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《哈尔滨工业大学》 2008年
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伺服阀滑阀叠合量液动测量系统及其关键技术的研究

潘旭东  
【摘要】: 电液伺服控制系统广泛应用在航天、航空和航海等航行器的航行控制领域中,电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心元件,其性能直接影响整个伺服控制系统的品质。滑阀是由阀芯和阀套两部分组成,通常用作电液伺服阀的功率放大级,其精度要求高,加工难度大。阀芯和阀套的轴向配合尺寸的加工是伺服阀制造过程中的关键工序,这种轴向配合尺寸通常称之为叠合量。叠合量的实质是指滑阀在零位时的阀口开启状态的数值,由于滑阀通常有四个阀口,所以需要有四个叠合量数值需要保证。叠合量一般为1-2μm,公差要求约为±0.5μm,通常是通过磨削阀芯台肩的方式来达到和调整阀芯各节流边的轴向尺寸,进而保证叠合量的要求,实际加工是通过测量——磨削——再测量直到达到精度要求为止。各个阀芯和阀套之间并没有互换性,加工方式是一种偶件配作的方式,因此叠合量加工和测量可称作为“配磨”加工。由于没有互换性,不能通过单独测量某个阀芯节流边轴向位置尺寸来计算和控制叠合量的数值,必须配合对应的阀套一同测量,而通过分别测出相配对的阀芯阀套各自的节流边轴向尺寸经计算得到叠合量的方法也不便采用。必须将阀芯阀套装在一起测量相对的工作边开口情况(即叠合量),因此叠合量的测量一直以来是伺服阀制造中的难点之一。目前我国伺服阀生产主要以军品为主,当单件小批试制性生产时,滑阀的配磨工序已经是影响伺服阀生产效率的瓶颈之一了。随着航空航天事业的不断发展,对伺服阀也提出了批生产的要求,滑阀叠合量的测量精度和效率更成为伺服阀制造中的技术关键,因此研究滑阀叠合量测量技术对提高伺服阀的制造工艺水平,进而提升军工生产能力有着重要意义和应用前景。 对滑阀阀口的流量特性进行研究,为叠合量液动测量提供理论基础。利用CFD数值模拟的方法,仿真分析了理想阀口、阀芯工作棱边带圆角阀口和有径向间隙的阀口的流量特性。针对阀口流体流态变化对阀口流量系数的影响,建立了阀口流量系数与雷诺数之间数学模型,适用于滑阀阀口流体在不同流态下的流量系数的计算。在此基础上,建立了新的阀口流量的数学模型。该模型中综合了阀口流态变化对阀口流量的影响,相对于传统的小孔出流模型,阀口流体流量的计算不受阀口流体流态变化的影响,更加适合于描述滑阀阀口流量。进行阀口流量特性实验,验证数值模拟和建立的数学模型的正确性。 在深入分析了伺服阀滑阀叠合量气动测量方法缺点的基础上,提出了一种采用液压油作为测量介质的流量式叠合量测量方法,即“流量式”液动测量法。通过测量滑阀阀口四条流量特性曲线,利用回归的方法计算出滑阀的叠合量。建立了滑阀叠合量测量的误差模型,将测量误差分为结构误差和流态误差两种。结构误差主要受阀口阀芯当量圆角和径向间隙的影响,流态误差受阀口流体流态的影响,给出了叠合量计算时误差补偿的方法。 针对目前伺服阀滑阀叠合量测量技术和系统对于伺服阀滑阀尤其是大流量伺服阀滑阀叠合量测量精度不高和测量数据不准确的问题,研制新的测量系统,提高叠合量测量精度,保证测量数据准确性,并能够适应于多型号不同流量范围的伺服阀滑阀叠合量测量,提高叠合量测量设备的通用性,实现叠合量的自动测量。 阀口压差的稳定是高精度液动测量的保证,因此深入研究了阀口压差控制技术。压差控制系统由定量泵-电液比例溢流阀控系统组成,采用PID控制方法,通过压力传感器反馈阀口压差,得到阀口压差的偏差值作为PID控制器输入的闭环控制方法。在深入研究了流量计的压力损失特性的基础上,为提高压差控制系统的性能,提出一种基于前馈的复合PID控制策略,并通过实验验证了该控制方法的有效性和优点。 液压油温度变化是对测量精度影响的主要因素之一,因此深入研究了液压油温度控制技术。实现了一种压缩机——电加热器的温度控制方法。并针对压缩机制冷控制中存在非线性时变的特点,将一种自适应模糊控制算法应用到了压缩机系统蒸发器过热度的控制中。这种算法实现量化因子和比例因子的自整定。为验证控制效果,进行了蒸发器过热度控制实验,对比分析模糊控制器和自适应模糊控制器的控制效果。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP274

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