Simulace statických a dynamických charakteristik proporcionálního rozváděče

Marian Ledvoň

Doctoral thesis

Simulation of Static and Dynamic Characteristics of Proportional Directional Valve

Abstract:

Disertační práce se zabývá experimentální analýzou proporcionálního rozváděče jako celku a také jeho dílčích částí ovlivňujících jeho chování, pro které je zpracován matematický popis. Experimentální analýza parametrů rozváděče bude sloužit k verifikaci dílčích částí modelu, které dohromady tvoří celkový model rozváděče. K provedení jednotlivých měření je navrženo experimentální hydraulické zařízení. Simulované statické a dynamické charakteristiky pomocí matematického modelu jsou porovnány s výsledky experimentální analýzy. S využitím výpočetního programu Fluent je provedena analýza proudění přes škrticí průřezy rozváděče. Hydrodynamická síla působící na šoupátko je stanovena pomocí 3D numerické simulace a rovněž také experimentálně. V oblasti střední polohy šoupátka dochází k největším průsakům kapaliny vlivem netěsností mezi šoupátkem a tělesem rozváděče. Vliv velikosti axiálních vůlí, vznikajících z důvodů výrobní tolerance, na velikost průsaku přes rozváděč byl předmětem další analýzy v programu Fluent. Pro ověření správné funkce vytvořeného modelu proporcionálního rozváděče, a možnosti jeho využití také na jiných hydraulických obvodech, byl tento model implementován do sestaveného simulačního modelu hydraulického obvodu s přímočarým hydromotorem a hmotnou zátěží. Pro verifikaci výsledků simulací provedených pomocí vytvořeného modelu hydraulického obvodu byl sestaven reálný hydraulický obvod, odpovídající simulačnímu modelu.

Abstract:

This dissertation deals with the experimental analysis of the proportional directional valve as a whole and also its partial parts affecting its behaviour, for which a mathematical description is developed. The experimental analysis of the directional valve parameters will be used to verify the subparts of the model, which together form the overall model of the directional valve. An experimental hydraulic device is designed to perform the individual measurements. The simulated static and dynamic characteristics on the developed simulation model are compared with the results of the experimental analysis. Using the Fluent computer programme, the flow analysis is performed through the throttling cross sections of the directional valve. The hydrodynamic force acting on the spool is determined by a 3D numerical simulation and is also determined by the experimental method. In the area of the centre position of the spool, the largest leakage of fluid occurs due to leaks between the spool and the sleeve. The effect of the size of the axial clearances, due to manufacturing tolerances, on the size of the leakage through the directional valve was further analysed in Fluent. To verify the correct functioning of the developed proportional directional valve model and the possibility of its use also on other hydraulic circuits, this model was implemented in the assembled simulation model of a hydraulic circuit with a hydraulic cylinder and a mass load. To verify the results of the simulations performed using the developed hydraulic circuit model, a real hydraulic circuit corresponding to the simulation model was built.

Keywords

proporcionální rozváděč, experimentální analýza, 1D simulační model, statické a dynamické charakteristiky, 3D numerická simulace

Keywords

proportional directional valve, spool, experimental analysis, simulation model, numerical simulation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 7. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 10. 11. 2023
• Supervisor: Lumír Hružík
• Reader: František Veselý, Vladimír Habán, Milada Kozubková

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Řízení strojů a procesů