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插装式三通比例减压阀研究

作　者: 吕振军
导　师: 谢海波
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 三通比例减压阀比例电磁铁位移力特性 PWM波驱动液动力补偿 Labview
分类号: TH137.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电液比例技术在多路阀上的应用大大的改善了多路阀的性能,改善了工程机械的操控性,提高了自动化程度。电液比例多路阀主要采用比例压力阀作为先导级,通过先导阀控制主阀芯的位移进而控制系统流量。本课题以比例多路阀的先导级插装式三通比例减压阀做为研究对象,研制了大吨位汽车起重机用插装式三通比例减压阀,并在研发过程中提取了与之相关的一些理论。研发的过程包括阀部分的设计和比例电磁铁的设计。阀的设计主要利用流体力学的相关理论设计了阀的结构形式、阀口形式以及结构参数等。比例电磁铁的设计首先利用磁路计算的方式并结合比例电磁铁漏磁通的特殊性进行初步设计,然后利用Ansoft电磁场仿真对关键参数进行参数化仿真分析,确定了电磁铁的最终结构。利用Ansoft与AMESim联合仿真进一步分析了电磁铁及阀的结构参数对三通比例减压阀动静态性能的影响。搭建了阀的专用实验台,在Labview平台上编写了比例电磁铁实验台以及阀实验台的测试程序。加工了比例电磁铁样品以及三通比例减压阀样品并在实验台上进行了实验,实验表明样品与Bucher产品的动静态特性相近,另外通过实验验证了仿真模型的正确性。最后对样品进行了上车试验,验证了产品的实车性能。研发过程中的理论研究包含了以下几个方面：1)建立了三通比例减压阀控主阀的数学模型,利用数学模型对重要参数进行分析。2)对于影响比例电磁铁位移力特性的重要参数进行了分析,发现了比例电磁铁额定推力与有效行程之间的内在矛盾。将影响位移力特性的结构参数分为内部参数和外部参数,并分别研究了它们对于位移力特性的影响及其内在联系。3)通过比较不同占空比的PWM波的傅立叶级数,指出50%占空比的PWM波所含交流成分最大,过大或是过小的占空比的PWM波交流成分都很小从而造成电磁铁滞环的增大,进而指出这种驱动方式对于线圈电阻相应的要求。4)提出通过调整极靴结构参数来调整位移力特性进而实现液动力补偿的方法,并用仿真验证了这种方法的可行性。5)对于阀芯以及衔铁组件这两个加工难度高的零件和部件进行了工艺研究,确立了加工简单、成本低廉的结构。本论文的主要内容分为7章,现分述如下：第一章,在综合国内外文献的基础上,阐述了比例多路阀、三通比例减压阀以及比例电磁铁的发展应用和国内外研究现状,提出本课题的研究意义和主要研究内容。第二章,建立了三通比例减压阀控主阀系统的传递函数,在此数学模型基础上对一些重要参数对于系统动静态特性的影响进行分析,得到了一些有指导意义的结论。第三章,根据三通比例减压阀的实际需要确定了阀设计的目标参数,对阀部分的结构形式、阀口形式及结构参数进行设计计算,并对阀芯的工艺性进行了研究。第四章,选择了制作该比例电磁铁的磁性材料,在建立比例电磁铁磁路模型的基础上,结合直流电磁铁的设计方法并考虑到比例电磁铁漏磁通的特殊性,探索了比例电磁铁的设计方法并对本课题所涉及的比例电磁铁进行设计。重点对于比例电磁铁位移力特性的影响因素进行了研究。对PWM波驱动进行了研究并探讨了其对于线圈电阻的要求。对衔铁组件的加工工艺进行了研究。第五章,利用Ansoft参数化仿真功能研究了比例电磁铁的重要参数对其性能的影响,确定了比例电磁铁的结构参数。探讨了Ansoft和AMESim两个仿真软件的联合使用,在此基础上建立了三通比例阀控主阀的仿真模型,并研究了重要参数对于系统性能的影响。提出并用仿真验证了通过调整比例电磁铁位移力特性来实现液动力补偿的方法。第六章,搭建了三通比例减压阀测试专用实验台,在Labview平台上编写了比例电磁铁实验台以及阀实验台的测试程序。实验结果对比表明样品与Bucher产品性能接近,另外实验结果与仿真结果的吻合也验证了仿真模型的准确性。对样品进行了上车试验,验证了产品的实车性能。第七章,概括了全文的主要研究工作和成果,指出了定量化的比例电磁铁设计方法和批量化生产的工艺是本课题进一步深入研究的方向。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-21
  1.1 课题相关背景简介  13-18
    1.1.1 电液比例多路阀简介  13-15
    1.1.2 三通比例减压阀简介  15-16
    1.1.3 比例电磁铁简介  16-18
  1.2 课题的研究意义  18-19
  1.3 课题的主要研究内容  19
  1.4 本章小结  19-21
2 三通比例阀控主阀数学模型  21-31
  2.1 各个环节的数学模型  21-26
  2.2 系统传递函数的推导及简化  26-27
  2.3 系统传递函数的分析  27-29
  2.4 本章小结  29-31
3 阀部分的设计计算  31-39
  3.1 设计目标的确定  31-32
  3.2 阀的结构设计  32-37
    3.2.1 阀结构形式的设计  32-34
    3.2.2 结构参数的计算  34-37
  3.3 本章小结  37-39
4 比例电磁铁的设计  39-61
  4.1 磁性材料的选择  39-42
  4.2 比例电磁铁的磁路设计  42-50
    4.2.1 比例电磁铁原理的新解释方法  42-44
    4.2.2 磁路结构设计  44-50
  4.3 比例电磁铁位移力特性研究  50-57
  4.4 比例电磁铁的细化设计  57-59
    4.4.1 装配图的设计  57-58
    4.4.2 衔铁组件加工工艺研究  58-59
  4.5 本章小结  59-61
5 三通比例减压阀仿真研究  61-81
  5.1 Ansoft与AMESim简介及课题仿真思路  61-65
    5.1.1 Ansoft仿真软件简介  61-62
    5.1.2 AMESim仿真软件简介  62-63
    5.1.3 课题仿真思路  63-65
  5.2 Ansoft电磁场仿真  65-72
    5.2.1 Ansoft中仿真模型的建立  65-67
    5.2.2 Ansoft中的仿真分析  67-72
  5.3 AMESim系统仿真  72-80
    5.3.1 AMESim中仿真模型的建立  72-73
    5.3.2 AMESim系统仿真分析  73-80
  5.4 本章小结  80-81
6 三通比例减压阀实验研究  81-103
  6.1 比例电磁铁实验  81-91
    6.1.1 比例电磁铁实验台的搭建  81-86
    6.1.2 比例电磁铁实验结果及分析  86-91
  6.2 三通比例减压阀实验  91-99
    6.2.1 三通比例阀实验大纲的制定  91-93
    6.2.2 三通比例阀实验台的搭建  93-96
    6.2.3 三通比例阀实验及分析  96-99
  6.3 上车试验  99-101
  6.4 本章小结  101-103
7 总结与展望  103-105
参考文献  105-111
作者简历  111
发表及录用的学术论文  111

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