多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設計修訂稿

1、多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設計WEIHUA SyStem OffiCe room聲僑共tf畢業(yè)設計（基礎研究報告）目多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設計業(yè)機械電子級別2010 級學號37姓名邱宗建指導老師林添良副教授專院機電及自動化學院華僑大學教務處2014年6月本報告借鑒北京華德液壓S型單向閥針對管式連接、板式連接和插入式連 接這三種連接方式的單向閥進行研究，分析其不同的結構特點，設計閥口結構 和閥體結構。設定一個40Lmin的流量，完成其相應的通徑、閥口結構、最大 開口量、彈簧性能參數(shù)和閥芯受力等參數(shù)的計算，并利用仿真軟件AMESim建立 單向閥的仿真模型，根據(jù)計算出的單向閥結構參數(shù)和性能參數(shù)對

2、其進行仿真， 對設計單向閥的流量性能及閥芯移動的平穩(wěn)性和靈敏性進行分析，力求在達到 設定流量的前提下實現(xiàn)單向閥的低開啟壓力、反向密封性好、正向壓力損失 小、運動平穩(wěn)、無振動、無噪聲等要求。隨著科學技術的發(fā)展、仿真理論及計算機技術的不斷發(fā)展，仿真技術不斷 提高。在如今的科學研究中，仿真技術提高了科學研究的水平，縮短了研究周 期、降低了科學研究的成本及風險、促進了各個不同領域的融合、加速了科研 成果轉化為生產(chǎn)力的餓進程?，F(xiàn)有的液壓仿真軟件多是基于系統(tǒng)級的仿真，而 對于元件級的仿真功能較弱，特別是元件結構方面的仿真。法國IMAGlNE公司 開發(fā)的AMESim不但可以進行系統(tǒng)級仿真，而且還可以利用該軟

3、件提供的液壓組 件設計庫對液壓元件的結構進行設計和優(yōu)化。關鍵字：單向閥，設計優(yōu)化，多連接，AMESim仿真ABSTRACTThe report reference Beijing HOWard hydraulic COnneCtiOn for the S-type CheCk VaIVe tube, Plate and plug-in COnneCtiOn COnneCted to the three-way ValVe COnneCtiOnS Were analyzed for their VariOUS StrUCtUral features, the StnJCtUre and desi

4、gn Of the VaIVe StrUCtUre Of the VaIVe POrt .Set a 40Lmin flow to COmPIete the CalCUlatiOn Of the COrreSPOnding diameter, VaIVe POrt structure, the InaXimUm amount Of opening, the VaIVe SPring force PerfOrmanCe ParameterS and Other parameters, and USing SimUIatiOn SOftWare AMESim SimUlatiOn model Of

5、 a One-Way valve, its SimUlatiOn Of a CheCk VaIVe based On the CaICUlated StrUCtIIral ParameterS and PerfOrmanCe ParameterS for the SmOOth flow PrOPertieS Of the CheCk VaIVe and the VaIVe body designed to move and Carry OUt SenSitiVity analysis SeekS to achieve UnidireCtiOnaI Under the PrenIiSe Of t

6、he Set flow rate IOW ValVe OPening PreSSUre, reverse sealing, POSitiVe PreSSUre IOSS is small, SmOOth motion, no Vibration, no noise requirements.With the COntinUOUS development Of SCienCe and technology development, theory and COmPUter SimUlatiOn technology, SimUIatiOn technology COntinUeS to impro

7、ve In today,s SCientifiC research, SimUIatiOn technology to improve the IeVel Of SCientifiC research and ShOrten the research cycle, reduce the COStS and risks Of SCientiflC research, and PrOnIOte the integration Of different areas to accelerate the SCientifiC research achievements into PrOdUCtiVe f

