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的核心元件，它以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎，采用模擬式電氣—機械轉換裝置，將電氣信號轉換為位移信號，按輸入電氣信號指令，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。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)點是抗污染能力強，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合獲得廣泛的應用。然而，傳統(tǒng)的電液比例閥是以比例電磁鐵作為驅動裝置的電—液信號轉換元件，由于其固有特性的限制，導致電液比例閥無論是響應時間還是響應速度都不是很快。響應速度較快的，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現液壓控制系統(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、采用動圈式電一機械轉換器作為驅動裝置的電—機械轉換元件，控制性能很好，某些性能指標達到甚至超過了電液伺服閥。 首先，針對常規(guī)動圈式電—機械轉換器在電磁力、響應時間和響應速度等性能上的不足，從其核心部分——永磁體結構入手，對比單個永磁體不同的磁化技術和多個永磁體不同的磁化陣列結構，提出了一種新穎永磁體沿外磁場磁力線方向磁化、8片瓦型有氣隙Halbach磁化陣列型動圈式電—機械轉換器。通過對設計的動圈式電—機械轉換器靜態(tài)磁場、參數化

4、磁場、瞬態(tài)磁場、溫度場、渦流磁場、功率損耗和趨膚效應等的分析，表明該動圈式電—機轉換器具有良好的動靜態(tài)性能，無論電磁力，還是響應時間和響應速度都比常規(guī)結構有較大的提高。 接著，從超高速電液比例閥的液壓部分著手，根據其結構和原理，并結合功率鍵合圖法和CFD計算，分析了超高速電液比例直動式先導閥、疊加式單向節(jié)流閥和主控閥的靜態(tài)和動態(tài)特性，得到超高速電液比例閥高頻和快速響應的機理。 然后，針對常規(guī)電液比例閥建模的局限性，根據包

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)一的非線性數學方程。獲得關于閥芯幾何屬性和物理模型參數對通過比例閥端口流量的關系式，得到能分析正遮蓋、負遮蓋和零遮蓋比例閥的流量方程，此時流量被表達為關于閥芯遮蓋參數和其他常規(guī)參數的連續(xù)非線性函數。同時，對超高速電液比例閥統(tǒng)一模型的非量綱分析表明，模型的精確性獨立于模型參數之外，統(tǒng)一模型的誤差僅依賴于液壓阻尼系數。 為了確保超高速電液比例閥的性能可靠，必須監(jiān)測比例閥的臨界