二級(jí)電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)

1、二級(jí)電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)摘 要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。閥芯位移可以以機(jī)械、液壓或電的形式進(jìn)行反饋。當(dāng)前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的課題是電液比例閥中的一類二級(jí)電液比例節(jié)流閥。在對(duì)該閥各部分的結(jié)構(gòu)、原理及性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，完成了功率級(jí)為二通插裝閥，先導(dǎo)級(jí)為電液比例三通減壓溢流閥，通徑為

2、32mm，最大流量為480L/min，進(jìn)油口額定工作壓力為31.5MPa，出油口額定工作壓力為30.5MPa的電液比例節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：電液比例節(jié)流閥； 流量閥； 比例放大器 AbstractThe battery solution proportioning valve is take the traditional industrial used hydraulic control valve as a foundation, uses the simulation type electricity pneumatic machinery switching device

3、 to transform the electrical signal into the displacement signal, controls in continuously the hydraulic system the actuating medium pressure, the direction or the current capacity one kind of hydraulic pressure part.When this kind of valve works, in the valve the electrical pneumatic machinery swit

4、ching device has the corresponding movement according to the input voltage signal, causes the working valve valve core to have the displacement, the valve port size has the change and completes by this with the input voltage becomes the proportion the pressure, the current capacity output.The valve

5、core displacement may by the machinery, the hydraulic pressure or the electricity form carries on the feedback.Presently, the battery solution proportioning valve has obtained the widespread application in the industrial production. This design topic is in a battery solution proportioning valve kind

6、 of - - two level of battery solution proportion throttle valve.In to this valve various part of structures, the principle and the performance parameter carries on the multianalysis in the foundation, has completed the power level is two cartridge inserted valves, the forerunner level for the batter

7、y solution proportion Three Contacts reduced pressure overflow valve, the latus rectum is 32mm, the maximum current capacity is 480L/min, the oil inlet fixed working pressure is 31.5MPa, the output port fixed working pressure is the 30.5MPa battery solution proportion throttle valve structural desig

8、n and the parameter design. Key word: Battery solution proportion throttle valve; Cartridge inserted valve; Proportion electro-magneKeyword: Electro-hydraulic proportional throttle valve; Flow Valve;Proportional amplifier目 錄摘 要IAbstractII目錄III前 言1第1章 緒論21.1 電液比例閥的特點(diǎn)與分類21.2電液比例技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展31.3 比例流量閥31.3.

9、1 比例流量閥分類31.3.2 電液比例節(jié)流閥的分類3第2章流量閥控制流量的一般原理52.1 流量控制的基本原理52.2 流量閥的控制方式52.3 本設(shè)計(jì)中節(jié)流閥的參數(shù)62.4 主閥閥芯節(jié)流口形式確定6第3章 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.1 插裝式主閥設(shè)計(jì)73.1.1 主閥閥套的設(shè)計(jì)73.1.2 主閥閥芯的設(shè)計(jì)93.1.3 插裝式主閥面積比的確定103.1.4先導(dǎo)閥閥芯詳細(xì)受力分析123.1.5 先導(dǎo)閥溢流部分的設(shè)計(jì)153.1.6先導(dǎo)閥的原理分析163.2公差與配合的確定173.3 比例放大器183.3.1 比例放大器的分類183.3.2 電液比例控制元件對(duì)比例放大器的要求193.3.3比例放大器

10、的基本控制電路19第4章 節(jié)流閥工作總原理分析及其性能參數(shù)指標(biāo)21結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致 謝2525 / 28文檔可自由編輯打印前 言現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)液壓閥在自動(dòng)化、精度、響應(yīng)速度方面提出了愈來愈高的要求，傳統(tǒng)的開關(guān)型或定值控制型液壓閥已不能滿足要求，電液伺服閥因此而發(fā)展起來，其具有控制靈活、精度高、快速性好等優(yōu)點(diǎn)。而電液比例閥是在電液伺服技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)伺服閥進(jìn)行簡(jiǎn)化而發(fā)展起來的。電液比例閥與伺服閥相比雖在性能方面還有一定差距， 但其抗污染能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式多樣，制造和維護(hù)成本都比伺服閥低，因此在液壓設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。今天，一個(gè)國(guó)家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度將從一個(gè)側(cè)面

11、反映該國(guó)的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此各發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視發(fā)展電液比例技術(shù)。我國(guó)在電液比例技術(shù)方面，目前已有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，年生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但總的看，我國(guó)電液比例技術(shù)與國(guó)際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高?；谝陨纤?，本設(shè)計(jì)將對(duì)電液比例閥中的一類二級(jí)電液比例節(jié)流閥進(jìn)行設(shè)計(jì)。該閥的功率級(jí)為二通插裝閥，先導(dǎo)級(jí)為電液比例三通減壓溢流閥。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我的第一次綜合性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中，將有一定的困

