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1、7带位移电反馈的二级电液比例节流阀设计摘要：电液比例技术发展迅猛，以其控制精度较高、结构简单、成本合理等优点在工业生产中获得了越来越来广泛的应用，它的发展程度也可从一个侧面反映一个国家液压工业技术水平，因而日益受到各国工业界的重视。本设计的课题是电液比例阀中的一类二级电液比例节流阀。在对该阀各部分的结构、原理及性能参数进行详细分析的基础上，完成了功率级为二通插装阀，先导级为电液比例三通减压溢流阀，通径为32mm，最大流量为480L/min，进油口额定工作压力为31.5MPa，出油口额定工作压力为30.5MPa的电液比例节流阀的结构设计与参数设计。关键词：电液比例节流阀； 插装阀； 比例电磁铁目
2、录前言1正文21 绪论21.1 电液比例阀概述21.2 电液比例阀的特点与分类21.3 电液比例阀的发展阶段31.4 电液比例技术在我国的发展51.5 比例流量阀52 流量阀控制流量的一般原理72.1 流量控制的基本原理82.4 主阀阀芯节流口形式的确定83 比例节流阀结构设计93.1 插装阀介绍93.2 控制盖板的设计93.3 插装式主阀设计113.4 先导阀设计213.5 弹簧的选用303.6 公差与配合的确定313.7 比例放大器333.8 比例电磁铁363.9 结构设计小结374 节流阀工作总原理分析及其性能参数指标384.1 原理分析384.2 静态性能指标394.3 动态性能指标4
3、05 比例控制系统41 5.1 反馈的概念41 5.2 闭环控制与开环控制41 5.3 电液比例控制系统的组成425.4 电液比例控制系统的特点435.5 比例控制系统的分类435.6 比例控制系统的发展趋势445.7 小结44结论45参考文献46致谢47前言现代工业的不断发展对液压阀在自动化、精度、响应速度方面提出了愈来愈高的要求，传统的开关型或定值控制型液压阀已不能满足要求，电液伺服阀因此而发展起来，其具有控制灵活、精度高、快速性好等优点。而电液比例阀是在电液伺服技术的基础上，对伺服阀进行简化而发展起来的。电液比例阀与伺服阀相比虽在性能方面还有一定差距, 但其抗污染能力强，结构简单，形式多
4、样，制造和维护成本都比伺服阀低，因此在液压设备的液压控制系统应用越来越广泛。今天，一个国家的电液比例技术发展程度将从一个侧面反映该国的液压工业技术水平，因此各发达国家都非常重视发展电液比例技术。我国(1)指令组件它是给定控制信号的产生与输入的组件，可以是信号发生装置或过程控制器。在有反馈信号的情况下,它给出与反馈信号有相同形式和量级的控制信号。(2)比较组件它的作用是把给定信号与反馈信号进行比较，得出偏差信号作为电控器的输入。进行比较的信号必须是同类型的，比例控制器的输入量为电学量，因此反馈量也应当转换为同类型的电学量。如遇不同类型的量作比较，在比较前要进行信号类型转换,例如A/ D、D/ A
5、 转换、机- 电转换等。(3)电控器电控器通常被称为比例放大器。由于含在比例阀内的电磁铁需要的控制电流较大(080mA) 而偏差控制(信号)电流较小，不足以推动电磁铁工作，且偏差信号的类型或形状都不一定能满足高性能控制的要求，所以要使用电控器对控制信号进行功率放大和对输入的信号进行加工、整形，使其达到电- 机械转换装置的控制要求。(4)比例阀比例阀内部又分为两大部分，即电- 机械转换器及液压放大组件，还可能带有阀内的检测反馈组件。电- 机械转换器是电液的接口组件。它把经过放大后的电信号转换成与其电学量呈正比的力或位移。这个输出量改变了液压放大级的控制液阻，经过液压放大作用，把不大的电气控制信号
6、放大成足以驱动系统负载液压能，这是整个系统的功率放大部分。(5)液压执行器通常指液压缸或液压马达，它是系统的输出装置，用于驱动负载。(6)检测反馈组件对于闭环控制需要加入检测反馈组件。它检测被控量或中间变量的实际值,得出系统的反馈信号。检测组件有位移传感器、测速发电机等。检测组件往往又是信号转换器(例如机电/ 机液转换)，用于满足比较的要求。检测组件有内环、外环之分。内环检测组件通常包含在比例阀内，用于改善阀的动、静特性。外环检测组件直接检测输出量，用于提高整个系统的性能和控制精度。5.4 电液比例控制系统的特点(1)可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制，降低费用，提高了可靠性，可在电控制器