8、orces hungry PrOCeSS EXiSting hydraulic SimUlatiOn SOftWare are mostly based On SyStem-IeVel SimUIation, and for componentlevel SimUIatiOn function is weak, especially in the SinIUIatiOn COnIPOnent StrUCtUres. FranCe IMAGINE AMESim developed not Only for SyStem-IeVel SimUIation, but also Can USe the

9、 SOftWare to PrOVide hydraulic COmPOnent design Iibrary Of hydraulic COmPOnentS for StnJCtUral design and OPtimiZatiOn.KeyWOrds: One-Way ValVe design OPtillIiZatiOII multi-connection AMESim SimUIatiOn目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一章單向閥的介紹1單向閥的工作原理介紹1單向閥的開啟條件1單向閥的主要性能要求2單

10、向閥的應用2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章單向閥的設計要求3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第三章單向閥的結構設計與計算4結構設計4單向閥的計算5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第四章AMESim仿真分析9單向閥流量隨用戶定義的工作周期壓力變化分析9閥芯位移隨時間變化分析9閥芯移動速度隨時間變化分析10閥芯移動加速度隨時間變化分析11正向壓力損失特性分析11閥芯錐半角變化對流量和最大開口量的影響分析12 HYPERLINK l

11、 bookmark16 o Current Document 第五章單向閥設計圖14管式單向閥圖14板式單向閥圖14插裝式單向閥圖15 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第六章 參論文總結16致謝17參考文獻18第一章單向閥的介紹單向閥的工作原理介紹普通單向閥的作用是使油液只能沿一個方向流動，不許它反向 倒流。圖1-1 (a)所示是一種管式普通單向閥的結構。壓力油從閥 體左端的通口 PI流入時，克服彈簧3作用在閥芯2上的力，使閥芯 向右移動，打開閥口，并通過閥芯2上的徑向孔a、軸向孔b從閥體 右端的通口流出。但是壓力油從閥體右端的通口 P2流入

12、時，它和彈 簧力一起使閥芯錐面壓緊在閥座上，使閥口關閉，油液無法通過。 圖1-1 (b)所示是單向閥的職能符號圖。P2圖1一1單向閥(a)結構圖(b)職能符號圖1閥體2閥芯3-彈簧單向閥的開啟條件(I-I)要使閥芯開啟，液壓力必須克服彈簧力件，摩擦力耳和閥芯重 量 G,即(p1 p2 ) A 耳 + Ff +G式中Pl油腔1油壓力（Pd）;PI油腔2油壓力（內）；Fk彈簧力（N）；Ff閥芯與閥座的摩擦力（N）;G閥芯重量（N）（水平放置時為0）；A閥座口而積（）單向閥的主要性能要求D正向最小開啟壓力以=（以+Ff+G） /A,國產(chǎn)單向閥的開啟壓 力有和，通過更換彈簧，改變剛度k來改變開啟壓力的

13、大小。2）反向密封性好。3）正向流阻小。4）動作靈敏。單向閥的應用主要用于不允許液流反向的場合。1）單獨用于油泵出口，防止由于系統(tǒng)壓力突升油液倒流而損壞油 泵。2）隔開油路間不必要的聯(lián)系。3）配合蓄能器實現(xiàn)保壓。4）作為旁路與其它閥組成復合閥。常見的有單向節(jié)流閥、單向順 序閥、單向調速閥等。5）采用較硬彈簧作為背壓閥。第二章單向閥的設計要求單向閥的設計要求如下：1）最大壓力P嚴315bar2）公稱流量 x=40（Lmin）3）低開啟壓力J=4）高開啟壓力 2 =5）低開啟壓力下，通過公稱流量是的壓力損失SS | =6）高開啟壓力下，通過公稱流量是的壓力損失Ps12=第三章單向閥的結構設計與計算