12、難，無論設(shè)計(jì)概念上的模糊或經(jīng)驗(yàn)上的缺乏都可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失誤與不足，在此，懇請(qǐng)各位老師給以指正。相信我一定會(huì)圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的。第1章 緒論1.1 電液比例閥的特點(diǎn)與分類比例閥把電的快速性、靈活性等優(yōu)點(diǎn)與液壓傳動(dòng)力量大的優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)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)的性能時(shí)，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)。比例閥與開關(guān)閥相比，比例閥可簡(jiǎn)單地對(duì)油液壓力、流量和方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離的自動(dòng)連續(xù)控制或程序控制，響

13、應(yīng)快，工作平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，容易實(shí)現(xiàn)編程控制，控制精度高，能大大提高液壓系統(tǒng)的控制水平。與伺服閥相比，電液比例閥雖然動(dòng)靜態(tài)性能有些遜色，但使用元件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造較電液伺服閥容易，價(jià)格低，效率也比伺服高(伺服控制系統(tǒng)的負(fù)載壓力僅為供油壓力的23)，系統(tǒng)的節(jié)能效果好，使用條件、保養(yǎng)和維護(hù)與一般液壓閥相同，大大地減少了由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。下面是開關(guān)閥、比例閥和伺服閥幾種閥的特性比較：表1-1電液比例元件和伺服、數(shù)字、開關(guān)元件的特性比較類別類別性能比例閥伺服閥開關(guān)閥過濾精度()2532550閥內(nèi)壓降()0.5270.2550滯環(huán)(%)1313重復(fù)精度(%

14、)0.510.5頻寬(Hz/3dB)2520200中位死區(qū)有無有價(jià)格比130.5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) 按其控制功能來分類，可分為比例壓力控制閥，比例流量控制閥、比例方向閥（比例方向流量閥）和比例復(fù)合閥。(2) 按液壓放大級(jí)的級(jí)數(shù)來分，又可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式。(3) 按比例控制閥的內(nèi)含的級(jí)間反饋參數(shù)或反饋物理量的形式來分可分為帶反饋或不帶反饋型。(4) 按比例閥主閥芯的型式來分，又可分為滑閥式和插裝式。(5) 按其生產(chǎn)過程還可分為兩類：一類是在電液伺服閥的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低制造精度，從而以低頻寬和低靜態(tài)指標(biāo)換得成本的低廉，用于對(duì)頻寬和控制精度要求不高

15、的場(chǎng)合。另一類是在傳統(tǒng)的液壓閥基礎(chǔ)上，配上廉價(jià)的螺管式比例電磁鐵進(jìn)行控制。1.2電液比例技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展在我國(guó)，有一大批主機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展需要應(yīng)用電液比例技術(shù)，因此，該技術(shù)被列為促進(jìn)我國(guó)液壓工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)電液伺服技術(shù)始于上世紀(jì)六十年代，到七十年代有了實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，目前約有年產(chǎn)能力2000臺(tái)；電液比例技術(shù)到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，約形成有年產(chǎn)能力5000臺(tái)。總的看，我國(guó)電液伺服比例技術(shù)與國(guó)際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問

16、題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高。1.3 比例流量閥按上述分類方法中的第一類方法，本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)課題屬于比例流量閥這一大類。比例流量閥是一種輸出流量與輸入信號(hào)成比例的液壓閥，這類閥可以按給定的輸入電信號(hào)連續(xù)的、按比例的控制液流的流量。1.3.1 比例流量閥分類 (1) 電液比例節(jié)流閥 電液比例節(jié)流閥屬于節(jié)流控制功能閥類，其通過流量與節(jié)流口開度大小有關(guān)，同時(shí)受到節(jié)流口前后壓差的影響；(2) 調(diào)速閥一般由電液比例節(jié)流閥加壓力補(bǔ)償器或流量反饋元件組成。壓力補(bǔ)償器使節(jié)流口兩端的壓差基本保持為常值，使通過調(diào)速閥的流量只取決于節(jié)流口的開度，屬于流量控制功能閥類。(3) 電液比例流量壓力

