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大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究

傅林坚  
【摘要】:随着大型机电装备自动化程度的提高,工程领域对大流量电液伺服比例阀提出了快速性与高精度的新要求。本课题源自新世纪人才基金资助项目“大流量伺服比例阀的研究”,以一种可靠、价廉、控制精度高、响应快的新颖的大流量比例阀为研究对象。论文在分析了常用的先导级控制方案的基础上,提出了一种以高速开关电磁阀作为先导级,通过位置反馈控制的二级阀放大,与位置反馈型控制的主级组成三级控制的大流量比例阀的技术方案。并对该类大流量比例阀的设计及控制方法进行了深入的研究与探讨。 各章内容分述如下: 第一章绪论,综述了当前国内外电液伺服阀以及高速开关阀技术的发展现状;分析了以高速开关电磁阀作为比例阀先导级的技术可行性。在此基础上,提出了本论文的主要研究内容和技术方案。 第二章,结合以高速开关电磁阀作为先导级的特殊应用,分析论证了几种大流量、高响应主级阀的技术特点,选取了位置反馈型和流量反馈型控制的两种主级结构方案。研究并提出了该阀的关键参数的设计准则;通过CFD分析得到了大流量状态下主阀口液动力的分布状态,并推导出适用于阀口大流量工况的液动力计算公式。 第三章,从HSV系列高速开关电磁阀的结构与运动机理入手,通过理论分析和仿真研究,提出采用预充开启电流以及反接卸荷式卸载电路,实现了高速开关阀快速启动与关闭的控制效果。从单阀的角度提高了可控流量脉冲宽度和相应的开关频率。 第四章,探讨了采用高速开关阀多阀阵列结构,提高脉冲可控流量分辨率,减小控制非线性;并研究了在大偏差时采用时间最优BANG-BANG控制,小偏差时采用差动流量定位控制,实现了以高速开关阀阵列应用于对二级阀芯位置精确的比例控制,减小其开启和关闭延迟带来的影响,使二级阀能满足三级阀对其动态性能与控制精度的要求。 第五章,基于AMESim与MatLab软件平台,对三级结构阀进行仿真研究,仿真结果表明,在高速开关阀响应速度满足主阀响应的技术指标前提下,通过差动流量法可以满足高速开关模式的主阀控制的精度要求。 第六章,利用自行研制的专用液压试验台,对高速开关阀开关先导形式的比例阀进行动态特性实验研究;利用CFD技术对试验过程中出现的现象进行分析,实验研究结果,进一步论证了高响应的高速开关先导控制形式的大流量比例阀技术方案的可行性。 第七章,总结全文的主要研究成果,阐述了本论文的研究结论和创新点,展望今后需要进一步开展的研究工作。


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