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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： 工程機(jī)械用插裝式電液比例減壓閥
學(xué)號(hào)： 2010963130 姓名： 伍若翔 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)
指導(dǎo)教師： 劉金剛 系主任： 劉伯希
一、主要內(nèi)容及基本要求
1.熟悉電液比例減壓閥結(jié)構(gòu)和工作原理
2根據(jù)工作原理，列出減壓閥銜鐵、閥芯受力方程（電磁力、液壓力、慣性力），
完成靜態(tài)分布仿真曲線，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)。
3設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)口壓力4Mpa，要求出口壓力0—2.5Mpa可調(diào)，流量20L/min。
二、重點(diǎn)研究的問題
對(duì)電液比例減壓閥進(jìn)行液壓、電磁力的計(jì)算。減壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)確定。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
文獻(xiàn)資料查詢，確定整體方案
1-2周
2
完成主要工作
3-10周
3
寫設(shè)計(jì)說明書答辯
11-12周
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
液壓傳動(dòng)教材前半部分，流體傳動(dòng)計(jì)算公式；先導(dǎo)式減壓閥相關(guān)碩士論文。
《閥門設(shè)計(jì)入門與精通》、《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《液壓閥原理》 、《液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)》、《電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)》《比例控制與比例閥及其應(yīng)用》等相關(guān)參考文獻(xiàn)。
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文
題 目：
專 業(yè)：
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：工程機(jī)械用電液比例減壓閥
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963130
姓 名： 伍若翔
指導(dǎo)教師： 劉金剛
完成日期： 2014年5月
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
題 目 工程機(jī)械用電液比例減壓閥
學(xué) 院 興湘學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào) 2010963130
姓 名 伍若翔
指 導(dǎo) 老 師 劉金剛
開 題 時(shí) 間 2014年3月
一、 選題的依據(jù)與意義
電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。由于電液比例閥具有形式種類多樣、容易組成使用電氣及計(jì)算機(jī)控制的各種電液系統(tǒng)、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn)，因此，電液比例減壓閥應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。今年來研發(fā)生產(chǎn)的插裝式比例閥和比例多路閥充分考慮到工程機(jī)械的使用特點(diǎn)，具有先到控制、負(fù)載傳感和壓力補(bǔ)償?shù)裙δ?。它的出現(xiàn)對(duì)移動(dòng)式液壓機(jī)械整體技術(shù)水平的提升具有重要意義。特別是在電控先到操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景。
電液比例閥,是電液比例控制技術(shù)的核心和主要功率放大元件,代表了流體控制技術(shù)的發(fā)展方向。它以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ),采用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置,將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào),按輸入電信號(hào)指令連續(xù)、成比例地控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量或方向等參數(shù)。 雖然比例閥與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比,性能在某些方面還有一定的差距。但電液比例閥抗污染能力強(qiáng),減少了由于污染而造成的工作故障,可以提高液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性,更適用于工業(yè)過程;另一方面,比例閥的成本比伺服閥低,而且不包含敏感和精密的部件,更容易操作和保養(yǎng),因此在許多場(chǎng)合電液比例閥獲得了廣泛的應(yīng)用。
二、國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)
根據(jù)用途和工作特點(diǎn)的不同,比例閥可以分為比例壓力閥(如比例溢流閥、比例減壓閥)、比例流量閥(如比例節(jié)流閥、比例調(diào)速閥)和比例方向閥(電液比例換向閥)三類。電液比例換向閥不僅能控制方向,還有控制流量的功能。下面分別綜述比例壓力閥和比例流量閥國內(nèi)外的研究進(jìn)展。
1967年瑞士布林格爾(Beringer)公司生產(chǎn)出KL用于船體表面除銹涂漆工藝的比例方向節(jié)流閥,這是世界上最早的比例閥。1971年和1972年日本油研(Yuken)公司相續(xù)申請(qǐng)了比例壓力閥和比例流量閥的專利,引起了許多國家及公司的廣泛重視,推動(dòng)了比例閥技術(shù)的發(fā)展。這期間出現(xiàn)的比例壓力閥(溢流閥和減壓閥)基本是以傳統(tǒng)手調(diào)液壓閥為基礎(chǔ)發(fā)展而來,區(qū)別僅是用比例電磁閥鐵取代了閥上原有的彈簧手調(diào)機(jī)構(gòu),閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則幾乎沒有變化。小流量閥采用直接作用式結(jié)構(gòu),大流量閥仍采用1936年美國人維克斯(HarryVickers)發(fā)明的/差動(dòng)式壓力控制原理0。因?yàn)椴话芸貐?shù)的反饋環(huán)節(jié),導(dǎo)致控制壓力隨著負(fù)載流量的不同而改變,這是此類比例閥的主要不足,而且由于比例電磁鐵性能較差,這類比例閥的工作頻寬低(僅1~5Hz),穩(wěn)態(tài)磁環(huán)大(4%~7%),體積也大,多用在開環(huán)系統(tǒng)。
20世紀(jì)80年代初,浙江大學(xué)路甬祥提出了壓力直接檢測(cè)原理,他應(yīng)用該原理設(shè)計(jì)的比例溢流閥獲得了德國發(fā)明專利。按此原理,國內(nèi)外研制的比例溢流閥和比例減壓閥的性能都獲得了顯著提高,實(shí)現(xiàn)了人們長期以來所追求的等壓力特性。
從20世紀(jì)80年代后期開始,比例壓力控制技術(shù)的又一進(jìn)展是采用電氣閉環(huán)校正,出現(xiàn)了被控壓力―壓力傳感器檢測(cè)的新一代比例壓力閥。采用這種原理可將電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的非線性和先導(dǎo)閥的非線性擾動(dòng)都包含在閉環(huán)之內(nèi),因而可實(shí)現(xiàn)無靜差控制,同時(shí)利用電氣校正也可以很方便地改善閥的穩(wěn)定性和快速性。文獻(xiàn)介紹的采用力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單噴嘴擋板閥作先導(dǎo)級(jí)的壓力直接電檢測(cè)型比例溢流閥和比例減壓閥,其穩(wěn)態(tài)特性達(dá)到了當(dāng)時(shí)幾乎完美的程度。日本油研(Yuken)公司同期推出的這種比例溢流閥更將電控器、放大器、壓力傳感器與閥集成為一體,閥上還帶有壓力數(shù)字顯示和報(bào)警裝置 。國內(nèi)浙江 大學(xué)也研制成功采用這一原理和PID調(diào)節(jié)技術(shù)的三通型比例壓力閥,獲得了同樣的效果 。為完善這一技術(shù),國外還發(fā)展了將A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、放大器與檢測(cè)單元集成為一體的壓力傳感器,降低了生產(chǎn)成本、提高了可靠性和精度,這一技術(shù)將 成為比例壓力控制的主要手段。