17、復(fù)合控制閥將電液比例壓力閥和電液比例流量閥復(fù)合在一個(gè)控制閥中，構(gòu)成了一個(gè)專用閥，也稱為PQ閥，在塑機(jī)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)將要設(shè)計(jì)的是上述分類中的第一類電液比例節(jié)流閥。1.3.2 電液比例節(jié)流閥的分類(1) 直動(dòng)式電液比例節(jié)流閥（詳細(xì)介紹參見文獻(xiàn)1348-352頁）a.普通型直動(dòng)式電液比例節(jié)流閥力控制型比例電磁鐵直接驅(qū)動(dòng)節(jié)流閥閥芯，閥芯相對(duì)于閥體的軸向位移與比例電磁鐵的輸入電信號(hào)成比例。此種閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉?；y機(jī)能有常開式、常閉式，但由于沒有壓力或其他檢測(cè)補(bǔ)償措施，工作時(shí)受摩擦力及液動(dòng)力的影響以致控制精度不高，適宜低壓小流量系統(tǒng)采用。b.位移電反饋型直動(dòng)式電液比例節(jié)流閥與普通型直動(dòng)式

18、電液比例節(jié)流閥的差別在于增設(shè)了位移傳感器，用于檢測(cè)閥芯的位移。通過檢測(cè)閥芯的位移，通過電反饋閉環(huán)消除干擾力的影響，以得到較高的控制精度。此種閥結(jié)構(gòu)更加緊湊，但由于比例電磁鐵的功率有限，所以此種閥主要用于小流量系統(tǒng)的控制。(2) 先導(dǎo)式電液比例節(jié)流閥有位移力反饋型、位移電反饋型及位移流量反饋型和三級(jí)控制型等多種形式。a.位移力反饋型先導(dǎo)式電液比例節(jié)流閥整個(gè)閥的基本工作特征是利用主閥芯位移力反饋和級(jí)間（功率級(jí)和先導(dǎo)級(jí)間）動(dòng)壓反饋原理實(shí)現(xiàn)控制。位移力反饋型先導(dǎo)式電液比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，主閥行程不受電磁鐵位移的限制，但由于也未進(jìn)行壓力檢測(cè)補(bǔ)償反饋，所以其通過流量仍與閥口壓差相關(guān)。b.位移電反饋型先

19、導(dǎo)式電液比例節(jié)流閥 由帶位移傳感器的插裝式主閥與三通先導(dǎo)比例減壓閥組成。本設(shè)計(jì)將要設(shè)計(jì)的就是這一類閥。c.三級(jí)控制型大流量電反饋電液比例節(jié)流閥對(duì)于32通徑以上的比例節(jié)流閥，為了保持在一定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較好的穩(wěn)態(tài)精度，可采用三級(jí)控制方案，即通過經(jīng)二級(jí)液壓放大的液壓信號(hào)，再去控制遞三級(jí)閥芯的位移（詳見文獻(xiàn)2350頁）。第2章流量閥控制流量的一般原理本閥是電液比例節(jié)流閥，最終控制的是液壓系統(tǒng)中的流量，即實(shí)現(xiàn)節(jié)流，故下面將對(duì)流量控制的基本原理進(jìn)行闡述。2.1 流量控制的基本原理不管各類流量閥結(jié)構(gòu)有何不同，其依據(jù)的控制原理都是一樣，查文獻(xiàn)3的102頁，得以下這個(gè)公式： （2-1）式中：-流量閥控制的流量；

20、-與節(jié)流口形狀、油液密度和和油溫相關(guān)的系數(shù)，具體數(shù)值應(yīng)該由實(shí)驗(yàn)得出。在一定的溫度下，對(duì)確定的閥口和工作介質(zhì)，可視為常數(shù)；-為節(jié)流口的通流截面積，與閥口的形狀與閥芯位移有關(guān)；-節(jié)流口前后的壓差；-由節(jié)流口形狀決定的節(jié)流閥參數(shù)，其值在0.51.0之間，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)求得。由式(2-1)可知，通過節(jié)流閥的流量是和節(jié)流口前后的壓差、油溫以及節(jié)流口的形狀等因素密切有關(guān)的。2.2 流量閥的控制方式(1) 節(jié)流控制如式(2-1)中，C為常數(shù)，因此一般不能對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)，而控制來調(diào)節(jié)流量很不方便，一般只能通過調(diào)節(jié)的辦法來控制流量。當(dāng)只調(diào)節(jié)來控制流量時(shí)就是所謂的節(jié)流控制。在這種方式下，當(dāng)節(jié)流閥的通流截面積調(diào)整以后，在實(shí)

