偏转喷射伺服阀电枢组件的湿式仿真与实验分析。

对于一些关于偏转喷射伺服阀电枢组件的湿式仿真与实验分析。和六阶性能车相关的题,你想知道那些呢,接下来让小编带你了解一下。


张飞


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介绍


电液伺服阀衔铁部件的共振很容易造成弹簧管破裂,这是影响飞机液压伺服系统性能的严重缺陷。因此,需要进行研究,特别是伺服阀电枢组件的振动特性。


本研究采用声激励法和激光测距技术获得电枢部件在干模和湿模下的固有频率,并利用ANSYSWorkbench软件对电枢部件和湿模进行干模分析。基于声固耦合算法的分析。


结果表明,在分析电枢组件振动特性时,不可忽略流体的附加质量效应,并且电枢组件湿模态的固有频率低于干模态。


本文的研究结果对于伺服阀电枢组件振动特性的研究具有具体的意义。


伺服阀的组成及工作原理


典型的偏转喷射伺服阀的主要部件有电枢、线圈、磁铁、弹簧管、偏转板、射流盘和阀芯,其中偏转板的端部与阀芯连接。


先导级由力矩电机和偏转射流放大器组成,力矩电机控制偏转板偏转,实现先导级电机之间的能量转换,从而实现主阀的精确运动。步。


偏转射流结构是影响偏转射流伺服阀静态和动态特性的关键部件,它由偏转板和射流盘组成,偏转板有V形导向槽,射流盘有导流槽。进气口,有两个连接口和一个连接出口。


当偏转喷射伺服阀的力矩电机线圈输入控制电流时,电枢产生力矩。此时偏转板在垂直于射流的平面上运动,此时一个接收口的射流面积增大,另一个接收口的射流面积减小。


因此,偏转板的V形槽将流体引导至两个接收孔,阀芯两侧产生的压力差使滑阀沿与偏转板相反的方向移动。


模态分析数学模型


21干模式理论模型


在有限元分析中,N个自由度的一般线性稳态系统的运动方程可表示为


该式为二阶非齐次方程,电枢组件的振动特性是唯一的,与激振力无关,因此当[F]=0时可得到通解。按数值排列的特征值就是系统各阶的固有频率,特征值对应的特征向量就是各阶的振动振型。


忽略系统的阻尼有助于解决系统耦合方程产生的难题。运动方程转换为


22湿式理论模型


叠加法可以用来求解流固系统的固有频率,这种考虑了物体周围流体影响的振动特性称为湿模态。


假设电枢组件周围的油是不可压缩的,并且不考虑自由液面的影响,流固系统无阻尼自由振动方程可概括为


式中,Hrr、Hrh、Hhr、Hhh为权重系数矩阵的子矩阵,[B]为系数矩阵,hp为流固界面节点压力矢量,rp为压力向量。其余节点是流体密度。求解公式,我们得到


为了计算流体影响的润湿模式,我们只考虑流固界面节点压力矢量hp并将其代入方程得到


在~


电枢部件模态仿真计算


31干模式模拟计算


为了进行仿真计算,将骨骼部件的三维模型导入ANSYS软件的Modal模块中。导入的骨架组件简化了局部细节特征并忽略了零件中的倒角和圆角。


四面体网格单元具有预处理时间短、对复杂几何模型适应性强的特点,非常适合计算复杂的骨架部件结构。


衔铁材质为1J50,弹簧管材质为铍青铜,偏转板材质为铁镍合金3J1。


由于在对电枢组件设置约束时仅考虑弹簧管上的约束,因此电枢组件有限元模型的边界条件可以简化为弹簧管的两个孔固定的边界条件。其余的都是免费的。


对于模态分析,一般不需要施加额外的激励条件,只需要考虑约束范围和约束。为了便于模态仿真结果与实验数据的分析比较,对电枢组件的前六种模态进行了计算。


子空间迭代法一般用于分析结构的前10个固有频率,虽然与其他方法相比需要更高的存储容量和计算性能,但计算结果更加准确,因此采用该方法来提取结构的模态。纸.做.骨架组件.


32湿模态仿真计算


电枢组件的湿模式计算基于干模式的物理模型,在偏转板周围建立流体区域,并将流体区域建立为声学区域。基于流域简化流体域。当伺服阀工作时。


然后,我们建立流固耦合表面,将结构晶格单元定位到流域晶格中,从而允许相互作用力在结构和流体之间传递。接合面可以作为流场的边界。


湿模式下骨骼组件的网格设置与干模式计算模型相同,流体部分使用流体单元进行网格划分。


采用声固耦合方法计算湿模态,必须输入流体区域的声学参数密度和声速,液压油密度为786kg/m3,声速为1380m/s。


湿式计算中,流体域是不可压缩流体,并且考虑到附加质量矩阵的加入,质量矩阵是非对称矩阵,因此软件中的计算方法是非对称求解方法。您可以使用这些公式来查找结构应变和应力。