在模擬型比例元件發(fā)展的同時(shí),數(shù)字式的比例閥也獲得了蓬勃發(fā)展。由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的增量式數(shù)字壓力閥和用開關(guān)電磁鐵操縱的高速開關(guān)型數(shù)字壓力閥都已達(dá)到了使用階段。同模擬式閥相比,數(shù)字式的比例閥的優(yōu)點(diǎn)是更抗污染,開環(huán)控制精度高,無需A/D和D/A轉(zhuǎn)換器就能直接與計(jì)算機(jī)接口。不足之處是受控制功率的限制,系統(tǒng)頻寬較低,使得應(yīng)用范圍受到了限制。
為改善比例壓力閥的性能,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作。德國亞琛工業(yè)大學(xué)(AachenTH)的澤納(F.Zehner)在文獻(xiàn)中重點(diǎn)研究了直接檢測(cè)的比例壓力閥,并特別介紹了采用直接壓力電檢測(cè)的比例溢流閥。我國浙江大學(xué)的郁凱元在文獻(xiàn)[17]中,分別研究了采用系統(tǒng)壓力直接檢測(cè)和主閥芯速度反饋的比例溢流閥和比例減壓閥,并提出采用主閥的三通結(jié)構(gòu)來改善比例減壓閥在無負(fù)載時(shí)的控制性能。
此外,國內(nèi)吳良寶等人用功率鍵合圖的方法對(duì)比例溢流閥的性能進(jìn)行了研究,主要研究了阻尼網(wǎng)絡(luò)對(duì)比例溢流閥性能的影響。印度學(xué)者達(dá)斯古浦塔(Dasgupta)也用功率鍵合圖的方法對(duì)電磁比例先導(dǎo)溢流閥的性能進(jìn)行了研究,并建立了比例閥的非線性模型。對(duì)采用B型液橋的直接檢測(cè)型比例溢流閥的性能進(jìn)行了仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì),改善了比例溢流閥的性能。國外學(xué)者曼科(S.Mamco)對(duì)帶先導(dǎo)流量恒定器的減壓閥和多種先導(dǎo)級(jí)結(jié)構(gòu)的直接檢測(cè)型溢流閥進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)研究。提出在主閥芯上開不同圓形槽的
方法改善了先導(dǎo)式比例溢流閥的壓力特性。文獻(xiàn)研究了在滑閥上開槽的方式來消除滑閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力并用這種方法設(shè)計(jì)了單級(jí)的大流量溢流閥,取得了與雙級(jí)控制同樣的效果。
在對(duì)比例壓力閥性能進(jìn)行大量分析和研究的同時(shí),許多研究者也致力于從結(jié)構(gòu)原理上對(duì)比例閥進(jìn)行改進(jìn)。德國亞琛工業(yè)大學(xué)(AachenTH)的文加登(F.Weinganten)應(yīng)用線性液阻代替圓孔阻尼器,使溢流閥的動(dòng)態(tài)超調(diào)量及快速性略有改善。文獻(xiàn)提出用主閥芯與導(dǎo)閥芯之間的位置隨動(dòng)反饋來提高壓力直接檢測(cè)型溢流閥的快速性和穩(wěn)定性的方法,該閥具有較好的壓力流量特性。國內(nèi)學(xué)者曾祥榮研究了采用液動(dòng)力補(bǔ)償?shù)拇罅髁恐眲?dòng)式比例溢流閥,并且還對(duì)這種閥所采用的液動(dòng)力補(bǔ)償方法作了進(jìn)一步的研究[。1986年日本油研(Yuken)公司和德國派克(Par2ker)公司分別申請(qǐng)了壓力直接電檢測(cè)的比例溢流閥和壓力間接電檢測(cè)的比例溢流閥專利,這些都推動(dòng)了壓力電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。湖南大學(xué)黃勇針對(duì)比例壓力閥,在對(duì)比分析多種閥芯和閥腔幾何結(jié)構(gòu)后,優(yōu)化設(shè)計(jì)出一種新型閥芯和閥腔結(jié)構(gòu)的比例壓力閥。文獻(xiàn)采用PID控制和動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)方法,對(duì)比例減壓閥進(jìn)行了緩沖控制研究。權(quán)龍?jiān)谄洳┦空撐闹刑岢鲂碌碾婇]環(huán)比例控制方法,并在比例減壓閥的出口與先導(dǎo)泄油口之間設(shè)置一旁通流量調(diào)節(jié)器,可解決現(xiàn)有比例減壓閥在負(fù)載很小時(shí)不能穩(wěn)定工作的難題。
傳統(tǒng)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,雖然其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,抗污染能力較強(qiáng),價(jià)格較為低廉。但存在著運(yùn)動(dòng)部件體積慣量大(兩端對(duì)置),支撐部位多,摩擦力大、線性度差等固有弊病。同時(shí),由于比例電磁鐵固有特性的限制,導(dǎo)致電液比例閥無論在響應(yīng)時(shí)間還是在響應(yīng)速度上都不是很快,響應(yīng)速度稍高的但流量又太小,滯環(huán)大、死區(qū)大,而且給系統(tǒng)的控制算法帶來困難。以力矩馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)裝置的電液伺服閥雖然控制品質(zhì)較好、頻響高、滯環(huán)小、死區(qū)亦小、且線性度好,但伺服閥對(duì)油液的污染十分敏感,系統(tǒng)的過濾成本高,且其加工難度大,價(jià)格昂貴,限制了伺服閥的應(yīng)用。
可以看出,目前,無論是電液伺服閥還是電液比例閥,都無法同時(shí)滿足液壓控制系統(tǒng)高速、高精度、大流量、低成本、抗污染等要求。
為此,必須開發(fā)一種全新的液壓閥技術(shù),能夠綜合這兩類閥的長處,克服它們的短處,這就是超高速電液比例閥。
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功能,滿足系統(tǒng)高速、高精度、大流量、低成本、抗污染的綜合要求。超高速電液比例閥是采用動(dòng)圈式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動(dòng)裝置的電-液信號(hào)轉(zhuǎn)換元件,控制性能很好,某些性能指標(biāo)達(dá)到甚至超過了電液伺服閥,尤其是在頻率響應(yīng)方面更優(yōu)越,可達(dá)300Hz以上。另一方面,與傳統(tǒng)伺服閥不同,其中不存在噴嘴一類的細(xì)小節(jié)流口,故抗污染能力強(qiáng),無需高成本的過濾措施,工作可靠性高。
提高電液比例閥的性能指標(biāo)如頻響、線性度和負(fù)載能力等,有助于提高電液比例控制系統(tǒng)的整體特性,這也是電液比例閥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
提高控制精度和控制速度一直以來是各行各業(yè)的敏感話題,在許多機(jī)械行業(yè)中,特別是需要高精控制場(chǎng)合中,擁有較大的市場(chǎng)前景。隨著我國建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,需求量會(huì)不增加。目前,超高速電液比例閥技術(shù)在國外一些著名注塑機(jī)公司得到了應(yīng)用。而國內(nèi)一般均采低速比例閥控制,效率低,精度差。因此超高速電液比例閥的研究,成為各廠家在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭中是否能夠保持優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。研制性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉、能同時(shí)為生產(chǎn)廠家和用戶歡迎的超高速電液比例閥,對(duì)推動(dòng)整個(gè)液壓技術(shù)領(lǐng)域的向前發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
三、本課題研究內(nèi)容
1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及參數(shù)
①熟悉電液比例減壓閥結(jié)構(gòu)和工作原理；