21、際使用時(shí)由于負(fù)載及其他不穩(wěn)定的因素的存在，節(jié)流口前后的壓差也在變化，就會(huì)干擾節(jié)流閥通流，使流量不穩(wěn)定。式中越大，的變化對(duì)的影響也就越大。一般來說節(jié)流口為薄壁孔時(shí)0.5，細(xì)長(zhǎng)孔時(shí)1。故為增大流量控制準(zhǔn)確性，減小對(duì)的影響，本設(shè)計(jì)中的節(jié)流口采用薄壁孔形式。(2) 調(diào)速控制在要求較高的場(chǎng)合，采用減壓閥來保持節(jié)流口前后的壓差恒定。由于不會(huì)有不穩(wěn)定的壓差對(duì)流量造成影響，因而流量將與通流截面積成較好的線性關(guān)系，這就是所謂的流量控制或調(diào)速控制，相應(yīng)的閥稱為調(diào)速閥。2.3 本設(shè)計(jì)中節(jié)流閥的參數(shù)如前所述，由于本設(shè)計(jì)中節(jié)流閥的節(jié)流口采用薄壁孔的形式，故式（2-1）中為0.5，因而式（2-1）變?yōu)橄率剑?(2-2)本

22、設(shè)計(jì)擬定調(diào)節(jié)的方法為將閥芯置于閥套之中，閥芯圓周上開有一定面積梯度的溝槽，移動(dòng)閥芯將得到不同的，進(jìn)而將得到不同的流量，這就是本設(shè)計(jì)中節(jié)流主閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流的基本原理。2.4 主閥閥芯節(jié)流口形式確定節(jié)流口的形式及其特性在很大程度上決定者流量控制閥的性能。是流量閥的關(guān)鍵部位，幾種常用節(jié)流口形式為（參見文獻(xiàn)4109頁）:(1) 針閥式節(jié)流口 (2) 偏心式節(jié)流口 (3) 縫隙式節(jié)流口 (4) 軸向縫隙式節(jié)流口 (5) 軸向三角槽式節(jié)流口 在閥芯端部開有一個(gè)或兩個(gè)斜三角槽，軸向移動(dòng)閥芯就可以改變?nèi)遣弁髅娣e從而調(diào)節(jié)流量。在高壓閥中有時(shí)在軸端銑兩個(gè)斜面來實(shí)現(xiàn)節(jié)流。這種節(jié)流口水力半徑較大。由于本設(shè)計(jì)中閥的設(shè)計(jì)

23、要求為通徑32mm，屬于大流量應(yīng)用場(chǎng)合，且流量控制精度要求較高，故針閥式節(jié)流口不適用；該閥擬定工作壓力為31.5MPa，屬于高壓應(yīng)用場(chǎng)合，因此縫隙式節(jié)流口和軸向縫隙式節(jié)流口這兩種只適合在低壓的情況下的節(jié)流口不適合；由于閥芯運(yùn)動(dòng)形式為軸向運(yùn)動(dòng)，故需要轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯才能可以改變通道大小，并以此調(diào)節(jié)流量的偏心式節(jié)流口不適合。因此，本設(shè)計(jì)中節(jié)流口最終確定采用軸向三角槽式節(jié)流口。第3章 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)中電液比例節(jié)流閥的設(shè)計(jì)參數(shù)要滿足的要求為：電液比例節(jié)流閥通徑32mm，最大流量480L/min，因此該閥屬于高壓大流量閥，而如今在高壓大流量范圍領(lǐng)域內(nèi)，插裝閥以其通流能力大、密封性能好、組裝靈活，已

24、取代滑閥式結(jié)構(gòu)成為該領(lǐng)域內(nèi)的主導(dǎo)控制閥品種。因此，在本設(shè)計(jì)中節(jié)流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)。基于此，有必要在此對(duì)插裝閥作簡(jiǎn)要介紹。3.1 插裝式主閥設(shè)計(jì)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。3.1.1 主閥閥套的設(shè)計(jì)該閥套頭部插裝入控制蓋板中，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(guó)，插裝閥必須符合GB2877-81二通插裝閥安裝尺寸。主閥閥套的各尺寸如下：圖3-3 主閥閥套的尺寸示意圖因?yàn)楸敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)的要求為通徑32mm，最大流量480L/min，主閥芯帶位移電反饋型先導(dǎo)控制，故尺寸d2為32mm。查文

25、獻(xiàn)5第11章“二通插裝閥的安裝連接尺寸”一節(jié)，查得公稱通徑為32mm的二通插裝閥控制蓋板尺寸如下：d1=45，t1=12.5，t2=85，d3=60由于主閥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。因此密封件的選用是很重要的。密封件有多種，如油封氈圈、骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈、O形橡膠密封圈等。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(zhǎng)，磨損后能在

26、一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償；(4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，成本低廉。由上述要求，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(jiǎn)單、密封性能好、壽命長(zhǎng)、摩擦阻力較小、成本低，既可以作靜密封，也可作為動(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)密封可靠使用壓力可達(dá)10MPa，當(dāng)合理采用密封擋圈或其它組合形式，可靠壓力將成倍提高。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。查文獻(xiàn)5第八章液壓輔件，確定o形橡膠密封圈的型號(hào)及其安裝尺寸。綜合以上所述，得到閥套的尺寸如下：圖3-4 主閥閥套尺寸3.1.2 主閥閥芯的設(shè)計(jì) 主閥閥芯為錐閥，頂端帶有軸向三

