多领域、多行业。随着电力电子技术的飞速发展以及计算机技术的日新月异，数字化、知识化、信息化的时代逐渐登上了历史的舞台，人们对低成本、抗污染、快速响应的控制系统的需求也在逐渐增大。液压技术也在这个进程中得到了发展，电液控制技术就在这个背景下出现了。

电磁比例阀分为机械部分和电磁部分。机械部分与传统的液压阀原理大致相同，通过改变阀芯所处的来实现对阀口和的控制，进而控制和调节液压系统油液的力、和，使其满足各类执元件不动作要求。而电磁部分是电磁比例阀的控制部分，通过改变电流的大小可以改变线圈的磁性，从而实现对阀芯的控制。电磁阀可以搭配不同的电路以实现不同的控制。因此，传统液压阀面对的问题，电磁比例阀大多也要面对，而且考虑到控制精度的问题，有些问题在电磁比例阀上更为凸显。比如阀芯和阀套在加工装配时的尺寸、形位误差和工作中的磨损等，都可能会造成不同程度的泄漏和卡紧故障，从而影响电磁比例阀的换向精度、平稳性和可靠性等性能。此外，误差和磨损还会影响阀芯和阀套间缝隙的压力分布，进而产生径向力，影响平稳性和精度。这些问题也给精确控制带来了困难。

本文的研究植根于此，着眼于电磁比例阀的机械部分。在理解样品电磁比例阀结构的基础上，对电磁比例阀进行流场仿真和温度场仿真，分析温度变化、加工误差和磨损对其工作状态和性能的影响，并尝试对其进行改良和优化，提高性能。

国内外研究现状

近年来，国内外的学者针对阀做了很多研究，具体可以分为三个方向：一是在经验公式的基础上，结合具体工况中的诸多影响因素，推导更具普适性的数学模型；二是结合仿真软件对问题进行仿真分析，并得出相应的解决措施，作为设计的指导；三是设计实验，通过分析实验数据提出解决方案。本文参考的主要是结合仿真软件的研究。

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