②根據(jù)工作原理，列出減壓閥銜鐵、閥芯的受力方程，完成靜態(tài)特性仿真曲線，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)；
③設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)口壓力4MPa，要求出口壓力0~2.5Mpa可調(diào)，流量20L/min。
2、預(yù)期提交的材料清單
①設(shè)計(jì)說明書（包括液壓、電磁力的計(jì)算）；
②結(jié)構(gòu)原理圖；
③設(shè)計(jì)圖紙，1張A0（裝配圖），2張A2（閥芯和閥套）；
④英文翻譯。
3、進(jìn)度計(jì)劃
1—2周：完成文獻(xiàn)資料查閱（確定整體方案）；
3—10周：完成主要工作；
11—12周：寫設(shè)計(jì)說明書和答辯。
四、本課題主要特色
主要特色：電液比例減壓閥的快速性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)與液壓傳動(dòng)力量大的結(jié)合起來，能連續(xù)地、按比例地控制液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的力、速度和方向，簡化了系統(tǒng)，減少了元件的使用量，并能防止壓力或速度變換時(shí)的沖擊現(xiàn)象。比例閥主要用在沒有反饋的回路中，對(duì)有些場(chǎng)合，如進(jìn)行位置控制或需要提高系統(tǒng)的性能是，電液比例閥也可作為信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大元件組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
五、主要參考文獻(xiàn)
1 雷天覺主編 《液壓工程手冊(cè)》 ， 機(jī)械工業(yè)出版社，1990；
2 賀尚紅主編 《液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)》第二版，中南大學(xué)出版社，2011；
3 陸培文主編 《閥門設(shè)計(jì)入門與精通》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009
4 朱淑萍主編 《機(jī)械加工工藝及裝備》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
5 吳宗澤主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，北京：高等教育出版社，2006
6 徐 灝主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991
7 楊培元，朱福元主編《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999
8 陳啟松主編 《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 北京：煤炭工業(yè)出版社，1982
9 范存德主編 《機(jī)械技術(shù)手冊(cè)》 沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2004
10楊源泉主編 《閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)》 北京工業(yè)出版社，1995
11劉 力主編 《機(jī)械制圖》 北京高等教育出版社，1993
12張利平主編 《液壓閥原理、使用與維護(hù)》化學(xué)工業(yè)出版社，2005
13機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 三版，第四卷，機(jī)械工業(yè)出版社，2004
14李素玲主編 《比例控制與比例閥及其應(yīng)用》 液壓與氣動(dòng)，2003年第二期
15朱新才主編 《液壓傳動(dòng)與控制》重慶大學(xué)出版社，1995
16許益民主編 《電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2005
17廖念釗主編 《互換性與技術(shù)測(cè)量》第四版，中國計(jì)量出版社，2000
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué)號(hào) 2010963130 姓名 伍若翔 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 工程機(jī)械用插裝式電液比例減壓閥
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
評(píng)閱人：
2010年5月 日
電液比例減壓閥
摘要：電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。閥芯位移也可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。由于電液比例閥具有形式種類多樣、容易組成使用電氣及計(jì)算機(jī)控制的各種電液系統(tǒng)、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn)，因此，電液比例減壓閥應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬。今年來研發(fā)生產(chǎn)的插裝式比例閥和比例多路閥充分考慮到工程機(jī)械的使用特點(diǎn)，具有先到控制、負(fù)載傳感和壓力補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｋ某霈F(xiàn)對(duì)移動(dòng)式液壓機(jī)械整體技術(shù)水平的提升具有重要意義。特別是在電控先到操作、無線遙控和有線遙控操作等方面展現(xiàn)了其良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵字：電液比例閥 負(fù)載感應(yīng) 壓力補(bǔ)償 先導(dǎo)控制
Electro-hydraulic proportional valve
Summary：Electro-hydraulic proportional valve industry is proportional solenoid valve generates a corresponding action according to the voltage signal input, the working valve spool displacement, and valve port size is changed in order to complete the input voltage is proportional to the pressure, the flow rate output element. Spool displacement can also be mechanical, hydraulic or electrical feedback form . Due to the form of electro-hydraulic proportional valve has a wide variety, easy to use a variety of electro-hydraulic system consisting of electrical and computer-controlled, high control accuracy, flexible installation, and strong anti-pollution and many other advantages.Therefore, electro-hydraulic proportional valve applications increasingly broadened.This year's R & D proportional cartridge valves and proportional multi-way valve fully take into account the characteristics of construction machinery use,Has a first control, load sensing and pressure compensation function.It is important for the emergence of mobile hydraulic machinery to enhance the overall level of technology. Sectors, especially the first operation in the electric control, wireless remote control and a wired remote operation demonstrated its good prospect.
