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大流量高频响数字伺服阀

作　者: 杨水燕
导　师: 裴翔
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 大流量 2D伺服阀数字控制线性仿真结构设计
分类号: TH137.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

国内数字阀产品的设计研究落后国外很多,尤其在大流量高频响性能领域的研究更是贫乏,因此本论文课题具有及其重要的理论和实际意义。作为新型电液数字控制元件2D数字伺服阀(简称2D阀)具有静、动态特性良好,响应速度快,抗干扰及抗污染能力强,且能连续控制,可以实现极小的死区和滞环。本文设计的大流量高频响数字伺服阀采用2D阀作为先导控制元件,采用伺服螺旋机构作为关键控制技术,充分发挥了2D阀的性能优点。为了获得大流量,必须加大阀开口量,因此,在结构上把2D阀设计成大行程位移控制阀,来控制主阀开口量。另外,为了避免主阀流量饱和及保证油路的设计空间,主阀芯轴颈截面设计成梅花形。该设计通过对主阀进行直接机械位置反馈,从结构设计上实现主阀芯位移的精确闭环控制。本文的主要工作和成果如下:1.研究设计了一种新型结构的大流量高频响数字伺服阀。本文第2章详细描述了阀的工作原理,并设计出三种不同的方案进行对比,选出最优方案。2.在阀的结构上,通过球形链接将先导2D阀与主阀设计成整体。在第3章、第4章和第5章分别叙述了数学模型的建立,并运用MATLAB软件中的Simulink数据库对2D阀进行线性仿真分析和结构参数的设计计算及优化。3.实验证明,2D阀在加大位移行程后,用作主阀的先导控制级其静、动态特性依然良好,大位移位置控制精度高,但响应速度受到一定影响。4.总结了仿真分析、结构设计和实验结果,并提出不足与展望。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 液压传动技术的发展和应用  11-12
  1.2 液压控制技术  12-16
    1.2.1 开关控制  13
    1.2.2 比例控制  13-14
    1.2.3 伺服控制  14-16
    1.2.4 数字控制  16
  1.3 液压技术发展趋势和关键技术的发展  16-18
  1.4 数字液压技术和数字控制  18-19
  1.5 数字伺服阀及发展历程  19-21
  1.6 数字阀国内外研究现状  21-22
  1.7 课题任务及意义  22-24
    1.7.1 课题意义  22-23
    1.7.2 课题任务  23-24
第2章大流量高频响数字伺服阀的结构原理  24-35
  2.1 2D 数字阀  24-26
    2.1.1 2D 数字阀的定义  24
    2.1.2 2D 伺服阀的螺旋机构  24-26
    2.1.3 2D 数字伺服阀的性能特点  26
  2.2 三种结构方案的提出及比较  26-32
    2.2.1 方案一  27-28
    2.2.2 方案二  28-30
    2.2.3 方案三  30-32
    2.2.4 三种方案的分析比较  32
  2.3 大流量高频响数字伺服阀  32-35
    2.3.1 大流量高频响数字伺服阀的结构  32
    2.3.2 工作原理  32-35
第3章大流量高频响数字伺服阀的数学模型  35-45
  3.1 数学模型  36-39
    3.1.1 2D 阀芯的力平衡方程  36-37
    3.1.2 敏感腔的连续性方程  37
    3.1.3 敏感腔的流量方程  37-38
    3.1.4 小孔与螺旋槽之间的重叠面积  38-39
  3.2 主阀的数学模型  39-41
    3.2.1 小阀芯的流量方程  40-41
    3.2.2 主阀芯的连续性方程  41
    3.2.3 主阀芯的力平衡方程  41
  3.3 模块化建模方法  41-45
    3.3.1 2D 数字伺服阀方块模型  42-43
    3.3.2 主阀方块模型  43-45
第4章仿真及特性分析  45-55
  4.1 MATLAB 及SIMULINK 软件的简介  45-46
  4.2 大流量高频响数字伺服阀的特性分析  46-47
  4.3 2D 伺服阀的特性分析  47-51
    4.3.1 螺旋阀芯输入角位移与其线性直线位移的关系  47
    4.3.2 2D 数字伺服阀的动态特性分析  47-51
  4.4 主阀特性分析  51-53
  4.5 数字伺服阀参数的确定  53-55
第5章大流量高频响数字伺服阀结构参数设计  55-69
  5.1 大流量高频响数字伺服阀的结构设计  55-56
  5.2 2D 数字伺服阀的参数设计及计算  56-63
    5.2.1 主要技术要求  56-57
    5.2.2 先导阀几何尺寸的确定  57-58
    5.2.3 齿轮传动设计  58-60
    5.2.4 步进电机的选择  60-63
  5.3 主阀结构参数设计及计算  63-66
  5.4 其它零件的设计及选用  66-67
    5.4.1 o 型橡胶密封圈的选用  66-67
    5.4.2 螺塞及螺钉的设计和选用  67
  5.5 大流量高频响伺服阀加工工艺  67-69
第6章 2D 数字伺服阀的实验研究  69-78
  6.1 测试系统  69-72
    6.1.1 试验条件说明  69
    6.1.2 试验要求及测试原理  69-72
  6.2 实验结果  72-78
    6.2.1 先导阀的静态控制特性  72-73
    6.2.2 供油压力、温度及流量对阀芯位移控制精度的影响  73-75
    6.2.3 阀芯的阶跃响应  75
    6.2.4 数字伺服阀对正弦波信号的动态响应  75-77
    6.2.5 阀的频响特性  77-78
第7章总结与展望  78-80
  7.1 总结  78-79
  7.2 展望  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读学位期间参加的科研项目和成果  84

大流量高频响数字伺服阀

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