7、中预设斜坡函数，实现精确而无冲击的加速或减速，不但改善了控制过程品质，还可缩短工作循环时间； (2)利用电信号便于实现远距离控制或遥控。将阀布置在最合适的位置，提高主机的设计柔性； (3)利用反馈提高控制精度或实现特定的控制目标；(4)能按比例控制液流的流量、压力，从而对执行器件实现方向、速度和力的连续控制，并易实现自动无级调速。5.5 比例控制系统的分类电液比例控制系统可以从不同的角度按很多方式来进行分类。电液伺服控制系统是一种广义上的比例控制系统。因而比例控制可以参照伺服控制按代表系统一定特点的分类方式进行分类。(1)按被控量是否被检测和反馈来分类，可分为开环比例控制和闭环比例控制系统。由
8、于比例阀是适应较低精度的控制系统而开发的产品，目前的应用以开环控制为主。随着整体闭环比例阀的出现，其主要性能与伺服阀无异，因而采用闭环比例控制的场合也会越来越多。(2)按控制信号的形式来进行分类，可分为模拟控制和数字式控制。后者又分为脉宽调制、脉码调制和脉数调制等。(3)按比例组件的类型来分类，可分为比例节流阀控制和比例容积控制两大类。比例节流控制适用于功率较小的系统，而比例容积控制用在功率较大的场合。目前，最通用的分类方式是按被控对象(量或参数) 来进行分类。由此电液比例控制系统可以分为:比例流量控制系统；比例压力控制系统；比例流量压力控制系统；比例速度控制系统；比例位置控制系统；比例力控制
9、系统；比例同步控制系统。5.6 比例控制系统的发展趋势(1) 提高控制性能，适应机电液一体化主机的发展。提高电液比例阀及远控多路阀的性能，使之适应野外工作条件。并发展低成本比例阀，其主要零件与标准阀通用。(2) 比例技术与二通和三通插装技术相结合，形成了比例插装技术，特点是结构简单，性能可靠，流动阻力小，通油能力大，易于集成；此外出现比例容积控制为中、大功率控制系统节能提供新手段。(3) 由于传感器和电子器件的小型化，出现了传感器、测量放大器、控制放大器和阀复合一体化的元件，极大地提高了比例阀(电反馈) 的工作频宽。其主要表现有: 高频响、低功耗比例放大器及高频响比例电磁铁的研制, 1986
10、年西德BOSCH公司提出高性能闭环控制比例阀，由于采用了高响应直流比例电磁铁和相应的放大器，并含有位置反馈闭环，其流量输出稳态调节特性无中位死区，滞环仅0.3%，零区压力增益达3% 额定控制电压，负载腔达80%供油压力，工作频宽和性能已达高水平伺服阀，而成本仅为后者的1/3。带集成式放大器的位移传感器(200Hz)的开发,为电反馈比例阀小型化，集成化创造良好的条件。伺服比例阀(闭环比例阀)内装放大器，具有伺服阀的各种特性：零遮盖、高精度、高频响,但其对油液的清洁度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性。PID调节技术的应用，改善系统的稳态性，使之有较好的动态响应指标，可利用计算机对PID 参数进
11、行最优化数字化或利用实验研究来获得实际线路PID参数的优良匹配。5.7 小结总之,由于电液比例控制系统具有可靠、易控、节能、廉价、精度高、工作平稳等明显而独特的优点,其将会在各个工程领域得到越来越广泛、深入的应用和发展。结论 电液比例控制技术是一门起步较晚，但发展极为迅速、应用已相当广泛的机电液一体化综合技术。今天，电液比例控制技术以其一系列优点在工业中应用已经相当普遍，在新系统设计和旧设备改造中正成为用户的重要选择方案，对提高企业的技术专装备水平和设备的自动化程度，发挥了极为重要的作用。电液比例控制技术一个发展趋势是与电液伺服技术技术的密切结合，产生所谓的电液比例伺服技术。我在设计过程中，深
12、刻地体会到到当今工业界的一个极为重要的发展趋势是机、电、液一体化，相应的机电液一体化技术将体现到一个国家的综合国力水平，甚至关系到国防实力，各国如果没有认清这一趋势，不予以高度重视，将在这一领域内迅速落伍，并可能在未来的综合国力较量中落于下风。 另外，微电子技术发展至今，已具有巨大的作用力。作为人类社会第三次工业技术革命的代表的微电子技术与其他领域的密切结合，已经改变了整个工业的面貌，同时，这种影响还会继续迅速的进行下去，过程还会更快，更深入。微电子技术与其他领域的这种结合，大大地提高了的工业控制的精度和复杂度，把原本不可能做到的事情或是很难做到的事变为可能。因此，我们应该相当的重视发展微电子
