帶位移電反饋的二級(jí)電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)

50頁 27000字?jǐn)?shù)+論文說明書+25張CAD圖紙【詳情如下】

DBJ01-01主閥閥芯.dwg

DBJ01-02主閥彈簧.dwg

DBJ01-03主閥閥套.dwg

DBJ01-04控制蓋板.dwg

DBJ01-05先導(dǎo)閥頂蓋.dwg

DBJ01-06先導(dǎo)閥閥套.dwg

圖3-1  控制蓋板.DWG

圖3-10  先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)示意圖圖.DWG

圖3-11  先導(dǎo)閥的示意簡圖.DWG

圖3-12  比例元件電控系統(tǒng)基本電路框圖.DWG

圖3-13  比例電磁鐵的結(jié)構(gòu).DWG

圖3-14　比例電磁鐵的特性.DWG

圖3-15　比例電磁鐵的電流－力特性曲線.DWG

圖3-2  控制蓋板尺寸.DWG

圖3-3  主閥閥套的尺寸示意圖.DWG

圖3-4  主閥閥套尺寸.DWG

圖3-5　主閥閥芯結(jié)構(gòu)圖.DWG

圖3-6  插裝閥面積比的示意圖.DWG

圖3-7  直動(dòng)式減壓閥工作原理示意圖.DWG

圖3-8  先導(dǎo)閥示意圖.DWG

圖3-9  先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖.DWG

圖4-1　電液比例節(jié)流閥的連接圖.DWG

圖5-1  開環(huán)控制系統(tǒng)示意圖.DWG

圖5-2  閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖.DWG

帶位移電反饋的二級(jí)電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)論文.doc

電液比例節(jié)流閥的連接及說明圖.dwg

目錄

前言…………………………………………………………………………………………………………1

正文…………………………………………………………………………………………………………2

1 緒論…………………………………………………………………………………………………………2

1.1 電液比例閥概述……………………………………………………………………………………2

1.2 電液比例閥的特點(diǎn)與分類…………………………………………………………………………2

1.3 電液比例閥的發(fā)展階段……………………………………………………………………………3

1.4 電液比例技術(shù)在我國的發(fā)展………………………………………………………………………5

1.5 比例流量閥………………………………………………………………………………………5

2 流量閥控制流量的一般原理………………………………………………………………………………7

2.1 流量控制的基本原理………………………………………………………………………………8

2.4 主閥閥芯節(jié)流口形式的確定………………………………………………………………………8

3 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………9

3.1 插裝閥介紹………………………………………………………………………………………9

3.2 控制蓋板的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………9

3.3 插裝式主閥設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………11

3.4 先導(dǎo)閥設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………………21

3.5 彈簧的選用………………………………………………………………………………………30

3.6 公差與配合的確定………………………………………………………………………………31

3.7 比例放大器………………………………………………………………………………………33

3.8 比例電磁鐵………………………………………………………………………………………36

3.9 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………………………37

4 節(jié)流閥工作總原理分析及其性能參數(shù)指標(biāo)……………………………………………………………38

4.1 原理分析…………………………………………………………………………………………38

4.2 靜態(tài)性能指標(biāo)……………………………………………………………………………………39

4.3 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)……………………………………………………………………………………40

5 比例控制系統(tǒng)……………………………………………………………………………………………41

    5.1 反饋的概念………………………………………………………………………………………41

    5.2 閉環(huán)控制與開環(huán)控制……………………………………………………………………………41

    5.3 電液比例控制系統(tǒng)的組成……………………………………………………………………42

5.4 電液比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)………………………………………………………………………43

5.5 比例控制系統(tǒng)的分類……………………………………………………………………………43

5.6 比例控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢………………………………………………………………………44

5.7 小結(jié)……………………………………………………………………………………………44

結(jié)論…………………………………………………………………………………………………………45

參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………………46

致謝…………………………………………………………………………………………………………47

前言

現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對液壓閥在自動(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，對伺服閥進(jìn)行簡化而發(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)國家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度將從一個(gè)側(cè)面反映該國的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此各發(fā)達(dá)國家都非常重視發(fā)展電液比例技術(shù)。

我國在電液比例技術(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，我國電液比例技術(shù)與國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。

基于以上所述，本設(shè)計(jì)將對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。

本說明書各章節(jié)安排如下：

第一章給出了電液比例電液閥的定義，概述了電液比例閥特點(diǎn)、分類及其發(fā)展階段。另外還對電液比例流量閥、電液比例節(jié)流閥作了簡單的介紹。

第二章對流量控制的基本原理進(jìn)行闡述，是本設(shè)計(jì)理論依據(jù)的基礎(chǔ)。

第三章是本閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程，依次對閥的組成部分如控制蓋板、插裝式主閥、先導(dǎo)閥進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對比例放大器、比例電磁鐵也進(jìn)行了介紹與分析。此章是整個(gè)說明書的核心章節(jié)。

第四章在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后對閥的具體控制原理和性能參數(shù)進(jìn)行了闡述。

第五章是對比例控制系統(tǒng)的介紹。由于比例閥在液壓系統(tǒng)中最終應(yīng)用效果將很大一部分取決于比例控制系統(tǒng)，故單獨(dú)一章對比例控制系統(tǒng)做一個(gè)介紹。

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。 

1　緒論

由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)屬于電液比例閥這一大類，故此先簡略介紹一下電液比例閥：

1.1 電液比例閥概述

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。

1.2 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，對有些場合，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，比例閥可簡單地對油液壓力、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2／3)，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