27、角槽式節(jié)流口，上部有裝主閥彈簧的孔，中心具有連接位移傳感器的螺孔，與位移傳感器的檢測(cè)桿相連。按上述要求初步擬定的主閥閥芯的示意圖如下：圖3-5主閥閥芯結(jié)構(gòu)圖3.1.3 插裝式主閥面積比的確定如圖3-6，插裝閥中有三個(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口和口處的面積，為控制腔腔的面積，很明顯有 （3-1）面積比是指閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，、分別與的比值和，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。錐閥中，面積比大體分為(1:1.2)、(1:1.5)、(1:1.0)、(1:1.07)、(1:2.0)等類型。在本閥中的面積比選用類型，即1:1.2，由于本畢業(yè)設(shè)

28、計(jì)的要求是通徑為32，此處即面積的直徑為32，因此口的半徑為16。圖3-6 插裝閥面積比的示意圖令控制腔的半徑為，則由面積比的公式得所以=803.842=0.2*=0.2*803.84=160.7682964.60823.1.4先導(dǎo)閥閥芯詳細(xì)受力分析下圖為先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖：圖3-9 先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖 (1) 先導(dǎo)閥閥芯受力分析如前面的插裝閥一樣，建立先導(dǎo)閥閥芯的平衡方程如下： (3-2)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

29、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，式（3-24）變?yōu)椋?(3-3)轉(zhuǎn)化為 (3-4)上式即控制腔壓力的決定因素。式中的計(jì)算公式為： (3-5)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，因此在不作精確計(jì)算時(shí)可將其忽略，故式(3-4)可化為： (3-6)或 (3-7)上式即為控制腔壓力與比例電磁鐵輸出力的關(guān)系式。(2) 彈簧預(yù)緊力的確定如3.4.2節(jié)所述，比例電磁鐵斷電的時(shí)候主閥應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，即此時(shí)比例閥應(yīng)滿足使主閥閥芯關(guān)閉的條件。由3.3.4節(jié)所述，要使主閥關(guān)閉，應(yīng)滿足

30、即 (3-8)而此時(shí)=，故 (3-9)其中的半徑為，在本閥中擬定為4mm =50.24 mm2 代入式(3-9)中，得23.8 =50.2423.8 =1195.7 N (3-10)上式表明當(dāng)比例電磁鐵輸出力為0時(shí)，欲使主閥關(guān)閉，先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力必須大于1195.7。而在本設(shè)計(jì)中，先導(dǎo)閥彈簧擬選擇如下：彈簧簧絲直徑=2.0mm，彈簧中徑D=10mm，剛度=158N/mm。所以=7.57 mm (3-11)上式說明要使比例閥具斷電保護(hù)功能，先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)壓縮量（此預(yù)壓縮量是指先導(dǎo)閥閥芯處中位時(shí)，先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)壓縮量）必須大于7.57mm，實(shí)際應(yīng)用時(shí)為保有一定保險(xiǎn)系數(shù)，復(fù)位彈簧的預(yù)緊力應(yīng)高于此值

31、，故在本設(shè)計(jì)中采用mm的預(yù)壓縮量。所以，先導(dǎo)閥閥芯處于中位時(shí)，先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力為：計(jì)算出先導(dǎo)閥的彈簧的預(yù)緊力后，將其與代入式(3-8)得：MPa(3) 先導(dǎo)閥調(diào)定壓力的增量表達(dá)式 由式(3-28)得控制腔壓力增量： (3-34) 代入?yún)?shù)得： (3-35)上式的數(shù)學(xué)含義為比例電磁鐵增量為時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制腔壓力的增量為或。將上式中自變量與因變量調(diào)換得：=或 50.24上式的數(shù)學(xué)含義為當(dāng)控制腔的壓力增量為時(shí)，對(duì)應(yīng)的比例電磁鐵的增量必為或50.24。3.1.5 先導(dǎo)閥溢流部分的設(shè)計(jì)減壓閥能夠保持其出口壓力（在本設(shè)計(jì)即控制腔的油液壓力）不會(huì)低于比例電磁鐵的設(shè)定值，但是如果減壓閥由于某種原因?qū)е驴刂魄坏?/p>

32、壓力突然增高（如液壓系統(tǒng)的沖擊）或者是比例電磁鐵調(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，本設(shè)計(jì)再在減壓閥之上復(fù)合了一個(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調(diào)定壓力的情況出現(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)圖如下所示：圖3-10 先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)示意圖圖 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)