13、技术及其在控制中的应用。 对液压方面的的知识我们以前虽开过液压传动一门课程，但该课程对电液比例阀这一块并没有详细的讲，因此作这个毕业设计对我来说是很有挑战性的，电液比例控制的相关知识应从头学起，其中尤其是由于我最后将要设计的电液比例节流阀主阀采用插装式结构时，又要对插装阀这一块全新的内容进行学习，而且这些方面我实际能找的资料也不多，所以要克服的困难很多，在做的时候感觉很累。一些结构尺寸几经修改还很难定下，这些使我对当一个机械设计师的艰辛有了一个清醒的认识。 经过这几个月来的毕业设计，我对资料的搜集、分类整理能力得到了提高，文字组织能力得到了锻炼，这对我以后的工作和学习是很有好处的。同时，做毕业
14、设计使我的思维更严谨，也培养了我一丝不苟的工作作风，并使我对以前的所学的又有点遗忘的知识复习了一遍，对这些知识有了更加深刻的理解，并且有了新的体会，正所谓“温故而知新”。另外，我对word软件、CAD软件的运用水平及写作论文的能力在做毕业的过程中得到了大大提高。参考文献1路甬祥主编液压气动技术手册M机械工业出版社，2002.12张利平主编液压阀原理、使用与维护M化学工业出版社2005.43章宏甲，黄谊主编液压传动M机械工业出版社，2000.94明仁雄，万会雄主编液压与气压传动M国防工业出版社，2003.105机械设计手册编委会机械设计手册三版第四卷机械工业出版社，2004.86机械设计手册编委
15、会机械设计手册三版第二卷机械工业出版社，2004.87廖念钊等主编互换性与技术测量（第四版）M中国计量出版社，2000.18李素玲，刘军营比例控制与比例阀及应用J液压与气动，2003年第2期9许益民主编电液比例控制系统分析与设计M机械工业出版社，2005.1010于晓春，张媛，刘子芳电液比例控制器的设计J山东科技大学学报(自然科学版)，2002 年第21卷第2期11路甬祥，胡大纮主编电液比例控制技术M机械工业出版社，1988.1112牛险峰比例阀的应用J重型机械科技，2004年第1期13朱新才主编液压传动与控制M重庆大学出版社，1995 14蔓重查电液比例阀的工作特性及正确选用J锻压机械，19
16、92年第6期15吴根茂，邱敏秀，王庆丰等编著实用电液比例技术M浙江大学出版社，199316雷天觉主编，新编液压工程手册M机械工业出版社，199817顾瑞龙控制理论及电液控制系统M机械工业出版社，198418卢长耿，李金良主编液压控制系统的分析与设计M煤炭工业出版社，199119林建亚，何存兴主编液压元件M机械工业出版社，198820李壮云主编液压元件与系统M机械工业出版社，199921周凤云主编工程材料及应用M华中科技大学出版社，2002.1122宋学义如何发展电液比例阀J液压与气动，l989年第3期23许杏文，邱仰伟电液比例阀的优化控制J机床与液压，2001年第13期24蔓重查电液比例阀的工
17、作特性及正确选用J锻压机械，1992年第6期25石峰6DBF一10型六联电液比例阀的研制J矿冶，2000年3月第9卷第l期26范益群，钱样生比例阀控制回路节流特性的研究J中国机械工程，1996年第7卷第1期27杜秋芳比例阀应用J机床与液压，1995年第5期28姜福祥电液比例先导式三通减压阀及先导式溢流阀静态仿真研究D东南大学硕士学位论文，2001.1029杜秋芳，周聚比例阀应用J鞍山钢铁学院学报，19943第17卷第1期致谢在克服了许多困难之后，我终于把毕业设计完成了。本毕业设计是在指导老师的精心指导下完成的。在大四这半年来的学习过程中老师给我提供了宝贵的毕业实习的机会并在设计上给予我耐心的指导，同时我也学会了如何把专业知识应用于实际，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。在我们即将走出大学校门之时，让我以最诚挚的心情来感谢四年来所有教过我的老师们，谢谢你们给予我的指导和关怀；也让我感谢四年来在一起学习、生活的同窗好友们，谢谢你们给予我的照顾。毕业设计结束后，很快我将踏上工作岗位，四年时间学习到的知识与经验将对我今后走向岗位带来很大的帮助。在今后的日子中，我将会很怀念这四年来的本科学习生活，也将会时时回忆曾经对我谆谆教诲的的老师们和曾在一起生活了四年的同学们。最后，恳请所有读到本毕业设计的老师多提宝贵意见，不吝赐教。再次说一句，谢谢了。2006-5-187
(精品)带位移电反馈的二级电液比例节流阀设计(有全套图纸）