性能 比例閥 伺服閥 開關(guān)閥

過濾精度( )

25 3 25～50

閥內(nèi)壓降( )

0.5～2 7 0.25～50

滯環(huán)(%) 1～3 1～3 －

重復(fù)精度(%) 0.5～1 0.5～ －

頻寬(Hz/3dB) 25 20～200 －

中位死區(qū) 有 無 有

價(jià)格比 1 3 0.5

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。前兩者為單參數(shù)控制閥，后兩種為多參數(shù)控制閥。比例方向閥能同時(shí)控制流體運(yùn)動(dòng)的方向和流量，是一種兩參數(shù)控制閥，因此有的書上稱之為比例方向流量閥。還有一種被稱作比例壓力流量閥的兩參數(shù)控制閥，能同時(shí)對壓力和流量進(jìn)行比例控制。有些復(fù)合閥能對單個(gè)執(zhí)行器或多個(gè)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的同時(shí)控制，這種分類方法是最常見的分類方法。

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)展趨勢是與電液伺服技術(shù)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)國家的綜合國力水平，甚至關(guān)系到國防實(shí)力，各國如果沒有認(rèn)清這一趨勢，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力較量中落于下風(fēng)。

    另外，微電子技術(shù)發(fā)展至今，已具有巨大的作用力。作為人類社會(huì)第三次工業(yè)技術(shù)革命的代表的微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的密切結(jié)合，已經(jīng)改變了整個(gè)工業(yè)的面貌，同時(shí)，這種影響還會(huì)繼續(xù)迅速的進(jìn)行下去，過程還會(huì)更快，更深入。微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的這種結(jié)合，大大地提高了的工業(yè)控制的精度和復(fù)雜度，把原本不可能做到的事情或是很難做到的事變?yōu)榭赡?。因此，我們?yīng)該相當(dāng)?shù)闹匾暟l(fā)展微電子技術(shù)及其在控制中的應(yīng)用。

    對液壓方面的的知識(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)，又要對插裝閥這一塊全新的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，而且這些方面我實(shí)際能找的資料也不多，所以要克服的困難很多，在做的時(shí)候感覺很累。一些結(jié)構(gòu)尺寸幾經(jīng)修改還很難定下，這些使我對當(dāng)一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師的艱辛有了一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。

    經(jīng)過這幾個(gè)月來的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對資料的搜集、分類整理能力得到了提高，文字組織能力得到了鍛煉，這對我以后的工作和學(xué)習(xí)是很有好處的。同時(shí)，做畢業(yè)設(shè)計(jì)使我的思維更嚴(yán)謹(jǐn)，也培養(yǎng)了我一絲不茍的工作作風(fēng)，并使我對以前的所學(xué)的又有點(diǎn)遺忘的知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍，對這些知識(shí)有了更加深刻的理解，并且有了新的體會(huì)，正所謂“溫故而知新”。另外，我對word軟件、CAD軟件的運(yùn)用水平及寫作論文的能力在做畢業(yè)的過程中得到了大大提高。

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致謝

在克服了許多困難之后，我終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了。

本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下完成的。在大四這半年來的學(xué)習(xí)過程中老師給我提供了寶貴的畢業(yè)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)并在設(shè)計(jì)上給予我耐心的指導(dǎo)，同時(shí)我也學(xué)會(huì)了如何把專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在我們即將走出大學(xué)校門之時(shí)，讓我以最誠摯的心情來感謝四年來所有教過我的老師們，謝謝你們給予我的指導(dǎo)和關(guān)懷；也讓我感謝四年來在一起學(xué)習(xí)、生活的同窗好友們，謝謝你們給予我的照顧。

畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束后，很快我將踏上工作崗位，四年時(shí)間學(xué)習(xí)到的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)將對我今后走向崗位帶來很大的幫助。在今后的日子中，我將會(huì)很懷念這四年來的本科學(xué)習(xí)生活，也將會(huì)時(shí)時(shí)回憶曾經(jīng)對我諄諄教誨的的老師們和曾在一起生活了四年的同學(xué)們。