33、力忽略，建立閥芯運(yùn)動(dòng)方程，得： (3-36)或 (3-37)或 (3-38)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，使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。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，油液從口流向口）時(shí)，X口接A口，口接油箱，此連接在通道塊中實(shí)現(xiàn)（通道塊上加工有具專門通油道，本閥安裝時(shí)就是要插入通道塊中）；當(dāng)主閥為反向通流（即節(jié)流閥的總進(jìn)油口接B口，總出油口接A口，油液從B口流向A口）時(shí)，X口接口，口接油箱。3.1.6先導(dǎo)閥的原理分析本設(shè)計(jì)中

34、先導(dǎo)閥全稱應(yīng)當(dāng)稱為電液比例三通減壓溢流閥。在先導(dǎo)閥內(nèi)部，當(dāng)油液從口流向K口時(shí)為減壓閥功能，當(dāng)油液從K口從流向Y口時(shí)為溢流閥功能。該先導(dǎo)閥也可以看為一個(gè)三位三通滑閥式換向閥，其有上、中、下三個(gè)位置，有K、X、Y三個(gè)口。當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，三個(gè)通口全關(guān)閉；當(dāng)閥芯處上位時(shí)，K口和X口相連；當(dāng)閥芯處下位時(shí)，K口和Y口相連。下圖為先導(dǎo)閥示意簡(jiǎn)圖：圖3-11 先導(dǎo)閥的示意簡(jiǎn)圖控制腔的油壓力由比例電磁鐵的輸出推力及先導(dǎo)閥彈簧共同決定，但由于先導(dǎo)閥彈簧的各參數(shù)如預(yù)緊力及剛度等是一定的，故控制腔的油壓力最終決定于比例電磁鐵的輸出力設(shè)定值。當(dāng)控制腔的油壓力小于這個(gè)設(shè)定值時(shí)，由3.4.3“減壓閥詳細(xì)受力分析”一節(jié)可知

35、，先導(dǎo)閥閥芯將上移，控制腔與X口（X口與進(jìn)油口相連）之間的通道被打開，高壓油液（主閥進(jìn)油口的工作壓力達(dá)到31.5MPa）從主閥進(jìn)油口進(jìn)入控制腔中，引起控制腔中油液壓力升高，這樣又會(huì)引起閥芯逐漸下移，閥口減小，當(dāng)控制腔中油液壓力最終回升到設(shè)定值時(shí)，控制腔與X口之間的通道也將被關(guān)閉，先導(dǎo)閥閥芯將回復(fù)到中位狀態(tài)。當(dāng)控制腔的油壓力大于這個(gè)設(shè)定值時(shí)，先導(dǎo)閥芯將向下移，控制腔與口，即油箱（口與油箱相連）之間的通道打開，即溢流通道被打開，控制腔中油液流回到油箱中，控制腔中油液壓力逐漸降低，閥芯逐漸上移，閥口減小，當(dāng)控制腔中油液壓力最終下降到設(shè)定值時(shí)，控制腔與進(jìn)油口之間的通道也將被關(guān)閉，先導(dǎo)閥閥芯將回復(fù)到中位

36、狀態(tài)。上述就是三通比例減壓溢流閥可以恒定控制腔油壓力的原理。3.2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)7可知，公差I(lǐng)T5（孔到IT6）級(jí)用于高精度和重要的配合處，IT7IT8級(jí)則用于一般精度要求的配合。故在本設(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)，孔比軸難加工，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，而為防止泄漏，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)7第11頁

37、，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，其中主閥閥芯和閥套的配合采用35，而先導(dǎo)閥閥芯與閥套之間的配合采用16和8。3.3 比例放大器比例放大器是電液比例閥的控制和驅(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)控制閥和控制泵使用的放大器可完成對(duì)整個(gè)比例元件的控制。比例放大器要具有斷電保護(hù)功能；控制信號(hào)中要迭加高頻小振幅的顫振信號(hào)，以克服摩擦力，保證控制靈活；要有斜坡信號(hào)發(fā)生器，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。3.3.1 比例

38、放大器的分類(1) 按放大器輸出控制電流的通路數(shù)可將比例放大器分為單通路和雙通路兩種類型。單通路比例放大器用于控制單個(gè)電磁鐵的比例元件，（雙通路比例放大器用于控制三位比例方向閥、壓力流量復(fù)合控制閥）等帶有兩個(gè)比例電磁鐵的比例元件。需要注意的是，雙通路比例放大器工作時(shí)，只有其中一個(gè)比例電磁鐵起實(shí)質(zhì)性的控制作用：當(dāng)控制三位比例方向閥時(shí)，比例放大器根據(jù)信號(hào)的極性選通一個(gè)起作用的比例電磁鐵。當(dāng)對(duì)壓力流量復(fù)合控制閥進(jìn)行壓力控制時(shí)，壓力閥電磁鐵起作用，流量閥電磁鐵的控制信號(hào)是一個(gè)定值。 (2) 按放大器內(nèi)是否帶反饋通路可將比例放大器分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類型。開環(huán)控制比例放大器沒有測(cè)量電路，反饋單元和