Keyword：Electro-hydraulic proportional valve Load sensing Pressure Compensation Pilot control
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目錄
摘要·······················································1
目錄·······················································2
前言·······················································4
正文·······················································5
1.緒論······················································5
1.1液壓元件的結(jié)構(gòu)分析及實(shí)體測(cè)繪·······················5
1.2液壓技術(shù)及應(yīng)用·····································5
1.3減壓閥·············································5
1.4減壓閥的分類·······································6
1.5減壓閥的工作原理···································6
1.6電液比例減壓閥·····································6
1.7閥控制壓力的一般原理·······························7
2.比例減壓閥的結(jié)構(gòu)·······································7
3.主閥設(shè)計(jì)················································7
3.1插裝式主閥·········································7
3.2主閥閥套的設(shè)計(jì)·····································8
3.3主閥閥芯的設(shè)計(jì)·····································9
3.4插裝式主閥面積比的確定·····························9
3.5主閥閥芯的受力分析·································11
3.6先導(dǎo)閥溢流部分的設(shè)計(jì)·······························12
3.7先導(dǎo)閥調(diào)定壓力的增量表達(dá)式·························13
3.8先導(dǎo)閥的連接方式···································14
3.9公差與配合的確定···································14
3.10比例放大器········································14
4.減壓閥的銜鐵結(jié)構(gòu)·······································15
4.1銜鐵的類型·········································15
4.2銜鐵的受力計(jì)算·····································16
5.靜態(tài)特性分析············································16
5.1進(jìn)口壓力靜態(tài)特性分析·······························16
5.2靜態(tài)壓力流量特性分析·······························17
5.3靜態(tài)特性仿真曲線···································17
2
6.電液比例控制系統(tǒng)·······································19
6.1反饋的概念··········································20
6.2閉環(huán)與開環(huán)控制······································20
6.3電液比例控制系統(tǒng)的組成······························21
6.4電液比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)······························22
結(jié)束語·····················································23
致謝························································24
參考文獻(xiàn)···················································25
附錄························································26
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前言
從1795年世界上第一臺(tái)水壓機(jī)誕生，到現(xiàn)在液壓技術(shù)已有200多年的歷史。至上世紀(jì)50~70年代，隨著工藝水平的極大提高，液壓技術(shù)也得到迅速發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)和控制的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展速度僅次于電子技術(shù)。特別是近年來流體技術(shù)與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，是液壓與氣動(dòng)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。據(jù)有關(guān)資料記載，國外生產(chǎn)的90%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%的自動(dòng)生產(chǎn)線，均采用了液壓與氣動(dòng)技術(shù)。在國民緊急很多領(lǐng)域均需應(yīng)用液壓與氣動(dòng)技術(shù)，其水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此液壓技術(shù)在機(jī)械類及近機(jī)類高等教育的課程中，已成為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，而且也是一門能直接用于工程實(shí)際技術(shù)的學(xué)科。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察能力、豐富的想象能力、科學(xué)的思維能力以及解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。
本課題旨在服務(wù)于液壓實(shí)踐教學(xué)。本課題是通過對(duì)液壓元件的結(jié)構(gòu)分析，繪制相關(guān)元件圖形，應(yīng)用軟件建其模型庫。直觀地展示了液壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理。
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正文
緒論
1.1液壓元件結(jié)構(gòu)分析及實(shí)體測(cè)繪
液壓元件的工作原理是利用有壓流體（液壓油）為介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的各種機(jī)械的傳動(dòng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，在機(jī)械類及近機(jī)類高等教育的課程中已成為研究發(fā)展的重要方向，而且而是能直接用于工程實(shí)際的重要技術(shù)，它在油壓系統(tǒng)的應(yīng)用中比較廣泛。
1.2液壓技術(shù)及應(yīng)用
液壓由于其傳動(dòng)力量大，易于傳遞及配置，在工業(yè)、民用行業(yè)應(yīng)用廣泛。在各部件制造中，對(duì)密封性、耐久性有很高的技術(shù)要求，目前在液壓部件制造中已廣泛采用——滾壓工藝，很好的解決了圓度、粗糙度的問題。特別是液壓缸制造中廣泛采用。液壓工具可以解決液壓制造各種問題。
由于液壓技術(shù)有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，從民用到國防、由一般傳動(dòng)到精確度很高的控制系統(tǒng)，都得到了廣泛地應(yīng)用。
在國防工業(yè)中，陸、海、空三軍的很多武器裝備都采用了液壓傳動(dòng)與控制，如飛機(jī)、坦克、艦艇、雷達(dá)、火炮、導(dǎo)彈和火箭等。
在機(jī)床工業(yè)中，目前機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)有85%采用液壓傳動(dòng)與控制，如磨床、銑床刨床、拉床、壓力機(jī)、剪床和組合機(jī)床等。
在冶金工業(yè)中，電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)的控制系統(tǒng)、平爐裝料、轉(zhuǎn)爐控制、高爐控制、帶材跑偏和恒張力裝置都采用了液壓技術(shù)。
在工程機(jī)械中，普遍采用了液壓傳動(dòng)，如挖掘機(jī)、輪胎裝載機(jī)、汽車起重機(jī)、履帶推土機(jī)、輪胎起重機(jī)、自行式鏟運(yùn)機(jī)、平地機(jī)和振動(dòng)式壓路機(jī)等。
1.3減壓閥
減壓閥是通過調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，是出口壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來看，減壓閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，是流速及流體的動(dòng)能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動(dòng)于彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。