最后，懇請所有讀到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師多提寶貴意見，不吝賜教。

再次說一句，謝謝了。

帶位移電反饋的二級(jí)電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì) 摘要： 電液比例技術(shù)發(fā)展迅猛，以其控制精度較高、結(jié)構(gòu)簡單、成本合理等優(yōu)點(diǎn)在 工業(yè)生產(chǎn)中獲得了越來越來廣泛的應(yīng)用，它的 發(fā)展程度也可從一個(gè)側(cè)面反映一個(gè)國家液壓工業(yè)技術(shù)水平，因而日益受到各國工業(yè)界的重視。 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 32大流量 為 480L/油口額定工作壓力為 油口額定工作壓力為 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 ； 插裝閥； 比例電磁鐵 of of it in by so of a a so by of is of on to of of of of s is is s 2mm,80L/1 1 目錄 前言 ?????????????????? ?????????????????????? 1 正文 ???????????????????????????????????????? 2 1 緒論 ???????????????????????????????????????? 2 液比例閥概述 ???????????????????????????????? 2 液比例閥 的特點(diǎn)與分類 ???????????????????????????? 2 液比例閥的發(fā)展階段 ????????????????????????????? 3 液比 例技術(shù)在我國的發(fā)展 ??????????????????????????? 5 例流量閥 ????????????????????????????????? 5 2 流量閥控制流量的一般原理 ??? ????? ?????????????????????? 7 量控制的基本原理 ?????????????????????????????? 8 閥閥芯節(jié)流口形式的確定 ??????????????????????????? 8 3 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?????????????????????????? ?????? 9 裝閥介紹 ????????????????????????? ? ??????? 9 制蓋板的設(shè)計(jì) ??????????????????????????????? 9 裝式主閥設(shè)計(jì) ??????????????????????????????? 11 導(dǎo)閥設(shè)計(jì) ????????????????????????????????? 21 簧的選用 ????????????????????????????????? 30 差與配合的確定 ?????????? ???????????????????? 31 例放大器 ????????????????????????????????? 33 例電磁鐵 ????????????????????????????????? 36 構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié) ???????????????????????????????? 37 4 節(jié)流閥工作總原理分析及其 性能參數(shù)指標(biāo) ??????????????????????? 38 理分析 ?????????????????????????????????? 38 態(tài)性能指標(biāo) ???????????????????????????????? 39 態(tài)性能指標(biāo) ???????????????????????????????? 40 5 比例控制系統(tǒng) ?????????????? ???? ????????????????? 41 饋的概念 ????????????????????????????????? 41 環(huán)控制與開環(huán)控制 ?????????? ? ?????????????????? 41 液比例控制系統(tǒng)的組成 ???????? ?????????????????? 42 液比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn) ??????????????????????????? 43 例控制系統(tǒng)的分類 ?????? ???? ??????????????????? 43 2 2 例控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ??????????????????????????? 44 結(jié) ??????????????????????????????????? 44 結(jié)論 ???????????????????????????????????????? 45 參考文獻(xiàn) ??????? ??????????????????????????????? 46 致謝 ???????????????????????????????????????? 47 3 3 前言 現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對液壓閥在自動(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，對伺服閥進(jìn)行簡化而發(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)國家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度將從一個(gè)側(cè)面反映該國的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此各發(fā)達(dá)國家都非常重視發(fā)展電液比例技術(shù)。 我國在電液比例技術(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，我國電液比例技術(shù)與國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。 基于以上所述，本設(shè)計(jì)將對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。 本 說明書各章節(jié)安排如下： 第一章給出了電液比例電液閥的定義，概述了電液比例閥特點(diǎn)、分類及其發(fā)展階段。另外還對電液比例流量閥、電液比例節(jié)流閥作了簡單的介紹。 第二章對流量控制的基本原理進(jìn)行闡述，是本設(shè)計(jì)理論依據(jù)的基礎(chǔ)。 第三章是本閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程，依次對閥的組成部分如控制蓋板、插裝式主閥、先導(dǎo)閥進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算 ，并對比例放大器、比例電磁鐵也進(jìn)行了介紹與分析。此章是整個(gè)說明書的核心章節(jié)。 