39、反饋通路PID調(diào)節(jié)器，通常帶有顫振信號(hào)發(fā)生器；閉環(huán)放大器用來控制帶電反饋比例閥，設(shè)置有測(cè)量放大電路，反饋比較環(huán)節(jié)和信號(hào)調(diào)節(jié)器。 (3) 按放大器內(nèi)運(yùn)算信號(hào)的類型，可將比例放大器分為數(shù)字式和模擬式。模擬式比例放大器按連續(xù)信號(hào)的方式工作，加在比例電磁鐵線圈兩端的信號(hào)為連續(xù)直流電壓，功耗較大；數(shù)字式比例放大器又分為數(shù)字信號(hào)放大器和開關(guān)式放大器。開關(guān)式放大器的功放管工作在截止或飽和區(qū)，即開關(guān)狀態(tài)，加在比例電磁鐵線圈兩端信號(hào)為脈沖電壓，功耗小。3.3.2 電液比例控制元件對(duì)比例放大器的要求(1) 實(shí)現(xiàn)從電壓信號(hào)到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并提供與輸入電壓成比例且功率足夠的控制電流。因?yàn)楸壤姶盆F需要輸出力去控制發(fā)

40、生的運(yùn)動(dòng)，而磁場(chǎng)中銜鐵的輸出力又與電流成比例。比例放大器中，輸出電流的單元稱為功率放大級(jí)，處理和運(yùn)算電壓信號(hào)的單元稱為控制級(jí)或前置級(jí)。為克服比例電磁鐵線圈電感反電動(dòng)勢(shì)對(duì)頻寬的影響，比例放大器中大多采用帶深度電流負(fù)反饋的恒流源作為功率放大級(jí)。 (2) 具有足夠的功率驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵中銜鐵上的負(fù)載其輸入阻抗大，輸出阻抗與比例電磁鐵線圈阻抗匹配。(3) 輸入端有各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的接口，易于實(shí)現(xiàn)與不同信號(hào)發(fā)生裝置的連接采用標(biāo)準(zhǔn)電源供電。(4) 信號(hào)的波形、幅值、頻率符合電液比例閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求。(5) 易于檢測(cè)控制信號(hào)和反饋信號(hào)，具有基本的故障診斷和元件保護(hù)功能。(6) 能產(chǎn)生正確有效的控制信號(hào)（含手

41、動(dòng)控制信號(hào)）。這意味著除了有信號(hào)發(fā)生裝置外，還必須有邏輯控制與信號(hào)處理裝置。如為了減小比例元件死區(qū)的影響，放大器因能夠提供幅值可調(diào)的初始電流；為減小滯環(huán)（含磁滯）的影響，放大器的輸出電流因含有一定頻率和幅值的顫振電流分量。為減小系統(tǒng)過度過程產(chǎn)生的沖擊，對(duì)階越輸入信號(hào)能自動(dòng)生成速率可調(diào)的斜坡信號(hào)，等等。3.3.3比例放大器的基本控制電路不同控制元件組成的比例放大器，其具有的電路形式和參數(shù)不同，但它們都是由基本的控制電路組成的。集成運(yùn)算放大器組成的電路具有體積小、可靠性高、設(shè)計(jì)和使用方便的優(yōu)點(diǎn)，比例放大器都采用集成運(yùn)算放大器來組成基本的控制電路。下面將對(duì)比例放大器常用的基本控制電路的工作原理進(jìn)行分

42、析。一個(gè)完整的比例閥或比例泵電控系統(tǒng)包含的基本電路如下圖所示： 圖3-12 比例元件電控系統(tǒng)基本電路框圖由圖可見，比例放大器包括穩(wěn)壓電源電路、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)處理電路、功率放大電路、反饋檢測(cè)與處理電路、邏輯控制電路等。第4章 節(jié)流閥工作總原理分析及其性能參數(shù)指標(biāo)4.1原理分析圖4-1電液比例節(jié)流閥的連接圖上圖為整個(gè)比例閥的連接示意圖，比例節(jié)流閥工作時(shí)，比例放大器不斷比較從其引腳傳來的對(duì)節(jié)流閥的閥芯開度的設(shè)定值及由P2引腳反饋回的主閥閥芯的位移實(shí)際值，如果兩者相等，比例控制系統(tǒng)不動(dòng)作，維持原樣不變。但二者會(huì)因?yàn)橥獠繉?duì)比例閥進(jìn)行了重新調(diào)定或液壓系統(tǒng)的沖擊、負(fù)載的變化及其它不穩(wěn)定的因素導(dǎo)致主閥閥芯

