超高速電液比例閥的研究.pdf

1、電液比例閥是電液比例控制技術(shù)的核心元件，它以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ)，采用模擬式電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)，按輸入電氣信號(hào)指令，連續(xù)成比例地控制液壓系統(tǒng)的液流壓力、流量或方向等參數(shù)。電液比例閥與伺服控制系統(tǒng)中的電液伺服閥相比，雖然其性能在某些方面還有一定的差距。但是，其顯著的優(yōu)點(diǎn)是抗污染能力強(qiáng)，減少了由于污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性，因此更適合于工業(yè)過(guò)程。另一方面，比例閥的成本比伺服閥低

2、，而且不包含敏感和精密的部件，更容易操作和保養(yǎng)，已在許多液壓控制場(chǎng)合獲得廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的電液比例閥是以比例電磁鐵作為驅(qū)動(dòng)裝置的電—液信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，由于其固有特性的限制，導(dǎo)致電液比例閥無(wú)論是響應(yīng)時(shí)間還是響應(yīng)速度都不是很快。響應(yīng)速度較快的，流量卻比較小。 為此，本文提出超高速電液比例閥。超高速電液比例閥能實(shí)現(xiàn)液壓控制系統(tǒng)液流方向和流量的控制，滿足電液比例控制系統(tǒng)高速、高精度、大流量、低成本和抗污染的綜合要求。超高速電液比例閥

3、采用動(dòng)圈式電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動(dòng)裝置的電—機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，控制性能很好，某些性能指標(biāo)達(dá)到甚至超過(guò)了電液伺服閥。 首先，針對(duì)常規(guī)動(dòng)圈式電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器在電磁力、響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)速度等性能上的不足，從其核心部分——永磁體結(jié)構(gòu)入手，對(duì)比單個(gè)永磁體不同的磁化技術(shù)和多個(gè)永磁體不同的磁化陣列結(jié)構(gòu)，提出了一種新穎永磁體沿外磁場(chǎng)磁力線方向磁化、8片瓦型有氣隙Halbach磁化陣列型動(dòng)圈式電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的動(dòng)圈式電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)磁場(chǎng)、參數(shù)化

4、磁場(chǎng)、瞬態(tài)磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、渦流磁場(chǎng)、功率損耗和趨膚效應(yīng)等的分析，表明該動(dòng)圈式電—機(jī)轉(zhuǎn)換器具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，無(wú)論電磁力，還是響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)速度都比常規(guī)結(jié)構(gòu)有較大的提高。 接著，從超高速電液比例閥的液壓部分著手，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和原理，并結(jié)合功率鍵合圖法和CFD計(jì)算，分析了超高速電液比例直動(dòng)式先導(dǎo)閥、疊加式單向節(jié)流閥和主控閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，得到超高速電液比例閥高頻和快速響應(yīng)的機(jī)理。 然后，針對(duì)常規(guī)電液比例閥建模的局限性，根據(jù)包

5、含各種非線性特征的孔流量方程，為超高速電液比例閥模型建立統(tǒng)一的非線性數(shù)學(xué)方程。獲得關(guān)于閥芯幾何屬性和物理模型參數(shù)對(duì)通過(guò)比例閥端口流量的關(guān)系式，得到能分析正遮蓋、負(fù)遮蓋和零遮蓋比例閥的流量方程，此時(shí)流量被表達(dá)為關(guān)于閥芯遮蓋參數(shù)和其他常規(guī)參數(shù)的連續(xù)非線性函數(shù)。同時(shí)，對(duì)超高速電液比例閥統(tǒng)一模型的非量綱分析表明，模型的精確性獨(dú)立于模型參數(shù)之外，統(tǒng)一模型的誤差僅依賴于液壓阻尼系數(shù)。 為了確保超高速電液比例閥的性能可靠，必須監(jiān)測(cè)比例閥的臨界