第四章在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后對閥的具體控制原理和性能參數(shù)進(jìn)行了闡述。 第五章是對比例控制系統(tǒng)的介紹。由于比例閥在液壓系統(tǒng)中最終應(yīng)用效果將很大一部分取決于比例控制系統(tǒng)，故單獨(dú)一章對比例控制系統(tǒng)做一個(gè)介紹。 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。 4 4 1 緒論 由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)屬于電液比例閥這一大類，故此先簡略介紹一下電液比例閥： 液比例閥概述 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 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 ，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。 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，對有些場合，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，比例閥可簡單地對油液壓力、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 2／ 3)，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電液比例元件和伺服、數(shù)字、開關(guān)元件的特性比較 性能 比例閥 伺服閥 開關(guān)閥 過濾精度 ( m? ) 25 3 25～ 50 閥內(nèi)壓降 ( 2 7 50 滯環(huán) (%) 1～ 3 1～ 3 － 重復(fù)精度 (%) 1 － 頻寬 (25 20～ 200 － 中位死區(qū) 有 無 有 價(jià)格比 1 3 例控制元件的種類繁多，性能各異，有多種不同的分類方法。 類別 類別 5 5 (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。前兩者為單參數(shù)控制閥，后兩種為多參數(shù)控制閥。比例方向閥能同時(shí)控制流體運(yùn)動(dòng)的方向和流量，是一種兩參數(shù)控制閥，因此有的書上稱之為比例方向流量閥。還有一種被稱作比例壓力流量閥的兩參數(shù)控制閥，能同時(shí)對壓力和流量進(jìn)行比例控制。有些復(fù)合閥能對單個(gè)執(zhí)行器或多個(gè)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的同時(shí)控制，這種分類方法是最常見的分類方法。 (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。直動(dòng)式是由電一機(jī)械轉(zhuǎn)換元件直接推動(dòng)液壓功率級(jí)。由于受電一機(jī)械轉(zhuǎn)換元件的輸出力的限制，直動(dòng)式比例閥能 控制的功率有限，一般控制流量都在 15L/導(dǎo)控制式比例閥由直動(dòng)式比例閥與能輸出較大功率的主閥級(jí)構(gòu)成。前者稱為先導(dǎo)閥或先導(dǎo)級(jí)，后者稱主閥功率放大級(jí)。根據(jù)功率輸出的需要，它可以是二級(jí)或三級(jí)的比例閥。二級(jí)比例閥可以控制的流量通常在 500L/例插裝閥可以控制的流量達(dá) 1600L/(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。不帶反饋型一類，是從開關(guān)式或定值控制型的傳統(tǒng)閥上加以改進(jìn)，用比例電磁鐵代替手輪調(diào)節(jié)部分而成；帶反饋型一類，是借鑒伺服 閥的各種反饋控制發(fā)展起來的。它保留了伺服閥的控制部分，降低了液壓部分的精度要求，或?qū)σ簤翰糠种匦略O(shè)計(jì)而構(gòu)成。因此，有時(shí)也被稱作廉價(jià)伺服閥。反饋型又分為流量反饋、位移反饋和力反饋。也可以把上述量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的其它量或電量再進(jìn)行級(jí)間反饋，又可構(gòu)成多種形式的反饋型比例閥。例如，有流量一位移一力反饋、位移電反饋、流量電反饋等。凡帶有電反饋的比例閥，控制它的電控器需要帶能對反饋電信號(hào)進(jìn)行放大和處理的附加電子電路。 (4) 按比例閥主閥芯的型式來分，又可分為滑閥式和插裝式?；y式是在傳統(tǒng)的三類閥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；而插裝 式是在二通或三通插裝元件的基礎(chǔ)上，配以適當(dāng)?shù)谋壤葘?dǎo)控制級(jí)和級(jí)間反饋聯(lián)系組合而成。由于它具有動(dòng)態(tài)性能良好，集成化程度高，流通量大等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的比例元件。 (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，用于對頻寬和控制精度要求不高的場合。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。 盡管上面己列舉了幾種不同的分類方法，但并未能把不同的比例閥的性能、特征都詳盡無遺地反映出來。例如，還可按控制信號(hào) 的形式來分，它又分為模擬信號(hào)控制式，脈寬調(diào)制信號(hào)控制式和數(shù)字信號(hào)控制式。特別是在機(jī)電一體化方面的需要，很多新型的比例元件不斷出現(xiàn)，為比例閥的家族增添新成員。 液比例閥的發(fā)展階段 比例控制技術(shù)產(chǎn)生于 20世紀(jì) 60年代末，當(dāng)時(shí) ， 電液伺服技術(shù)已日趨完善 ，由于伺服閥的快速響應(yīng)及較高的控制精度，以及明顯的技術(shù)優(yōu)勢，迅速在高精度、快速響應(yīng)的領(lǐng)域中，如航天、航空、軋鋼設(shè)備及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等中取代了傳統(tǒng)的機(jī)電控制方式 ，但電液伺服閥成本高、應(yīng)用和維護(hù)條件苛刻，難以 6 6 被工業(yè)界接受。 在很多工業(yè)應(yīng)用場合并不要求太高的控制精度或 響應(yīng)性，而要求發(fā)展一種廉價(jià)、節(jié)能、維護(hù)方便、適應(yīng)大功率控制及具有一定控制精度的控制技術(shù)。 這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生與發(fā)展。 而現(xiàn)代電子技術(shù)和測試技術(shù)的發(fā)展為工程界提供了可靠而廉價(jià)的檢測、校正技術(shù)。這些正為電液比例技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。 1967年瑞士 要是將比例型的電 - 機(jī)械轉(zhuǎn)換器 (比例電磁鐵 ) 應(yīng)用于工業(yè)液壓閥。比例技術(shù)的發(fā)展由此往下大致可分為三個(gè)階段： (1) 從 1967年瑞士 合閥起，到 70 年代初日本油研公司申請了壓力和流量兩項(xiàng)比例閥專利為止，標(biāo)志著比例技術(shù)的誕生時(shí)期。