框架装配模态试验研究


41测试原理


传统的试验模态分析采用锤激法和激振法来获取结构的模态参数,电枢组件的弹簧管为薄壁件,结构较弱,使用方便。传统励磁方式的损坏导致元件故障。


为防止模态试验时对结构造成损坏,可采用声波激励和电磁激励两种方式,电磁激励方式存在电磁弹簧的干扰,导致整个结构的刚度进一步变化。骨架组件的固有频率发生变化。


因此,本文采用声波激励法进行模态试验,获得电枢组件在干模和湿模下的固有频率。


测试装置由计算机、声功率放大器、扬声器、电枢组件、激光位移传感器、音频分析仪和示波器组成。


首先,计算机上的音频生成软件产生500~3000Hz的数字声音信号,通过计算机声卡将其转换为模拟声音信号,发送到声功率放大器,通过振动产生放大的声音信号。扬声器.检查特定频率的声波刺激信号的准确性。


然后,衔铁组件在声波的刺激下发生振动,同时反馈杆末端采用激光位移传感器采集振动数据,并用示波器接收并存储反馈杆的电压信号。激光位移传感器。


激光位移传感器的采样精度为10-4mm。最后利用快速傅里叶变换方法将测量点的时域信息转换为频域信息。


42测试计划


测试过程中,电枢组件和激光位移传感器中的夹具也可能因声激励而受到干扰和振动,影响结果。


试验分为测试组和对照组,测试组测量电枢组件受声波刺激时的振动位移,控制组测量夹具和夹具的位移,方案设计为接下来。


测试组计划测试1声激励频率为500~3000Hz,激光位移传感器测量反馈杆尖端的X方向位移,并进一步计算干模频率。


测试2声激励频率为500-3000Hz。激光位移传感器测量反馈条尖端X方向的位移,并进一步计算湿模式频率。


43测试结果


在伺服阀的实际操作中,电枢部件的共振导致周围的空气压缩和膨胀,形成密集的波,产生刺耳的声音。即,受迫振动会产生啸叫声。由于某种原因电枢部件损坏。


在本次测试中,由于电枢部分共振时产生的声音被声激励源遮挡,无法确认电枢部分的共振时机,但当发生共振时,示波器显示电枢部分的振幅较大。如果在一定时间之前或之后出现差值,则可以认为电枢组件发生了谐振。


电枢组件的谐振频率与声激励频率结合后产生很大的振幅。对振幅数据进行傅里叶变换处理,得到振动频域信息。频域中的峰值频率是谐振频率。


测试数据由快速傅里叶处理,并按照每个测试的峰值出现的顺序收集峰值频率结果。


对比实验组和对照组的实验结果可以看出,激光位移传感器测得的夹具、反馈杆端、龙门架的X方向位移均呈现较大的频率振幅。1352赫兹和1354赫兹。


根据激光位移传感器的测量原理,测量X方向位移时会发生共振现象。因此,1352Hz和1354Hz不能用作电枢组件的干式和湿式固有频率。


这表明龙门架在


如上所述,排除夹具和激光位移传感器引起的谐振干扰,测试的峰值对应于模态振型和测量方向组合的第1、3、5阶固有频率。干模式模拟结果。


第三种振动形式对应的是反馈条的Y方向移动,与激光位移传感器的测量方向不同,但在实际测试中,反馈条的振幅很小,导致激光点从未出现过。由于激光位移传感器与反馈杆末端分离,并且激光位移传感器并不严格垂直于XZ平面,因此可以测量第三固有频率。


由于上述原因,干模模拟与实验结构之间的相对误差在第三固有频率处最大,为82。第1和第5固有频率的相对误差都在2以内,因此模型的精度可以认为非常高。


因此


为了揭示偏转板喷射伺服阀的共振产生机理,从电枢组件模态分析的角度进行了研究。通过数值和实验分析,研究了偏转板伺服阀电枢组件的干式和湿式模式。


本文对电枢组件结构进行了干、湿模式仿真,得到了电枢组件的干、湿模式固有频率和振动几何结果。


为了对真实物体进行干式和湿式固有频率测量测试,采用声波激励方法获得固有频率结果。


通过试验结果与仿真计算结果的对比分析,得出以下结论。


基于干式仿真模型对电枢组件进行湿式仿真研究,干式和湿式仿真结果表明,考虑油附加质量的影响时电枢组件发生变化。它最大为105,即第四固有频率。


如果外部激励源接近第四固有频率,则很可能发生共振,因此在实际工作环境中,必须采用湿模仿真模型来获得准确的固有频率,以启用相应的防振措施。醉。


参考


1朱玉川,李跃松,“电液伺服阀建模与Simulink仿真”[M]北京机械工业出版社,202008


2陈元章基于CFD的伺服阀电枢总成噪声分析[J]机床与液压,2013,4105:70-74


3康健,袁朝辉,王江涛压力伺服阀前端水力振动与受迫振动数值研究[J]振动与冲击,2021,4013:120-128


4黄曾,金耀兰,陈东东,等.PIV射流管伺服阀啸叫题研究[J]机床与液压,2022,5004:72-75


5陈萌油品粘度和压力脉动扰动下喷嘴挡板阀流致振动特性研究[D]哈尔滨工业大学,2019


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