減壓閥廣泛用于高層建筑、城市給水管網(wǎng)水壓過高的區(qū)域、礦井及其他場(chǎng)合，以保證給水系統(tǒng)中各用水點(diǎn)獲得適當(dāng)?shù)姆?wù)水壓和流量。鑒于水的漏失率和浪費(fèi)程度幾乎同給水系統(tǒng)的水壓大小成正比，因此減壓閥具有改善系統(tǒng)運(yùn)行工況和潛在節(jié)水作用。
5
1.4減壓閥的分類
減壓閥是使出口壓力低于進(jìn)口壓力的壓力控制閥。減壓閥可分為定壓輸出減壓閥、定差減壓閥和定比減壓閥三種。定壓輸出閥有輸出減壓閥有直動(dòng)型和先導(dǎo)型兩種結(jié)構(gòu)形式。在先導(dǎo)型中又有“出口壓力控制式”和“進(jìn)口壓力控制式”兩種控制方式。
1.5減壓閥的工作原理
減壓閥的工作原理簡單的說是通過啟閉件的節(jié)流，將進(jìn)口壓力降至某一需要的出口壓力，并能在進(jìn)口壓力及流量變化時(shí)，利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變。這是減壓閥的基本功能也是它的基本原理。
一般減壓閥都為定壓式，減壓閥的孔縫隙隨著進(jìn)口壓力的變化而自行調(diào)節(jié)，因此，能自動(dòng)保證閥的出口壓力恒定。減壓閥也可以作為工作壓力調(diào)節(jié)裝置，使氣壓不受氣源壓力的變化及其他閥門工作的時(shí)候壓力波動(dòng)的影響。此減壓閥順時(shí)針調(diào)節(jié)壓力手柄壓力升高，逆時(shí)針調(diào)節(jié)壓力手柄壓力降低。減壓閥的超調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重，一次壓力和二次壓力相差越大超調(diào)也將越大。
1.6電液比例減壓閥
電液比例閥是以傳統(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)換裝置將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)，連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、方向或流量的一種液壓元件。此種閥工作時(shí)，閥內(nèi)電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)輸入的電信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。閥芯位移可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。
比例控制元件的種類繁多、性能各異，有多種不同的分類方法：
（1） 按控制功能來分類可分為比例壓力控制閥，比例流量控制閥，比例方向閥和比例復(fù)合閥。
（2） 按液壓放大級(jí)的級(jí)數(shù)來分，可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。直動(dòng)式是由電-機(jī)械轉(zhuǎn)換元件直接推動(dòng)液壓功率級(jí)。先導(dǎo)控制式比例閥由直動(dòng)式比例閥與能輸出較大功率的主閥級(jí)構(gòu)成。根據(jù)功率輸出的需要，它可以是二級(jí)或三級(jí)的比例閥。二級(jí)比例閥可以控制的流量通常在500L/min一下。比例插裝閥可以控制的流量達(dá)1600L/min。
（3） 按比例閥主閥芯的型式來分，可分為滑閥式和插裝式。插裝式是在二通貨三通插裝元件的基礎(chǔ)上，配以適當(dāng)?shù)谋壤葘?dǎo)控制級(jí)和級(jí)間反饋聯(lián)系組合而成。
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1.7壓力閥控制壓力的一般原理
電磁閥里有密閉的腔，在不同的位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來擋住或露出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
2.比例減壓閥的結(jié)構(gòu)
由于本設(shè)計(jì)中電液比例減壓閥的設(shè)計(jì)參數(shù)要滿足的要求為：進(jìn)口壓力=4Mpa，出口壓力=0~2.5Mpa可調(diào)，流量20L/min。本設(shè)計(jì)中減壓閥的主閥采用插裝式結(jié)構(gòu)，而不采用傳統(tǒng)的滑閥式結(jié)構(gòu)。如圖2-1
圖 2-1 電液比例減壓閥結(jié)構(gòu)圖
3.主閥設(shè)計(jì)
3.1插裝式主閥
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一般由插裝主閥、控制蓋板、通道快三部分組成。
插裝主閥由閥套、彈簧、閥芯及相關(guān)密封件組成，可以看成是兩級(jí)閥的主級(jí)，有多重面積比和彈簧剛度，主要功能是控制主油路中油流方向。壓力和流量；
控制蓋板上根據(jù)插裝閥的不同控制功能，安裝有相應(yīng)的先導(dǎo)級(jí)控制元件；
通道塊既是插入元件及安裝控制蓋板的基礎(chǔ)閥體，又是主油路和控制油路的連通體。
插裝式主閥由主閥閥套、閥芯、主閥彈簧及相關(guān)密封件組成。
3.2主閥閥套的設(shè)計(jì)
該閥套頭部裝入蓋板中，下部裝入通道塊中。
由于插裝閥的一些尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因而主閥閥套的外部尺寸必須符合標(biāo)準(zhǔn)。在我國，插裝閥必須符合GB2877-81二通插裝閥安裝尺寸。如下圖3-1
圖3-1主閥閥套的尺寸示意圖
取本次設(shè)計(jì)的通徑為32mm，最大流量20L/min，主閥芯帶位移－電反饋型先導(dǎo)控制，故尺寸為32mm。
查文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二章“二通插裝閥的安裝連接尺寸”得
=45，t1=12.5，t2=85，=60
由于主閥套頭部插裝入控制蓋板中，下部裝入通道塊中，因此如何防止油液的內(nèi)、外泄漏，減小在閥上的能量損失，提高閥的效率，對(duì)液壓閥來說是很重要的問題。因此
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密封件的選用是很重要的。
一般對(duì)密封件的主要要求是：
①在一定的壓力、溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；
②有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因密封件所引起的摩擦力應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；
③耐腐蝕、耐磨性好，不易老化，工作壽命長，磨損后能在一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償；
④結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低廉。
由上所述要求，選用o形橡膠密封圈做為閥體中的密封件。o形橡膠密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好、壽命長、摩擦阻力較小、成本低，既可以作靜密封，也可以作為動(dòng)密封使用。在一般情況下，靜密封可靠使用壓力可達(dá)35Mpa，動(dòng)密封可靠使用可達(dá)10Mpa，當(dāng)合理采用密封擋圈或其他組合形式，可靠壓力降成倍提高。因此在本設(shè)計(jì)中閥套與控制蓋板、閥套與通道塊之間的密封都采用o形橡膠密封圈。
3.3主閥閥芯的設(shè)計(jì)
因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使比例電磁鐵斷電即輸出力為0時(shí)，主閥閥芯是關(guān)閉的，以避免意外情況的發(fā)生。為達(dá)到此目的，本設(shè)計(jì)中在減壓閥閥芯的下方夾了一個(gè)復(fù)位彈簧，并使此復(fù)位彈簧的力足夠大，當(dāng)比例電磁鐵斷電時(shí)，使控制腔的壓力大到可以使主閥關(guān)閉。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖3-2：
圖3-2先導(dǎo)閥示意圖
控制腔油液對(duì)先導(dǎo)閥閥芯的壓力方向與比例電磁鐵剛好相反，這樣原來由比例電磁鐵單獨(dú)來控制先導(dǎo)閥閥芯的情形現(xiàn)在變?yōu)橛杀壤姶盆F和先導(dǎo)閥復(fù)位彈簧共同控制
3.4插裝式主閥面積比的確定
9
如圖，插裝閥中三個(gè)面積會(huì)影響閥芯在閥套中的開啟及關(guān)閉，即、、。其中、分別為閥芯主油口A口和B口處的面積，為控制腔C腔的面積，有：
=＋
面積比是指閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，、分別與的比值/、/，它們表示了三個(gè)面積之間數(shù)值上的關(guān)系，通常定義為面積比α=/。
錐閥中，面積比大體分為A（1:1.2）、B（1:1.5）、C（1：1.0）、D（1:1.07）、E（1:2.0）等類型。
在本設(shè)計(jì)閥中的面積比選用類型A（1:1.2），由于本設(shè)計(jì)中的通徑為32mm。此處即面積的直徑為32mm，因此A口的半徑為16mm。如圖3-3
圖3-3插裝閥面積比示意圖
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令控制腔的半徑為,面積比的公式
得≈17.5mm
所以=∏*=803.84
=0.2*=0.2*803.84=160.768
=∏*=964.608
3.5主閥閥芯的受力分析
下圖3-4為先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖：
圖3-4先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖
先導(dǎo)閥閥芯受力分析
如插裝式閥一樣，建立先導(dǎo)閥閥芯的受力平衡方程如下：
=+－－+
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式中：
——控制腔油液壓力；
——閥芯上端面積，為控制腔油液對(duì)閥芯的壓力；
——先導(dǎo)閥閥芯在移動(dòng)過程中受到的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力；
——先導(dǎo)閥閥芯在移動(dòng)過程中受到的摩擦力；
——先導(dǎo)閥閥芯所受比例電磁鐵向下的推力；
——閥芯自重。
忽略閥芯自重及閥芯移動(dòng)過程中的摩擦力，將閥芯移動(dòng)過程中穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力也忽略，受力方程式變?yōu)椋?