這一階段的比例閥，僅僅是將比例型的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器 (如比例電磁鐵 )用于工業(yè)液壓閥，以代替開關(guān)電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則幾乎沒有變化，大多不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)。其工作頻寬僅在 1態(tài)滯環(huán)在 4間，多用于開環(huán)控制。 (2) 1975 年 到 1980 年間，可以認(rèn)為比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第二階段。采用各種內(nèi)反饋原理的比例元件大量問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上也日趨成熟。比例元件的工作 頻寬己達(dá)5態(tài)滯環(huán)亦減小到 3%左右。其應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴(kuò)大，不僅用于開環(huán)控制，也被應(yīng)用于閉環(huán)控制。 (3) 80年代，比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第三階段。比例元件的設(shè)計(jì)原理進(jìn)一步完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋、動(dòng)壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步的提高， 頻寬達(dá)到 3環(huán)在 19/6間。 除了因制造成本所限，比例閥在中位仍保留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均己和工業(yè)伺服閥無異。另一項(xiàng)重大進(jìn)展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，己開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型 比例插裝閥，形成了電液比例插裝技術(shù)。同時(shí)，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的比例元件，電液比例技術(shù)逐步形成了 80年代的集成化趨勢。第三個(gè)值得指出的進(jìn)展是電液比例容積元件，各類比例控制泵和執(zhí)行元件相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而且 計(jì)算機(jī)技術(shù)同液壓比例技術(shù)相結(jié)合已成為必然趨勢。 近年來比例閥出現(xiàn)了復(fù)合化趨勢，極大地提高了比例閥 (電反饋 ) 的工作頻寬。在基礎(chǔ)閥的基礎(chǔ)上，發(fā)展出先導(dǎo)式電反饋比例方向閥系列，它與定差減壓閥或溢流閥的壓力補(bǔ)償功能塊組合，構(gòu)成電反饋比例方向流量復(fù)合閥， 可進(jìn)一步取得與負(fù)載協(xié)調(diào)和節(jié)能效果。 今天，隨著微電子技術(shù)和數(shù)學(xué)理論的發(fā)展，比例閥技術(shù)已達(dá)到比較完善的程度，已形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對已成熟的產(chǎn)品，為進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用，在保持原基本性能與技術(shù)指標(biāo)的前提下，向著簡化結(jié)構(gòu)、提高可靠性、降低制造成本及“四化”（通用化、模塊化、組 合 化、集成化）的方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，降低制造成本。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，由電液伺服閥、電液比例閥，以及配用的專用電子控制器和相應(yīng)的液壓元件，組合集成電液伺服比例控制系統(tǒng)的相互支撐發(fā)展，已綜合形成液壓工程技術(shù)，它的應(yīng)用與發(fā)展被認(rèn)為 7 7 是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志，是液壓工業(yè)又一個(gè)新的技術(shù)熱點(diǎn)和增長點(diǎn)。 液比例技術(shù)在我國的發(fā)展 在我國，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)我國液壓工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 我國電液伺服技術(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)?？偟目?，我國電液伺服比例技術(shù)與國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。 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。 例流量閥分類 (參見文獻(xiàn) [1] 443 (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 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。 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) [1]348 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。 與普通型直動(dòng)式電液比例節(jié)流閥的差別在于增設(shè)了位移傳感器，用于檢測閥芯的位移。通過檢測閥芯的位移，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 8 8 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。 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)行壓力檢測補(bǔ)償反饋，所以其通過流量仍與閥口壓差相關(guān)。 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。 對于 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) [2]350頁）。 9 9 2 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，故下面將對流量控制的基本原理進(jìn)行闡述。 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： ?? ??? )( 21 （ 2 式中： ―流量閥控制的流量； C ――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， 對確定的閥口和工作介質(zhì)， C 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)； p? ――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 由實(shí)驗(yàn)求得。 