14、結構設計單向閥芯單向閥芯有錐閥式和球閥式兩種。雖然球閥式的結構比較簡單， 但鋼球會轉動，常影響密封性，工作中也容易產(chǎn)生振動和噪聲：而 錐閥式的密封性較好，閥芯有導向面，工作時動作平穩(wěn)。這就是單 向閥芯常采用錐閥式結構的原因。閥座在單向閥閥口線接觸處，常有很大的接觸應力，所以當閥體材料為 鑄鐵時，就要加鋼閥座。閥座在與單向閥芯的接觸為尖角，以保證 線接觸，實際上尖角處受力后是要變形的，但這種受力后產(chǎn)生變形 而成為很小的面接觸能保證很好的密封性。一般在公稱流量不大 時，閥座在與單向閥芯的接觸處成直角，如圖所示，而在公稱流量 較大和公稱壓力較高時，為改善閥口處油液流動狀況和受力情況， 閥座與單向閥芯

15、的接觸處成鈍角，如圖3-1所示。圖3-1閥座彈簧單向閥的彈簧是進行通用化設計的，即只要是同一公稱通徑，不管 直通單向閥，直角單向閥和液控單向閥，其彈簧均為通用。彈簧應 按單向閥正向流動時的兩種作用來設計：一種是要盡量使油液能正 向自由通過，這時的開啟壓力要越低越好，常定為左右。另一種是 油液正向流過時要造成一定的壓力損失，以作為背壓閥使用，這時 的開啟壓力要保證達到設計值.常定為。單向閥的計算(1)幾何尺寸的確定進出油口的直徑根據(jù)進出油口的直徑計算公式：V匕式中Qi.公稱流量(Lmin)；匕進出油口直徑d處油液流速，一般可取匕二6 (ms)則 d JK(Cm) = (CIn)=取進出油 口直徑

16、 d=12mm閥座內孔直徑DZD7 =d- () (Cm) =1 (Cm) =10(mm)(3-2)式中d進出油口直徑(CnI)閥芯錐角的半角色和閥座錐角的半角力閥芯錐角的半角勺和閥座保持線接觸，同時也要考慮過流而積問 題。對于單向閥一般取(3-5)勺二 45c=z+(2 3 ) =48(33)最大通流面積AI疵以5bar壓差時流量為40Lmin對閥口的最大過流面積進行估Q = aDA2?P算，根據(jù)公式:(3-4)式中Q流量(W3s)；流量系數(shù)，取;閥口通流面積(TW2 );液體密度,取900kg nr ；閥口壓差(Pa):40 x103AllaX =a M2= = 105 InI51O590

17、0=2IQmm25)最大開口量兀max由液壓傳動錐閥通流面積計算公式XA = dxsin (1Sin )2 2d如圖1-3所不:圖3-2最大開口量則 26=52 (1,解得 X=20(2)受力計算和性能計算1)閥芯將開始移動時所受的液壓作用耳嚴(3-6)FKq2t 1* (N)式中 DZ閥座內孔直徑(mm)lL開啟壓力設計要求(MPa)則陽=乎】*=葺x003 = (N)設閥芯重量為，則彈簧在0位移是的彈簧力為:Fk=FKe-G= 2)彈簧剛度k高開啟壓力pq1下，閥芯所受的液壓力為F沖產(chǎn)畔ig (N)彈簧力變化為AFk = F-Fk=則彈簧剛度為(Nmm)3)錐閥閥口處在設定的壓力損失13,

18、*下，油液作用于閥芯上的液 壓力巧嚴7)式中 DZ閥座內孔直徑(Cm)則G*二歲L切山二(N)4)閥芯徑向直徑勺只對直通式單向閥計算閥芯徑向孔直徑心，其他單向閥可根據(jù)結 構情況確定。按油液流速要求，閥芯徑向孔直徑巧為4x16,67 (CIil)；V 100 VaJZj(3-8 )式中QIi公稱流量(Lmin)Vaj閥芯徑向孔油液流量(ms),可取Vy二6(ms)；ZJ閥芯徑向孔數(shù)。第四章AMESim仿真分析液壓閥標準件與液壓元件設計庫設計單向閥如圖(4-1)所示:bao3 - flow rate POrt 1 Lmin圖41單向閥單向閥流量隨用戶定義的工作周期壓力變化分析45 -4035302