43、偏移了設(shè)定值因素導(dǎo)致不相等。當(dāng)比例放大器檢測(cè)到主閥閥芯實(shí)際值與比例放大器的設(shè)定值出現(xiàn)差值時(shí)，控制系統(tǒng)的下一步任務(wù)就是要去除該差值。 由前3.3.4“主閥閥芯的受力分析”一節(jié)所述可知，不管在正向通流情況下還是在反向通流情況下，主閥閥芯的增量為時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制腔壓力增量都為： （4-1）這就是說要消除調(diào)定值與實(shí)際值之間的差值，應(yīng)當(dāng)使控制腔的壓力產(chǎn)生一個(gè)增量值，而由前所述，控制腔的壓力是由本閥的先導(dǎo)閥-電液比例三通減壓溢流閥來調(diào)定的，先導(dǎo)閥的出口壓力即為控制腔的壓力，而先導(dǎo)閥的出口壓力又受比例電磁鐵的輸出力來調(diào)定，故要使控制腔的壓力發(fā)生變化，必須要使比例電磁鐵的輸出推力變化一個(gè)增量。而由3.4.3“先

44、導(dǎo)閥閥芯詳細(xì)受力分析”一節(jié)可知比例電磁鐵的輸出推力增量與控制腔壓力的關(guān)系為：= （4-2）將式（4-1）代入式（4-2），得到比例電磁鐵的輸出推力增量值與主閥閥芯的增量之間的關(guān)系式=(4-3)將參數(shù)代入得：18.779(4-4)該式的數(shù)學(xué)意義為要使閥芯開度變化，對(duì)應(yīng)的比例電磁鐵的輸出推力應(yīng)變化，舉例說明，要想使閥芯開度變化1mm，則比例電磁鐵的輸出推力應(yīng)變化18.799N。綜合上面所述，比例放大器在經(jīng)比較得出閥芯開度的實(shí)際值與經(jīng)p1引腳輸入的設(shè)定值之間的差值后，在比例放大器內(nèi)經(jīng)一系列特定運(yùn)算，使得比例電磁鐵的輸出推力變化一個(gè)增量18.779。經(jīng)過這一過程后，差值將消除，主閥閥芯開度將精確的處于

45、調(diào)定值上，這樣就完成了一個(gè)控制過程。即實(shí)現(xiàn)了主閥閥芯開度由比例放大器的輸入端來調(diào)定的控制過程。而由第二章流量控制的基本原理中式(3-1)，在主閥節(jié)流口前后壓差不變的情況下，節(jié)流閥的流量與其閥芯開度成正比關(guān)系，那么比例放大器的輸入端就最終控制了整個(gè)節(jié)流閥的流量。結(jié) 論 電液比例控制技術(shù)是一門起步較晚，但發(fā)展極為迅速、應(yīng)用已相當(dāng)廣泛的機(jī)電液一體化綜合技術(shù)。今天，電液比例控制技術(shù)以其一系列優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，在新系統(tǒng)設(shè)計(jì)和舊設(shè)備改造中正成為用戶的重要選擇方案，對(duì)提高企業(yè)的技術(shù)專裝備水平和設(shè)備的自動(dòng)化程度，發(fā)揮了極為重要的作用。電液比例控制技術(shù)一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是與電液伺服技術(shù)的密切結(jié)合，產(chǎn)生所謂的電液比例伺服技術(shù)。我在設(shè)計(jì)過程中，深刻地體會(huì)到到當(dāng)今工業(yè)界的一個(gè)極為重要的發(fā)展趨勢(shì)是機(jī)、電、液一體化，相應(yīng)的機(jī)電液一體化技術(shù)將體現(xiàn)到一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力水平，甚至關(guān)系到國(guó)防實(shí)力，各國(guó)如果沒有認(rèn)清這一趨勢(shì)，不予以高度重視，將在這一領(lǐng)域內(nèi)迅速落伍，并可能在未來的綜合國(guó)力較量中落于下風(fēng)。 對(duì)液壓方面的的知識(shí)我們以前雖開過液壓傳動(dòng)一門課程，但該課程對(duì)電液比例閥這一塊并沒有詳細(xì)的講，因此作這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來說是很有挑戰(zhàn)性的，電液比例控制的相關(guān)知識(shí)應(yīng)從頭學(xué)起，其中尤其是由于我最后將要設(shè)計(jì)的電液比例節(jié)流閥主閥采用插裝式結(jié)構(gòu)時(shí)，又要對(duì)插