由式 (2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。 量閥的控制方式 (1) 節(jié)流控制 如式 (2， C 為常數(shù)，因此一般不能對它進(jìn)行調(diào)節(jié)，而控制 p? 來調(diào)節(jié)流量很不方便 ， 一般只能通過調(diào)節(jié) 辦法來控制流量。當(dāng)只調(diào)節(jié) 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)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， p? 的變化對 影響也就越大。一般來說節(jié)流口為薄壁孔時(shí) ? ? 長孔時(shí) ? ? 1。 故為增大流量控制準(zhǔn)確性，減小對 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 10 10 閥稱為調(diào)速閥。 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 （ 3 ? 為 因而式 （ 3為 下式： T ?? (2本設(shè)計(jì)擬定 調(diào)節(jié) 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。 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) [4]109頁 ） : (1) 針閥式節(jié)流口 針閥做軸向移動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)了環(huán)形通道的大小，由此改變了流量。這種結(jié)構(gòu)加工簡單，但節(jié)流口長度大，水力半徑小，易堵塞，流量受油溫影響較大。一般用于對性能要求不高的場合。 (2) 偏心式節(jié)流口 在閥芯上開一個(gè)截面為三角形（或矩形）的偏心槽。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯時(shí)，就可以改變通 道大小，由此調(diào)節(jié)流量。這種節(jié)流口的性能與針閥式節(jié)流口相同，但容易制造。其缺點(diǎn)是閥芯上的徑向力不平衡，旋轉(zhuǎn)閥芯時(shí)較費(fèi)力，一般用于壓力較低、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場合。 (3) 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。 (4) 縫隙式節(jié)流口 閥芯上開有狹縫，油液可以通過狹縫流入閥芯內(nèi)孔，從旁側(cè)的孔流出。旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以做成薄刃結(jié)構(gòu)，從而獲 得較小的流量，但是閥芯受徑向不平衡力作用，故只在低壓節(jié)流閥中采用。 (5) 軸向縫隙式節(jié)流口 在套筒上開有軸向縫隙，軸向移動(dòng)閥芯就可改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以做成單薄刃或雙薄刃式結(jié)構(gòu)，流量對溫度不敏感。在小流量時(shí)水力半徑大，故小流量時(shí)穩(wěn)定性好，可用于性能要求較高的場合，但節(jié)流口在高壓下易變形，使用時(shí)應(yīng)改變結(jié)構(gòu)剛度。 由于本 設(shè)計(jì)中 閥的設(shè)計(jì)要求為通徑 32于大流量應(yīng)用場合，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 于高壓應(yīng)用場合，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。 11 11 3 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 32大流量480L/此該閥屬于高壓大流量閥， 而 今天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， 有必要在此對插裝閥作簡要介紹。 裝閥 介紹 插裝閥的主要產(chǎn)品是二通蓋板式插裝閥，它是在 20世紀(jì) 70 年代，根據(jù)各類控制閥閥口在功能上或是固定、或是可調(diào)、或是可控液阻的原理，發(fā)展起來的一類覆蓋壓力、流量、方向以及比例控制等的新型控制閥類。 插裝閥的基本構(gòu)件為標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化程度很高的插裝式閥芯、閥套、插裝孔和適應(yīng)各種控制功能的蓋板組件，具有涌流能力大、液阻小、密封性好、響應(yīng)快及控制自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。 由于插裝閥是一種標(biāo)準(zhǔn)化的閥，所以閥的一些關(guān)鍵尺 寸必須符合相關(guān)規(guī)定。在我國，插裝閥必須符合 裝閥的組成 一般由插裝主閥、控制蓋板、通道塊三部分組成。 插裝主閥由閥套、彈簧、閥芯（一般為錐閥芯）及相關(guān)密封件組成，可以看成是兩級(jí)閥的主級(jí)，有多種面積比和彈簧剛度，主要功能是控制主油路中油流方向、壓力和流量； 控制蓋板上根據(jù)插裝閥的不同控制功能，安裝有相應(yīng)的先導(dǎo)控制級(jí)元件； 通道塊既是插入元件及安裝控制蓋板的基礎(chǔ)閥體，又是主油路和控制油路的連通體。 裝閥的優(yōu)點(diǎn) (1) 插裝閥有許多滑閥不具有的一 個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)即標(biāo)準(zhǔn)化程度高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用靈活。將一個(gè)或若干個(gè)插裝元件進(jìn)行不同組合，并配以相應(yīng)的先導(dǎo)控制級(jí)，就可以組成方向控制、壓力控制、流量控制或復(fù)合控制等控制單元，內(nèi)阻小，適宜大流量工作； (2) 由于是閥座式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部泄漏非常小，沒有卡死現(xiàn)象。插裝閥被直接裝入集成塊的內(nèi)腔中，所以減少了漏油、振動(dòng)、噪聲和配管引起的故障，提高了可靠性； (3) 有良好的響應(yīng)性，能實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換； (4) 由于實(shí)現(xiàn)了液壓裝置緊湊集成化，可大幅度地縮小安裝空間與占地面積，與常規(guī)的液壓裝置相比結(jié)構(gòu)更簡單，且成本降低而可靠性提高，工 作效率也相應(yīng)提高； (5) 對于乳化液等低粘度的工作介質(zhì)也適宜，污染耐受力比滑閥式結(jié)構(gòu)更大。 制蓋板的設(shè)計(jì) 控制蓋板是總個(gè)閥各個(gè)元件的承載體，其上裝有插裝式主閥、先導(dǎo)閥、位移傳感器及比例電磁鐵。 12 12 因?yàn)椴逖b閥的各安裝尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各尺寸需查表按標(biāo)準(zhǔn)化尺寸來定； 控制蓋板的各部分尺寸如下： 圖 3控制蓋板 查文獻(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 32關(guān) 尺寸如下： 102026300055 由于控制蓋板右側(cè)將安裝先導(dǎo)閥，故將 長為 122，將其中的 長為 50。 