=－
轉(zhuǎn)化為
上式即控制腔壓力的決定因素。
式中的計(jì)算公式為：
=+
其中，為處于中位時(shí)先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力，為先導(dǎo)閥彈簧剛度，為先導(dǎo)閥閥芯相對(duì)于中位時(shí)的位移。
由于先導(dǎo)閥閥芯相對(duì)于中位時(shí)的位移相對(duì)于先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)壓縮量較小，因此在不做精確計(jì)算是可將其忽略，故上式又課可化為：
上式即為控制腔壓力與比例電磁鐵輸出力的關(guān)系式。
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3.6先導(dǎo)閥溢流部分的設(shè)計(jì)
減壓閥能夠保持器出口壓力不會(huì)低于比例磁鐵的設(shè)定值，但是如果減壓閥由于某種原因?qū)е驴刂魄坏膲毫ν蝗辉龈呋蛘呤潜壤姶烹姶盆F調(diào)定力突然下降都將導(dǎo)致閥芯迅速下移，控制腔的油液還未來得及泄出就被封閉起來，這樣的后果是控制腔壓力在一段時(shí)間內(nèi)高于先導(dǎo)閥的調(diào)定值，而由前所述，主閥閥芯開度是由控制腔壓力決定的，因此也將導(dǎo)致主閥閥芯開度偏離調(diào)定值，而造成電液比例閥失調(diào)。
為解決這個(gè)問題，再在減壓閥之上復(fù)合一個(gè)溢流閥，而且使該閥的開啟壓力剛好等于前面減壓閥的調(diào)定壓力，這樣當(dāng)出現(xiàn)控制腔的壓力突然高于比例電磁鐵的情況出現(xiàn)時(shí)，溢流閥開啟讓油液泄出，以使控制腔的壓力回復(fù)到調(diào)定值上，其結(jié)構(gòu)圖如下圖3-5：
圖3-5先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)示意圖
同樣將閥芯自重及閥芯移動(dòng)過程中的摩擦力及穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力忽略，建立閥芯運(yùn)動(dòng)方程，得：
=－
由上式可知，先導(dǎo)閥的溢流部分的開啟壓力為（－）/，可見溢流部分的開啟壓力正好將等于減壓部分的調(diào)定壓力，這樣就滿足了前面提到的控制要求，是控制腔的壓力能恒定先導(dǎo)閥的調(diào)定值上，且這個(gè)值將與成線性關(guān)系。
3.7先導(dǎo)閥調(diào)定壓力的增量表達(dá)式
由控制腔壓力與比例電磁鐵輸出力的關(guān)系式得：
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3.8先導(dǎo)閥的連接方式
當(dāng)主閥為正向（即節(jié)流閥的總進(jìn)油口接A口，總出油口接B口，油液從A口流向B口）時(shí)，X口接A口，Y口接油箱，此連接在通道塊中實(shí)現(xiàn)；
當(dāng)主閥為反向通流時(shí)，X口接B口，Y口接油箱。
3.9公差與配合的確定
本設(shè)計(jì)的課題為液壓閥，而液壓閥屬精密機(jī)器設(shè)備，故對(duì)公差與配合的要求較高，查文獻(xiàn)可知，公差I(lǐng)T5（孔到IT6）級(jí)用于高精度和重要的配合處，IT7~IT8級(jí)則用于一般精度要求的配合。所以在本設(shè)計(jì)的配合中孔用公差等級(jí)擬定為IT6級(jí)，軸用公差等級(jí)擬定為IT5級(jí)。
由于要達(dá)到相同的精度級(jí)，孔比軸加工難，故在設(shè)計(jì)中無論主閥閥芯與閥套之間還是先導(dǎo)閥閥芯與閥套之間的配合均采用基孔制；又因?yàn)橹鏖y閥芯與閥套之間的運(yùn)動(dòng)形式為軸向滑動(dòng)，故為降低摩擦力，采用間隙配合，而為防止泄露，以降低在閥上面的能量損失，此間隙應(yīng)該盡量的小，查文獻(xiàn)，采用基本偏差系列中間隙最小的ｇ。
故最終擬定主閥閥芯和閥套及先導(dǎo)閥閥芯與閥套之間的配合均為(H6/ｇ5)其中主閥閥芯和閥套的配合采用35(H6/ｇ5)，而先導(dǎo)閥閥芯與閥套的配合采用16(H6/ｇ5)和8(H6/ｇ5)。
3.10比例放大器
比例放大器是電液比例閥的控制盒驅(qū)動(dòng)裝置，比例閥的基本電控單元，能夠根據(jù)
比例閥和比例泵的控制需要對(duì)控制電信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算和功率放大。閉環(huán)控制閥和控
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制泵使用的放大器可完成對(duì)整個(gè)比例元件的控制。
電液比例控制系統(tǒng)既有液壓元件傳遞功率大，響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì)，元件處理和運(yùn)算信號(hào)方便，易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。發(fā)揮二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在很大程度上依賴于比例放大器又有電器。
比例放大器要具有斷電保護(hù)功能，以便控制壓力變化、速度或位移部件的加速度，有效防止慣性沖擊；要有函數(shù)發(fā)生器，以補(bǔ)償死區(qū)特性。
4.減壓閥的銜鐵結(jié)構(gòu)
在電磁機(jī)構(gòu)中，被固定的電磁鐵的吸引，而運(yùn)動(dòng)后和電磁機(jī)構(gòu)組成閉合磁路，這個(gè)運(yùn)動(dòng)的鐵磁體被稱為“銜鐵”，如常見的交流接觸器的上部分帶動(dòng)接點(diǎn)的部分。
銜鐵一般是由軟磁性材料制造的，如鐵、鑄鐵、硅鋼及坡莫合金等。
在先導(dǎo)閥或反沖型電磁閥中，銜鐵與主閥組件組成電磁閥產(chǎn)品，因此銜鐵引導(dǎo)主閥開關(guān)工作，所以也稱導(dǎo)閥。
4.1銜鐵的類型
根據(jù)控制方式和介質(zhì)流向可各分為二類。
1、 常關(guān)式
斷電時(shí)關(guān)閉，通電時(shí)開啟的電磁閥。
①上進(jìn)下出流向 這是通用結(jié)構(gòu)。
②下進(jìn)上出流向 這是特定的結(jié)構(gòu)的電磁閥，它的主閥流 向是下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)。為了流路暢通，平衡孔設(shè)在活塞底部直通進(jìn)口，導(dǎo)閥口設(shè)在閥蓋腔室內(nèi)直通活塞上方，活塞采用組合式滑環(huán)密封，泄露甚微。
1、 常開式
斷電時(shí)開啟，通電時(shí)關(guān)閉的電磁閥。
①上進(jìn)下出流向 這是采用較多的結(jié)構(gòu)；
②下進(jìn)上出流向 為了利用常開式產(chǎn)品的通用件，僅在導(dǎo)閥組件上加了一個(gè)閥口朝下的部件即把常關(guān)式產(chǎn)品轉(zhuǎn)換為常開式產(chǎn)品。
銜鐵的受力分析
分析的目的是求取復(fù)位彈簧力和電磁力，并結(jié)合動(dòng)作原理與結(jié)構(gòu)等進(jìn)行電磁計(jì)算，并在該基礎(chǔ)上求得電磁組件的設(shè)計(jì)。
作用于銜鐵上的力有：
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①自重W動(dòng)鐵芯或工作部件的重量；
②密封力該力和密封結(jié)構(gòu)的形式與材料有關(guān)，也受介質(zhì)壓力的影響。當(dāng)密封結(jié)構(gòu)的形式與材料選定后，在最高工作壓力是，所需密封力最大，在介質(zhì)壓力為零時(shí)最?。?
