音圈电机直动式伺服阀的优化及研究

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音圈电机直动式电液伺服阀是直动式电液伺服阀的一种,它利用音圈电机直接驱动阀芯的运动,使得它在抗污能力、动态响应速度、静动态特性等方面性能优良,被广泛地应用在航空航天、军事船舶等对速度和位置控制要求较高的尖端产业中。  本文以音圈电机直动式伺服阀为研究对象,由于驱动电机与阀芯直接连接,阀芯运动过程中产生的液动力扰动也将直接作用在驱动电机上。从理论基础和几何结构出发,以减小该阀的液动力扰动和降低阀内应力集中现象为目的,对影响直动式伺服阀性能的关键因素进行了分析研究。  液动力扰动是影响直动式伺服阀性能的一个重要因素,以特型腔液动力补偿法为理论依托,结合内部流动情况建立了三种阀芯结构的仿真模型,分别命名为双弧型、常规型和单弧型,并对三种阀芯的流场进行仿真分析。运用Fluent中用户自定义函数功能对不同结构阀芯在不同阀口开度下的稳态液动力、瞬态液动力、粘性阻力、阀口射流角度进行了分析计算,并对得到的阀口速度和压力分布图进行对比分析,并找出了影响阀内液动力的因素。  直动式伺服阀结构紧凑,加工精度要求高,在阀套和阀体装配时会存在应力集中的部位。在Fluent仿真时设置负载为30MPa,计算完成后将计算结果导出到static structure软件,运用单向流固耦合的方法,对音圈电机直动式伺服阀的阀体变形和阀芯形状对应力集中的影响进行了分析,结果表明人为的改变流道的结构和阀口射流角度,可以减小变形和应力集中。  建立音圈电机数学模型,并运用AMESim与MATLAB/Simulink对三种结构的音圈电机直动式伺服阀进行联合仿真,在AMESim中搭建音圈电机和阀芯结构的仿真模型,并在Simulink中建立前馈补偿PID控制算法,通过联合仿真得到了音圈电机直动式伺服阀的响应曲线,通过对曲线的分析得到阀芯为双弧型结构的音圈电机直动式伺服阀阶跃响应的调节时间更短,压力增益更高。
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