本閥中，控制蓋板 將用四個(gè) 緊固螺釘 固定在通道塊上，此 為四個(gè) 四個(gè)緊固螺釘為 圓柱頭內(nèi)六角螺釘，其公稱直徑根據(jù)閥的要求選用 文獻(xiàn) [6]第二章螺紋連接中表緊固件的通孔及沉孔尺寸，確定控制蓋板上四個(gè)內(nèi)六角螺釘?shù)陌惭b孔的尺寸為： 607t= 本設(shè)計(jì)中控制蓋板中有三條油液通道，第一條為主閥控制腔至先導(dǎo)閥 二條為 口的孔道，第三條為先導(dǎo)閥的 口的孔道，由于此三條均為先導(dǎo)控制油通道，通過流量不會(huì)很大，故直徑不需要太大，但太小可能會(huì)容易堵塞，且流道太小也難以加工出來。故最終擬定三條通道直徑均采用３ 建議加工時(shí)可采用電火花加工出來。 綜合以上所述，確定控制蓋板相關(guān)尺寸如下： 13 13 3控制蓋板尺寸 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。 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，插裝閥必須符合 閥閥套的各尺寸如下： 14 14 控制蓋板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 32大流量 480L/閥芯帶位移 — 電反饋型先導(dǎo)控制， 故尺寸 2 查文獻(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 32 5, 5, 0 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、 一般對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，磨損后能在一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償 ； (4) 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低廉。 由上述要求，選用 封性能好、壽命長、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) 35密封可靠使用壓力可達(dá) 10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 5 15 封 圈。 查文獻(xiàn) [５ ] 第八章液壓輔件，確定 綜合以上所述，得到閥套的尺寸如下： 6 0 × 2 . 6 5 G G B 3 4 5 2 . 1 - 9 24 5 × 2 . 6 5 G G B 3 4 5 2 . 1 - 9 2圖 3主閥閥套尺寸 閥閥芯的設(shè)計(jì) 主閥閥芯 為錐閥，頂端帶有軸向三角槽式節(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桿相連。 按上述要求 初步擬定的主閥閥芯的示意圖 如下： 16 16 裝主閥彈簧的孔裝位移傳感器檢測桿的螺孔節(jié)流口圖 3閥閥芯結(jié)構(gòu)圖 裝式主閥 面積比的確定 如圖 3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 A 、 中 A 、別為閥芯主油口 口 處的面積， 控制腔Ｃ腔 的 面積，很明顯有 ?（ 3 面積比是指閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)， A 、 別與A， 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A /??。 錐閥中，面積比大體分為Ａ (1:Ｂ (1:Ｃ (1:Ｄ (1:Ｅ (1:類型。 在本閥中的面積比選用類型Ａ，即 1:于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求是通徑為 32ｍｍ，此處即面積 2ｍｍ，因此Ａ口的半徑 16ｍｍ。 17 17 A 圖 3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 222 ???????????? 得 所以 A = 216?? = A = 18 18 2＝ 閥閥芯的受力分析 首先 在主閥關(guān)閉時(shí)對主閥閥芯進(jìn)行 靜力分析 。 本設(shè)計(jì)中主閥采用兩種通流方式： ① 正向 通 流（ A－Ｂ通流）：節(jié)流閥的總進(jìn)油口接 出油口接 液從Ａ口流向Ｂ口； ② 反向 通 流 (Ｂ－Ａ通流 )：節(jié)流閥的總進(jìn)油口接 出油口接 液從 口。 在正向通 流 即Ａ－Ｂ通流且閥芯關(guān)閉時(shí)，對閥芯進(jìn)行受力分析如下： 往上的力 F ?? ＋ 往下的力 ? S C 1 A P 1P —— 節(jié)流閥進(jìn)油口處的工作壓力； A —— Ａ口的面積； 2P —— 節(jié)流閥出油口處的工作壓力； — — 閥芯受閥座向上的反力； — 控制腔油液的壓力； 主閥閥芯自重； 在主閥閥芯關(guān)閉時(shí)，彈簧的預(yù)緊力 建立主閥閥芯 關(guān)閉時(shí)的 靜力平衡方程 如下 ： 即 ＋ A P(3而當(dāng)閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，必有 于或等于 0，忽略閥芯自重， 得： ( A P)－ ( ) ? 0 (3 19 19 轉(zhuǎn)換得 ?(3正是要使主閥關(guān)閉 ， 控制腔壓力 須滿足的條件。 代入?yún)?shù)：本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求為節(jié)流閥額定進(jìn)口壓力為 定出口壓力為 壓差為１ 即 文獻(xiàn) [6] 初步擬定 主閥彈簧選擇剛度162N/擬定其預(yù)壓縮量為 20么主閥彈簧的預(yù)緊力 207240Ｎ (3將上述參數(shù)代入式 (3，得 2 40 0. 7 6 8*3 0 . 58 0 3. 8 4*3 1 . 5 ? ＝6 0 4 7 2 4 04 9 0 3 . 4 2 42 5 3 2 0 . 9 6 ?? 由上式可知， 須大于 閥閥芯才能關(guān)閉 ，或者說 是主閥閥芯的臨界關(guān)閉壓力 。 在反向流通即Ｂ－Ａ通流且閥芯關(guān)閉時(shí)，對閥芯進(jìn)行受力分析如下： 往上的力 F ?? ＋ 往下的力 ? S C 1 A P ＋ A P(3忽略閥芯自重， 要使主閥閥芯關(guān)閉 得： ( A P)－ ( ) ? 0 轉(zhuǎn)換為 1?(3 20 20 上式是反向通流下 ,主閥要關(guān)閉控制腔 須滿足的條件。 將參數(shù)代入得： 240 0 . 7 6 83 1 . 58 0 3 . 8 43 0 . 5 ??? ＝6 0 4 7 2 4 05 0 6 4 . 1 9 22 4 5 1 7 . 1 2 ??＝ 可見在反向通流情況下，主閥閥芯關(guān)閉 的臨界壓力為 主閥 閥芯 開啟時(shí)的 動(dòng) 力 分析 設(shè)閥芯質(zhì)量為 1m ， )(閥芯位移 1時(shí)間變化的函數(shù)，其方向的正向?yàn)殚y芯向上運(yùn)動(dòng)方向，起點(diǎn)為主閥芯關(guān)閉時(shí)的位置 。 