③介質(zhì)力隨介質(zhì)在壓力和閥口平均直徑大小而變化，在介質(zhì)壓力為零時(shí)該力為零；
④復(fù)位彈簧力彈簧一經(jīng)選定，該力就補(bǔ)課變動(dòng)。但在工作過程中，給定彈簧的彈簧力在壓緊時(shí)最大，在預(yù)緊時(shí)最??；
⑤電磁力結(jié)構(gòu)一經(jīng)選定，該力不可變動(dòng)。但在工作過程中，通電啟動(dòng)瞬間力最小，通電吸合力最大。吸合斷電瞬間仍存在一定的力稱為剩磁，剩磁力標(biāo)注為，斷電復(fù)位后該力應(yīng)為零。
電磁組件的工作狀態(tài)有四步，即斷電、通電瞬間（啟動(dòng)）、通電與斷電瞬間（復(fù)位）。
4.2銜鐵的受力的計(jì)算
采用常開式上進(jìn)下出流向結(jié)構(gòu)
①求取最小工作壓差下的密封力及最大工作壓差下的密封力。
②根據(jù)及取其大值，由此求得關(guān)閥彈簧力。
③求取壓緊時(shí)的開閥彈簧力+，由此確定開閥彈簧的參數(shù)。
④求取吸合是的電磁力并根據(jù)進(jìn)行校核，確定電磁力。其中為開i閥彈簧在預(yù)緊下的彈簧力，為開閥彈簧在壓縮下的彈簧力，為通電吸合后的電磁力。
5.靜態(tài)特性分析
5.1進(jìn)口壓力靜態(tài)特性分析
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當(dāng)進(jìn)口壓力小于預(yù)設(shè)開啟壓力是，主閥芯和先導(dǎo)閥芯均沒有運(yùn)動(dòng)，出口壓力可以根據(jù)計(jì)算式
簡單計(jì)算得到，且泄露流量為0.所以，主要考慮當(dāng)進(jìn)口壓力大于預(yù)設(shè)開啟壓力的情況。
靜態(tài)特性分析 假設(shè)減壓閥正常工作，則出口要力基本維持不變，先導(dǎo)閥口壓力也基本保持不變?？稍O(shè)主閥閥芯和先導(dǎo)閥芯的工作點(diǎn)為、，對(duì)上式進(jìn)行線性處理有：
對(duì)計(jì)算式：
線性處理得：
5.2靜態(tài)壓力流量特性分析
出口壓力與先導(dǎo)閥出口壓力也基本保持不變，對(duì)閥口流量方程進(jìn)行線性化處理，可以獲得減壓閥的靜態(tài)壓力流量特性曲線。隨著流量的增大，廚樓壓力略有下降，其下降幅度比進(jìn)口壓力變化產(chǎn)生的影響稍大。其他如外泄漏量等分析方法。
5.3靜態(tài)特性仿真曲線
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圖5-1出口壓力隨進(jìn)口壓力變化影響曲線
圖5-2主閥位移對(duì)比曲線
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圖5-3先導(dǎo)閥口壓力對(duì)比曲線
圖5-4減壓閥靜態(tài)壓力流量特性曲線
6.電液比例控制系統(tǒng)
在比例閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，而因?yàn)楸壤郎p壓閥將最終應(yīng)用與比例控制系統(tǒng)中，故在本說明書中對(duì)比例控制系統(tǒng)做一個(gè)簡單的介紹。
現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)各類工藝過程的最佳控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，工程控制理論的應(yīng)用已逐步從航天、航空和軍事工
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程領(lǐng)域普及到民用工業(yè)部門。電液比例控制技術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)的大功率工程
控制設(shè)備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)成之一，在近20中得到了迅速發(fā)展。它與傳統(tǒng)的電液伺服技術(shù)相比，具有可靠、節(jié)能和廉價(jià)等明顯特點(diǎn)，已應(yīng)用于相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域，形成了頗具特色的技術(shù)分支。
6.1反饋的概念
反饋就是通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置將信號(hào)或一部分返回輸入量與輸入量進(jìn)行比較，比較的結(jié)果叫偏差。因此，基于反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)偏差用以糾正偏差”的原理又稱為反饋控制原理。同樣，采用反饋控制原理的控制系統(tǒng)為反饋控制系統(tǒng)。
6.2閉環(huán)控制與開環(huán)控制
開環(huán)控制
不包含外反饋的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。比如比例閥控制液壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等的控制。開環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖如圖所示：
圖6-1開環(huán)控制系統(tǒng)示意圖
由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低，無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入量就可以無級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出量——力、速度以及加減速度等。這種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成簡單，系統(tǒng)的輸出端和輸入端不存在反饋回路，系統(tǒng)輸出量對(duì)系統(tǒng)輸入控制作用沒有影響，沒有自動(dòng)糾正偏差的能力，其控制精度主要取決于關(guān)鍵元器件的特性和系統(tǒng)調(diào)整精度，所以只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干的場(chǎng)合。
閉環(huán)控制:
包含外反饋回路的控制洗頭膏稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果在比例閥本身的內(nèi)反饋，也可以構(gòu)成實(shí)際的局部小閉環(huán)控制。一般稱為閉環(huán)系統(tǒng)。
圖6-2閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖
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閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)內(nèi)部和外部干擾不敏感，系統(tǒng)工作原理是反饋控制原理或按偏差調(diào)整原理。這種控制系統(tǒng)有通過負(fù)反饋控制自動(dòng)糾正偏差的能力。下圖為反饋控制系統(tǒng)框圖。
圖6-3反饋控制系統(tǒng)框圖
反饋也帶來了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。這類系統(tǒng)是檢測(cè)偏差用以糾正偏差或者說是考偏差進(jìn)行控制，而在工作過程中系統(tǒng)總會(huì)存在偏差，由于元件的慣性，很容易引起振蕩，是系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，精度和穩(wěn)定性是閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的一對(duì)矛盾。而開環(huán)控制喜用一般不存在所謂穩(wěn)定性問題。
6.3電液比例控制系統(tǒng)的組成
電液比例控制系統(tǒng)，盡管其結(jié)構(gòu)各異，功能也不盡相同，但都可歸納為用功能相同的基本元件組成的系統(tǒng)，組成電液比例控制的基本組件有：
①指令組件 它是給定控制信號(hào)的產(chǎn)生與輸入的組件，可以是信號(hào)發(fā)生裝置或過程控制器。在有反饋信號(hào)的情況下，它給出與反饋信號(hào)有相同形式和量級(jí)的控制信號(hào)。
②比較組件 它的作用是把給定信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)作為電控器的輸入。進(jìn)行比較的信號(hào)必須是同類型的，比例控制器的輸入量也應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)換為同類型的電學(xué)量。
③電控器 電控器通常被稱為比例放大器。由于含在比例閥內(nèi)的電磁鐵需要的控制電流較大（0~8mA）而偏差控制電流較小，不足以推動(dòng)電磁工作，且偏差信號(hào)的類型或形狀都不一定能滿足高性能控制的要求，所以要使用電控器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大和對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行加工、整形，使其達(dá)到電-機(jī)械裝換裝置的控制要求。
④比例閥 比例閥內(nèi)部又分為兩大部分，即電-機(jī)械裝換器及液壓放大組件，還可能帶有閥內(nèi)的檢測(cè)反饋組件。電-機(jī)械裝換器是電液的接口組件。它把經(jīng)過放大后的電信號(hào)裝換成與其電學(xué)量呈正比的力或位移。這個(gè)輸出量改變了液壓放大級(jí)的控制液阻，經(jīng)過液壓放大作用，把不大的電氣控制信號(hào)放大成足以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載壓能，這是整個(gè)系統(tǒng)的功率放大部分。
⑤液壓執(zhí)行器 通常指液壓缸或液壓馬達(dá)，它是系統(tǒng)的輸出裝置，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
⑥檢測(cè)反饋組件 對(duì)于閉環(huán)控制需要加入檢測(cè)反饋組件。它檢測(cè)被控量或中間變
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量的實(shí)際值，得出系統(tǒng)的反饋信號(hào)。檢測(cè)組件有位移傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等。檢測(cè)組件
往往又是信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于滿足比較的要求。檢測(cè)組件有內(nèi)、外環(huán)之分。內(nèi)環(huán)檢測(cè)組件通常包含在比例閥內(nèi)，用于改善閥的洞、靜特性。外環(huán)檢測(cè)組件直接檢測(cè)輸出量，用于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能和控制精度。
6.4電液比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
①可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程序控制，降低費(fèi)用，提高了可靠性，課在電控器中預(yù)設(shè)斜坡函數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確而無沖擊的加速或減速，不但改善了控制過程品質(zhì)，還縮短工作循環(huán)時(shí)間；
