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摘要：液压传动具有功率密度大、输出力/力矩大、调速方便、工作平稳、冲击小、快速启动/制动/换向、过载保护等优点，在仿生机器人领域越来越受到重视。然而，由于油液有着污染、易燃、易爆、废液处理成本高等一系列严重不足，使得油压驱动的仿生机器人的安全性受到质疑，工作环境受到制约。水压驱动是以纯水作为工作介质来实现能量传递和制约的驱动方式，它具有油压驱动的一切优点，同时克服了油压驱动的缺陷，能大幅提升仿生机器人的性能。液压伺服阀是仿生机器人的关键部件，制约着其执行机构的位置及速度。本探讨针对仿生机器人和水下机械手，提出研发一微型直流电机直接驱动的旋转式水压伺服阀。该阀以纯水（包括自来水和海水）代替矿物油作为工作介质解决了矿物油所带来的污染、易燃、易爆、工作场所肮脏等缺点，同时提升了仿生机器人的性能如：响应速度、效率、制约精度等。在运动方式上，该阀采取旋转的运动方式代替传统的滑动，解决了滑动式的伺服阀对污染敏感、易于卡死等不足，且阀芯及阀口均采取轴对称布置，阀芯上下端都与水箱相通，减小径向和轴向不平衡力(论述值为零)，达到降低所需驱动功率目的，这些与传统液压制约阀完全不同的。采取微型直流电机可以实现PWM制约，提升了制约的精度、稳定性等。本论文主要的探讨任务是：课题来源于山东省自然科学基金项目，主要探讨目的是为水下机器人和机械手研发一微型直流电机直接驱动的水压旋转式伺服阀，主要工作包括以下内容：1）探讨了纯水液压技术的特点、运用及探讨近况，阐述了研制水液压元件有着的技术难题和关键技术，特别是材料选择的原则不同于油压元件的设计制造。滑动式伺服阀有着诸多缺陷，由此需要研发新型的旋转式水压伺服阀来解决这些不足。2）研发出旋转式水压三位四通伺服阀，本论文对其结构设计、工作原理以及性能特点做了充分的描述。该阀采取微型直流电机直接制约阀芯的旋转，阀芯旋转角度的不同制约着阀空的大小以及流向，以而制约流量流速，达到制约驱动器的目的。采取微型直流电机直接驱动伺服阀，可以实现PWM制约，提升了制约的精度、稳定性。3）探讨了旋转式水压伺服阀的静动态特性。非线性特性比如滞后现象以及死区，在阀的特点中都有有着。压力动态显示出了有时短暂的压降现象，这说明了内部泄漏和电源的局限性的因素。线性参数如流量增益和压力增益也都是估计的值。动态试验探讨的阶跃响应显示了，运用一个简单的PID制约器在10毫秒时就能达到阀门全开的状态。此外，阀在一个2Hz正弦波确定阀芯位置的操作上体现出很好的参考跟踪性能。4）对旋转式水压电液伺服阀进行数学建模，根据旋转式电液伺服阀的结构及工作原理，建立数学模型，并浅析了阻力矩的组成和影响因素，确定了该阀制约的系统方程和传递函数根据数学模型和传递函数进行系统稳定性浅析，为系统仿真探讨提供论述基础。5）探讨了旋转式水压伺服阀的流场特性，包括对流量压力特性、液动力矩特性以及射流角都进行了充分的仿真探讨。通过Fluent软件的支持，建立不同阀芯位置的模型（共10个），加载1~16Mpa的入口压力，出口的压力设为大气压，然后进行计算，得到流量随阀芯旋转角度和压力大小的变化曲线以及相同变量下的液动力矩值，同时得到速度云图、压力云图以及射流角的变化曲线。通过结果浅析证明了该阀的可靠性和实用性。未来的工作将包括一些部件的重新设计，以降低泄漏和非线性效应，以而解决阀的性能和实际生产之间的平衡不足。关键词：水压传动技术论文水压旋转式伺服阀论文流场仿真论文流场特性论文
摘要5-7
Abstract7-12
第一章 引言12-31
1.1 课题的探讨作用及主要探讨内容12-15
1.1.1 探讨目的与作用12-14
1.1.2 本课题的探讨内容14-15
1.2 纯水液压技术介绍15-25
1.2.1 纯水液压传动技术特点15-18
1.2.2 纯水液压传动技术的运用18-19
1.2.3 纯水液压传动技术的探讨近况19-25
1.3 研制纯水液压元件面对的关键不足25-26
1.4 材料选择26-28
1.5 传统伺服阀有着的关键不足28-31
第二章 旋转式水压电液伺服阀结构原理及关键技术31-38
2.1 旋转式水压电液伺服阀的结构31-33
2.2 旋转式水压电液伺服阀的工作原理及性能特点33-36
2.2.1 工作原理33-36
2.2.2 性能特点36
2.3 旋转式水压伺服阀研制中的关键技术36-37
2.4 本章小结37-38
第三章 旋转式水压电液伺服阀特性探讨38-45
3.1 静态特性38-43
3.2 动态特性43-44
3.3 浅析总结44-45
第四章 旋转式水压电液伺服阀建模与稳定性浅析45-53
4.1 数学模型45-47
4.2 阻力矩的浅析47-50
4.3 结果讨论50-53
第五章 旋转式水压伺服阀流场特性仿真探讨53-67
5.1 旋转式水压伺服阀流场仿真基础53-61
5.1.1 基本方程53-55
5.1.2 CFD 流场仿真常用模型55-61
5.2 旋转式水压伺服阀流场仿真结果61-67
5.2.1 概述61-62
5.2.2 旋转式水压伺服阀 CFD 流场仿真模型的建立62-63
5.2.3 仿真结果浅析63-67
第六章 总结与展望67-69