在正向通流情況下，建立閥芯運(yùn)動(dòng)方程如下 ： 1()?????? (2 (3式中： ――主閥彈簧對閥芯施加的壓力； 為閥芯所受到的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，是閥芯移動(dòng)完畢，開口固定之后，液流通過閥口時(shí)因動(dòng)量變化而作用在閥芯上的力； 閥芯受到的摩擦力； 彈簧力 11 ?(3式中11主閥閥芯相對于關(guān)閉時(shí)的位移。 在工作狀態(tài)下，閥芯一般處于平衡位置 。 很明顯 此時(shí)有 閥芯加速度 1m (2 為 0。 由于穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力與閥芯所受其他力相比之下較小，因此將其忽略。同樣 ， 忽略閥芯自重及閥芯運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力， 21 21 則式 (3簡化為下式： ???? 1S (3轉(zhuǎn)化為 11 ???(3這就是正向通流情況下主閥節(jié)流口開度的決定公式。由該公式可見，如果在額定工作狀況下，進(jìn)、出油口工作壓力 1P 、 2P 等都是固定的，則節(jié)流口開度將主要決定于控制腔壓力 也可以將上式這樣轉(zhuǎn)化 : 11 ????(3由上式 可見 1線性關(guān)系，比例系數(shù)為1 將各常數(shù)值代入式 (3， 得 : 1－P+362 P ＋ (3上式說明，若 大，則閥芯將向下運(yùn)動(dòng)，閥芯開度將減?。? 若 小，閥芯將向上運(yùn)動(dòng)，則閥芯開度 1 增大。 在反向通流情況下，閥芯運(yùn)動(dòng)方程 將 變?yōu)椋? 1()?????? (2 (3簡化如下： ???? 1S (3所以 11 ???(3這就是在反向通流情況下，主閥節(jié)流口開度的決定公式 ，此 公式也可轉(zhuǎn)化為： 22 22 11 ????(3將各常數(shù)值代入，得 1－ P + 362 － P ＋ 61.7 (3主閥閥芯開度增量表達(dá)式 在正向通流情況下 ， 由式 (3閥芯開度增量： ???? 111 11 ????— )1 ????=－11() =－1(3代入?yún)?shù)得： 1＝－ P? ＝－ P? (3上式的數(shù)學(xué)含義為：當(dāng)控制腔的壓力增量為 時(shí)，對應(yīng)的閥芯開度增量將為－1－P? 。 將上式中自變量與變量調(diào)位，轉(zhuǎn)化為： ＝ 1??(3代入?yún)?shù) : ＝－－ (3上式的數(shù)學(xué)含義為： 在 流情況下， 當(dāng)閥芯開度增量為 1時(shí)， 對應(yīng)的 控制腔的壓力增量為 1??或 － 。 23 23 在 反向 通流情況下，閥芯開度增量： ???? 111 11 ????— )1 ????＝－1(3可見 在 反向 通流情況下的閥芯開度增量公式與 A－ 導(dǎo)閥設(shè)計(jì) 由第三章分析可知，節(jié)流閥的流量應(yīng)由控制主閥閥芯的開度來實(shí)現(xiàn) ， 而欲控制主閥閥芯的開度，則必須調(diào)節(jié)控制腔的壓力，那么 如何實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制腔的壓力呢？在我們所有已學(xué)過的知識(shí)中，減壓閥可完成此功能，油液流經(jīng)液壓系統(tǒng)中的減壓閥后，壓力降低，并基本恒定于減壓閥調(diào)定的壓力上。故本閥將采用減壓閥來作為節(jié)流閥的先導(dǎo)閥。 因此，下面將深入的分析減壓閥的工作原理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。 壓閥的分類 （參見文獻(xiàn) [2]146－ 147） (1) 用于減小液壓系統(tǒng)中某一支路的壓力，并使其保持恒定。例如，液壓系統(tǒng)的夾緊、控制潤滑等回路。這類減壓閥因其二次回路（出口壓力）基本恒定，稱為定值減壓閥。 (2) 有的減壓閥其一次 壓力（進(jìn)口壓力）與二次壓力之差能保持恒定，可與其它閥于節(jié)流閥組成調(diào)速閥等復(fù)合閥，實(shí)現(xiàn)節(jié)流口兩端的壓力補(bǔ)償及輸出流量的恒定，此類閥稱之為定差減壓閥。 (3) 還有的減壓閥的二次壓力與一次壓力成固定比例，此類閥稱之為定 比例 減壓閥。 由上述可知，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中先導(dǎo)閥應(yīng)采用定值減壓閥。 壓閥的工作原理 24 24 圖 3直動(dòng)式減壓閥工作原理 示意圖 上圖所示為直動(dòng)式定值減壓閥的結(jié)構(gòu)圖， 由圖 可以 看出，閥上開有三個(gè)油口：一次壓力油口（進(jìn)油腔） 次壓力油口（出油腔，下同）和外泄油口 K。來自液壓泵或高壓油路的一次壓力油從 閥芯（滑閥） 3的下端圓柱臺(tái)肩與閥孔間形成常開閥口（開度 X），從二次油腔 時(shí)通過流道 閥）底部面積上產(chǎn)生一個(gè)向上的液壓作用力，該力與調(diào)壓彈簧的預(yù)調(diào)力相比較。當(dāng)二次壓力未達(dá)到閥的設(shè)定壓力時(shí)，閥芯上移，開度 維持二次壓力恒定，不隨一次壓力變化而變化，該力與調(diào)壓彈簧的預(yù)調(diào)力相比較以對閥芯進(jìn)行控制。 當(dāng)出口壓力未達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，閥口全開，閥芯不工作。當(dāng)出口壓力達(dá)到調(diào)定壓力時(shí) ，閥芯上移，閥口關(guān)小，整個(gè)閥就處于工作狀態(tài)了。如忽略其它阻力，僅考慮閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可以認(rèn)為出口壓力基本上維持在某一定植 —— 調(diào)定值上。這時(shí)如出口壓力減小，閥芯下移，閥口開大，閥口處阻力減小，使出口壓力回升到調(diào)定值上。反之，如出口壓力增大，則閥芯上移，閥口關(guān)小，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降到調(diào)定值上。 由上述分析可知，減壓閥的輸出壓力是由彈簧來調(diào)定的，即彈簧力越大，減壓閥的輸出壓力也就越大。 在本設(shè)計(jì)中可采用比例電磁鐵的輸出推力來替代彈簧力調(diào)定減壓閥，即讓減壓閥的輸出壓力與比例電磁鐵輸出推力成比例關(guān)系。 但是這樣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問題，即當(dāng)比例電磁鐵輸入電流為 0時(shí)，則意味著減壓閥的出口壓力也為 0，而在本閥中減壓閥的出口連著控制腔，那樣就意味著控制腔的壓力也將會(huì)變?yōu)?0 ，而由 分析可知，控制腔壓力為 0時(shí)，主閥閥芯的開度為最大。而液壓閥在使用過程中，由許多難以預(yù)測的原因（如電網(wǎng)的斷電，控制系統(tǒng)的故障及比例電磁鐵自身電路故障等等）會(huì)導(dǎo)致比例電磁鐵突然斷電， 25 25 而如果此時(shí)比例電磁鐵輸出力為 0，閥芯開度為最大。那這樣將是很危險(xiǎn)的，因?yàn)榭赡軙?huì)導(dǎo)致一些難以預(yù)料的嚴(yán)重事故發(fā)生。 因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使比例電磁鐵斷電即輸出力為 0時(shí)，主閥閥芯是關(guān)閉的，以避免意外情況的發(fā)生。為達(dá)到此目的，本設(shè)