19、520151050I I I I I I I Illl IlIlIlIlllIlIll IIll0.01.02. P 05.06.0i X： PreSSurebar:圖4-2流量隨壓力變化圖如圖設置設置用戶定義的工作周期壓力變化為05s壓強由0到5bar的漸變，圖中曲線呈現(xiàn)三段變化。第一段壓力由0逐漸升至 最低開啟壓力，閥芯沒打開，無液壓油通過，流量為零；第二段壓 力由最低開啟壓力逐漸增大，閥芯逐漸打開至最大開口量，流量逐 漸增大；第三段壓力繼續(xù)增大至設置的最大開啟壓力，流量隨著壓 強的增大逐漸增大，閥芯不再運動而處于穩(wěn)定位置。下圖為第一段至第二段的局部放大圖，即閥芯開啟處的曲線 圖。如圖，在

20、第一段至第二段曲線處存在略微的波動，原因是單向 閥閥芯開啟時，Pl處液壓油留至P2處時壓力存在突變，可能導致 單向閥出現(xiàn)細微的振動和噪聲。閥芯位移隨時間變化分析圖44閥芯隨時間變化閥芯移動速度隨時間變化分析圖4-5閥芯移動速度隨時間變化閥芯移動加速度隨時間變化分析由閥芯運動的速度圖像和加速度圖像可以看出，速度和加速度 連續(xù)變化，都沒有出現(xiàn)突變，可以看出閥芯運動較為平穩(wěn)。正向壓力損失特性分析將閥芯質量、彈簧剛度及彈簧在O位移處的彈簧力設為極小 值，并設置流量隨時間05s由O逐漸升至40Lmin,模擬仿真單向 閥在高開啟壓力下，正向壓力損失隨流量變化的分析。閥芯位移隨時間圖像如下：正向壓力損失隨流

21、量變化圖像如下:5.0閥芯錐半角變化對流量和最大開口量的影響分析圖49錐半角變化對流量和開口量的影響如圖分別設置錐半角為30、35、40、45、50、55 . 60 ,隨著錐半角的增大，單向閥的流量也逐漸增大。30354045505560公稱流 量(L/min )最大開 口量隨著錐半角的增大，公稱流量和最大開口量都逐漸增大。第五章單向閥設計管式單向閥圖hkiA.板式單向閥圖插裝式單向閥圖第六章論文總結從畢業(yè)論文的寫作開始，時至今曰，論文基本完成。從最初的茫然，到 慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表 達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設計終于落下了帷幕。回

22、想這段曰子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設計的過程中，我擁 有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。在與導師的交流討論中我的題目定了下來，是：多種連接方式的單向閥的優(yōu)化設計。當選題報告，開題報告定下來的時候，我當時便立刻著手資料的收集工作中，當時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。林添良老師給我的提供了思路，還幫肋我找到了許多寶貴的資料。在圖書館 我也收集了許多關于液壓閥，單向閥及AMESim仿真的書籍，在將收集的 資料認真整理分類以后便著手開始自己的畢業(yè)設計了。在完成畢業(yè)設計的 過程了也碰見了許多問題和瓶頸，也因為這些困難瓶頸苦惱過，是林添良 老師的細心指導和循循善誘，才讓我得以順利的完成畢業(yè)設計。在這過程 中也有研究生學長、學姐以及共同做畢業(yè)設計的同學們的幫肋，是你們的 熱情和耐心讓我能夠克服我所遇到的問題。在做畢業(yè)設計的過程中我收獲了很多，不僅鞏固了大學所學的知識，而 且學會了不少關于AMESim仿真的知識，也收獲了不少友誼。而腳踏實 地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的 精