径向流和圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

设计了径向流动式和圆环流动式2种不同液流通道结构的磁流变阀,并分别对其工作原理进行了阐述;推导了径向流和圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)分别对径向流和圆环流磁流变阀的电磁场进行了建模仿真,在结构参数和磁场参数相等的情况下分析了径向流和圆环流2种液流通道结构的磁流变阀压降变化规律。搭建了磁流变阀压降性能试验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的径向流和圆环流磁路变阀的压降性能进行了试验分析。仿真和试验结果均表明同样结构参数和磁场参数下的径向流磁流变阀产生的压降大于圆环流磁流变阀产生的压降。     

磁场结构对径向流磁流变阀动态性能的影响

针对不隔磁径向流磁流变阀磁力线只在径向阻尼间隙中垂直分布导致压降小的不足,提出并设计了一种隔磁径向流磁流变阀。通过设置隔磁零件来改变磁场结构,使磁力线形成蜿蜒式走向而被引导到不隔磁径向流磁流变阀中未被利用的轴向阻尼间隙,从而增加磁流变阀中产生磁流变效应的工作区域,在不增大阀尺寸前提下实现增加液流通道有效阻尼长度的目的。采用有限元法对外形尺寸和液流通道结构完全相同的不隔磁和隔磁磁流变阀进行建模仿真分析,以观察磁流变阀隔磁和不隔磁结构对磁力线路径和磁感应强度分布规律的影响。同时在动态性能测试平台上对不隔磁和隔磁径向流磁流变阀压降及响应性能进行试验测试对比。仿真和试验结果均表明:隔磁径向流磁流变阀由于设置了隔磁零件,可使磁力线在轴向和径向阻尼间隙中均匀分布,使其压降比不隔磁磁流变阀的压降大。另外,由于轴向阻尼间隙受到磁场的作用,隔磁磁流变阀具有更大的上升响应时间。     

径向流磁流变阀控缸系统动力性能研究

为进一步扩大磁流变阀的工业应用,提出并设计了一种径向流磁流变阀控缸系统,主要由径向流磁流变阀、单出杆液压缸及蓄能器3部分构成。阐述了径向流磁流变阀控缸系统的工作原理,推导了阻尼力数学模型。对径向流阀控缸系统进行了动力性能建模仿真,并搭建了动力性能测试实验台,分别对常规型与改进型径向流磁流变阀控缸系统在不同电流、不同频率及不同振幅下的动力性能进行了实验,实验结果表明,以径向流磁流变阀作为旁通控制元件的磁流变阀控缸系统能够产生较大的输出阻尼力,阻尼力最大可达5.8 k N;另外,阻尼力随电流变化顺逆可调,且可调范围广;同时,输出阻尼力受活塞杆运动速度影响很小,阀控缸系统能在各种工况输出稳定阻尼力。对比分析2个磁流变阀控缸系统可知,更换不同的磁流变阀可得到不同的动力性能。     

混合流动式磁流变阀结构设计与压降性能分析

针对目前磁流变阀结构单一且体积大的不足,设计了一种结构紧凑的混合流动式磁流变阀,该磁流变阀阻尼间隙液流通道由单个轴向圆环流动、单个径向圆盘流动和单个中心小孔流动串联组合而成。阐述了混合流动式磁流变阀结构及工作原理;分析了励磁线圈作用下有效阻尼间隙处的磁路分布,同时建立了其压降数学模型。采用有限元法对混合流动式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,对阻尼间隙处的磁场强度和剪切屈服应力的分布规律进行了分析;仿真结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为3 342 k Pa。对混合流动式磁流变阀压降性能进行了试验测试,具体分析了加载电流以及径向圆盘阻尼间隙厚度对磁流变阀压降的影响,试验结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为2 650 k Pa,试验结果与仿真结果变化趋势基本一致。     

两级径向流蜿蜒式磁流变阀结构设计与动态性能分析

设计了一种具有复杂液流通道结构的两级径向流蜿蜒式磁流变阀,其液流通道主要由2段圆环轴向流、4段圆盘径向流及3段中心小孔流组成。阐述了两级径向流蜿蜒式磁流变阀的工作原理,并推导了其压降数学模型。采用有限元法(FEM)对两级径向流蜿蜒式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,分析了磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明加载电流为0.8 A时压降为5.81 MPa。搭建了磁流变阀压降性能及响应特性测试实验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的磁流变阀压降性能进行了实验分析,结果表明加载电流为0.8 A时压降可达5.77 MPa,与仿真结果基本相符。同时,对磁流变阀压力响应时间进行了测试分析,实验结果表明所设计的磁流变阀响应迅速,响应时间在3~7 ms之间;并且响应上升时间比下降时间短;负载对响应时间没有影响;激励电流越大,响应越快。     

圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

磁流变阀是一种以磁流变液为工作介质的智能控制器件,其进出口压差可调且响应速度快的特点使其在减振抗震系统中具有广泛的应用前景。设计了一种典型的阻尼间隙为圆环流动式的圆环流磁流变阀,对其工作原理进行了阐述,同时推导了圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)和计算流体力学法(CFD)分别对圆环流磁流变阀的电磁场和流场进行了建模仿真,分析了不同电流下磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明圆环流磁流变阀的压降随着加载电流的增大而增大,并且逐渐趋于饱和;同时采用FEM方法得到的最大压降为948 k Pa,采用CFD方法得到的最大压降为1 079 k Pa。搭建了圆环流磁流变阀压降性能试验台,对不同电流及不同负载下的磁流变阀压降性能进行了试验分析,并与仿真结果进行了对比,结果表明试验压降变化趋势与两种仿真方法得出的压降变化基本相符,试验测试得到的最大压降为662 k Pa。同时,试验结果表明外加负载对圆环流磁流变阀压降大小变化基本无影响。     

蚊香盘式液流通道磁流变阀压降及响应性能研究

设计了一种蚊香盘式液流通道磁流变阀,其液流通道主要由2个牛顿流体圆管流、1个牛顿流体圆环流、2个非牛顿流体圆盘流和2个非牛顿流体螺旋流共同组成。分析了磁流变阀的工作原理及结构,推导了其压降数学模型。采用有限元法对磁流变阀的电磁场进行建模仿真,并分析了压降变化规律,仿真结果表明,加载电流为2.0A时,压降达5.58MPa。搭建了磁流变阀性能测试实验台,对不同外加电流和不同模拟负载下的压降性能进行实验测试,结果表明,当加载电流为2.0A时,压降可达5.1MPa,较之传统的径向流磁流变阀压降性能提升明显。不同流量下的响应性能实验结果表明,所设计的磁流变阀响应速度快,上升阶段响应时间小于下降阶段响应时间。     

圆盘式磁流变制动器仿真优化设计

为了改进磁流变制动器的性能,提出了一种基于结构与磁路耦合模型仿真分析的优化设计方法。该方法以最大化制动器的制动力矩和最小化制动器的质量为目标,采用变动权系数的策略将多目标化为单目标,然后运用ANSYS的参数化有限元仿真优化工具进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳几何参数。在此基础上,加工制造出实物样机,设计并搭建磁流变制动器性能测试平台,实验和仿真结果表明该设计方案能较好满足制动器的制动力矩和磁路设计的要求。     

高频电气喷射阀优化设计与试

建立了高频电气喷射阀电磁铁的有限元分析模型.在静态有限元分析基础上,通过减小喷射阀衔铁外径及在其中心钻孔对电磁铁结构进行了优化设计.优化后模型的结构尺寸及提供的稳态电磁力均与优化前相当,而衔铁质量下降71%,故其加速度大幅上升,使得优化后模型的动态响应时间在各工作状况下均约缩短8%.最后,根据优化后电磁铁模型加工制造了电气喷射阀样机,并研制了其动态性能测试系统.试验与仿真结果吻合,验证了仿真模型的有效性.     

多液流通道旋转式磁流变制动器结构设计与特性分析

作为一种可以有效产生转矩、耗散运动能量的半主动阻尼器件,旋转式磁流变制动器具有转矩可调、响应速度快的特点,在汽车领域具有广泛的应用前景。设计了一种具有多液流通道的旋转式磁流变制动器,通过在旋转套筒中部设置隔磁材料改变磁场结构,引导磁力线通过未被利用的外轴向液流通道,增加了磁流变制动器产生流变效应的工作区域,从而将制动器有效阻尼间隙从常规2段增加为4段。阐述了多液流通道旋转式磁流变制动器工作原理,并推导了其转矩数学模型。采用有限元法对磁流变制动器电磁场进行建模仿真,分析了磁流变制动器不同液流通道区域磁场强度分布规律。搭建了旋转式磁流变制动器制动转矩特性测试试验台,对不同加载电流及不同转速下的磁流变制动器转矩性能进行了试验分析,结果表明,加载电流为1.8A、转速为600r/min时,制动器转矩可达61.4N·m,试验结果与仿真结果基本一致;转速变化对制动器转矩基本无影响。     

调节阀流量特性分析及网孔型套筒阀优化计算

利用CFD技术,模拟计算了两种调节阀简化模型的流量特性曲线,其中扇形模型的流通面积与行程之间是线性关系,而环形模型的流通面积与行程之间是平方关系。针对一种工程应用的网孔型套筒阀提出了优化方案并比较了优化前后的流量特性,优化前的网孔型套筒阀网孔数量均匀分布,而优化后的网孔数量逐渐递增。结果表明,扇形模型的流量特性曲线接近直线型,而环形模型的流量特性曲线接近对数型;优化前的网孔型套筒阀的流量特性曲线为直线型,优化后则为抛物线型,可以满足其他的流量调节需求。     

电控线性转板式气体流量调节阀结构设计与实验

提出了一种电控线性转板式流量调节阀(阀门通径DN50),阀芯开口采用专门设计的形状以实现开度与流量的线性关系,驱动系统采用减速步进电机以保证阀门开度的精度和重复性。采用面积割补法推导了阀芯曲线方程,设计了特殊的平面旋转密封结构,并采用数值模拟和实验验证相结合的方法进行了验证。理论计算和实验结果均表明设计的阀门线性相关系数大于0.99,不同开度的重复性实验表明,不同开度流量重复性优于0.26%,验证了该结构阀门的性能。