②利用電信號(hào)便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制或遙控。將閥布置在最合適的位置，提高主機(jī)的設(shè)計(jì)柔性；
③利用反饋提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的控制目標(biāo)；
④能按比例控制液流的流量、壓力，從而對(duì)執(zhí)行器件實(shí)現(xiàn)方向、速度和力的連續(xù)控制，并易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級(jí)調(diào)速。
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結(jié)束語
踉踉蹌蹌地忙碌了兩個(gè)月，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題也終于將告一段落。電液比例減壓閥基本達(dá)到預(yù)期效果。但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡人意的地方，譬如外觀、質(zhì)量、壽命、性能等數(shù)不勝數(shù)。可是，做一件事情，不必過于在乎最終的結(jié)果，可貴的是過程中的收獲，雖然有點(diǎn)事用語言來安撫我尚未平復(fù)的心。
畢業(yè)設(shè)計(jì)，也許是我大學(xué)生涯交上的最后一個(gè)作業(yè)了。想借此感謝四年來給我?guī)椭乃欣蠋?。同學(xué)，你們的友誼是我人生寶貴的財(cái)富，是我生命中不可或缺的一部分。我的畢業(yè)指導(dǎo)老師劉金剛老師，雖然我們接觸的很少，但卻能給與我不厭其煩的指導(dǎo)。本設(shè)計(jì)在劉老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下成功完成，在此，特地向劉老師道聲謝謝。
不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心教導(dǎo)和支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作能順利完成，在此向湘潭大學(xué)機(jī)械系的全體老師表示由衷的謝意。感謝你們四年來的辛勤栽培。
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致謝
首先，在此我特別對(duì)我的指導(dǎo)老師劉金剛老師表示衷心的感謝在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，劉老師給予了我太多的幫助，是我能夠順利的進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，絕大部分的文獻(xiàn)都要從學(xué)校圖書館中借閱和查找，圖書館是一個(gè)知識(shí)的海洋，機(jī)械類的書籍文本給予了我很大的幫助，使我的設(shè)計(jì)不那么沒頭沒腦。有些資料在圖書館沒有，在劉老師的幫助下，讓我及時(shí)的找到我所需要的數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)。
畢業(yè)了，在設(shè)計(jì)中，我的兩位室友陳星博文和周億同學(xué)和我是同組，但我們的設(shè)計(jì)內(nèi)容毫不相干，雖然如此，可我們還是互幫互助，在我不懂的地方，他們還是悉心的給我講解。正是有了這樣的好搭檔，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)步伐正常前進(jìn)，我感謝他們。這或許是我們大學(xué)最美好的時(shí)光。
在兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，還有不少人給予了我?guī)椭?，簡而言之，我要?duì)他們說句“謝謝”。
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)算是完成了，但是，里面還有不少錯(cuò)誤，希望得到老師的批評(píng)指導(dǎo)，先行致謝！
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參考文獻(xiàn)
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17廖念釗主編 《互換性與技術(shù)測(cè)量》第四版，中國計(jì)量出版社，2000
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附錄
英文翻譯資料
Electro-hydraulic control system
Electric control system can be divided into power correction telegraph system utilization ratio servo control system. According to the electro-hydraulic control valve may be used, the use of electro-hydraulic servo valves for hydraulic servo system, the use of electro-hydraulic proportional valve for electro-hydraulic proportional control system. In the vast majority of the test machine using hydraulic servo system.
The main function of the amplifier control is integrated electrical input system options, comparing the correction and amplification. For ease of use, often also includes a controller power supply required, the amount of pull signal generator. Park with electric servo valve matching, control amplifier called servo controller.
Electro-hydraulic control valve to control the amplifier input is the current number of elements is converted to hydraulic energy, which greatly affect the performance of the entire system. Electro-hydraulic control system is a key component. Electro-hydraulic servo valve control valve has two hydraulic proportional valve and electricity. In the testing machine in the wider application of electro-hydraulic servo valves, electro-hydraulic proportional valve has started doing static performance test discretion hydraulic universal testing machine has been applied.
Receiving cylinder servo valve output pressure oil, the piston reciprocates according to the requirements. Specimen is mounted on the piston rod is generally the end of the school's high-pressure hydraulic cylinder exerts a force on the specimen Shantou.
Detecting and measuring device comprising a sensor amplifier denier. Controlled by the detection elements are small in size. According charged regardless of the star sensor may have displacement sensors, force sensors, pressure sensors, acceleration sensors.
Electro-hydraulic control system tester input signal u1, u1 is the output voltage signal of a waveform on the amount of time coordinate according to test requirements, this waveform is Founder strings, triangle, etc. are to be random. Control amplifier for amplifying the voltage signals and converted into electric current input from the hydraulic control valve, the electric control valve is △ Q output of the corresponding flow or pressure △ P, driven by hydraulic cylinder piston movement of the specimen by the input signal, its movement when the load amount charged, such as displacement, force, deformation, acceleration, detected by the detector element and converted into electricity u2, which is used to display power on the one hand, recording or data processing, on the other hand fed to the input of the amplifier terminal and the input signals are compared, if the deviation continues to be adjusted until the control inputs u1 and u2 most equal. Since the input signals are signals to power. So easy to link Lee computers make the testing process more flexible and convenient.
Tester is the most common application of electro-hydraulic servo system, using more of a materials testing machine - the principle of