【導讀】應用，它的發(fā)展程度也可從一個側面反映一個國家液壓工業(yè)技術水平，因而日益受到各國工業(yè)界的重視。本設計的課題是電液比例閥中的一類——二級電液比例節(jié)流閥。在對該閥各部分的結構、原理及性能參數(shù)進行詳。細分析的基礎上，完成了功率級為二通插裝閥，先導級為電液比例三通減壓溢流閥，通徑為32mm，最大流量為480L/min，進油口額定工作壓力為，出油口額定工作壓力為的電液比例節(jié)流閥的結構設計與參數(shù)設計。

　　

【正文】 310 先導閥結構示意圖圖 30 30 同樣將閥芯自重及閥芯移動過程中的摩擦力及穩(wěn)態(tài)液動力忽略，建立閥芯運動方程， 得： DKAP ＝ bSC FF ?2 (336) 或 KP ＝DbSCA FF ?2 (337) 或 KP ＝DSCDb AFAF 2?? (338) 由上式可知，先導閥的溢流部分的開啟壓力 KP 為DbSCA FF ?2 ，可見溢流部分的開啟壓力正好 將等于減壓部分的調定壓力，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閥的調定值上，且這個值將與 bF 成線性關系。 先導閥的連接方式 當主閥為正向（即節(jié)流閥的總進油口接 A口，總出油口接 B 口，油液從Ａ口流向Ｂ口）時， X 口接 A口，Ｙ口接油箱，此連接在通道塊中實現(xiàn)（通道塊上加工有具專門通油道，本閥安裝時就是要插入通道塊中）； 當主閥為反向通流（即節(jié)流閥的總進油口接 B口，總出油口接 A口，油液從 B口流向 A口）時， X口接Ｂ口，Ｙ口接油箱。 先導閥的原理分析 本設計中先導閥全稱應當稱為電液比例三通減壓溢流閥。在先導閥內部，當油液從Ｘ口流向 K口時為減壓閥功能，當油液從 K口從流向 Y口時為溢流閥功能。 該先導閥也可以看為一個三位三通滑閥式換向閥，其有上、中、下三個位置，有 K、 X、 Y三個口。當閥芯處于中位時，三個通口全關閉；當閥芯處上位時， K口和 X口相連；當閥芯處下位時， K口和Y口相連。下圖為先導閥示意簡圖： 31 31 YX比例電磁鐵K 圖 311 先導閥的示意簡圖 控制腔的油壓力由比例電磁鐵的輸出推 力及先導閥彈簧共同決定，但由于先導閥彈簧的各參數(shù)如預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定值。 當控制腔的油壓力小于這個設定值時，由 “ 減壓閥詳細受力分析 ” 一節(jié)可知，先導閥閥芯將上移，控制腔與 X 口（ X 口與進油口相連）之間的通道被打開，高壓油液（主閥進油口的工作壓力達到 ）從主閥進油口進入控制腔中，引起控制腔中油液壓力升高，這樣又會引起閥芯逐漸下移，閥口減小，當控制腔中油液壓力最終回升到設定值時，控制腔與 X口之間的通道也將被關閉，先導閥閥芯將回復到中位狀態(tài) 。 當控制腔的油壓力大于這個設定值時，先導閥芯將向下移，控制腔與Ｙ口，即油箱（Ｙ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，當控制腔中油液壓力最終下降到設定值時，控制腔與進油口之間的通道也將被關閉，先導閥閥芯將回復到中位狀態(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。 彈簧的選用 由于彈簧的性能參數(shù)對液壓閥的性能參數(shù)將產(chǎn)生很大影響，故彈簧參數(shù)的選擇比較重要，在此用單獨一節(jié)列出 : 主閥彈簧參數(shù) 的確定： 在前面已經(jīng)確定部分主閥彈簧參數(shù)為：簧絲直徑 d1選用為 ，彈簧中徑 D0為 16mm，彈簧預壓縮量 RCX 為 20mm，彈簧剛度 1dK 為 362 N/mm，彈簧工作長度 H2為 77mm。 32 32 彈簧其余參數(shù)確定如下： 彈簧內徑 D1＝ D0－ d1＝ 16－ = 彈簧外徑 D2＝ D0＋ d1＝ 16＋ = 為了使壓縮彈簧工作時受力均勻并增加彈簧的平穩(wěn)性，將彈簧兩端并緊，且將 兩端端面磨平，而這些并緊磨平的各圈僅起支承作用，因而稱為支承圈。支承圈有 、 、 。本設計中支承圈采用 圈。在本設計中彈簧有效圈數(shù)選用為 12 圈，故彈簧的總圈數(shù) n1為 。 彈簧的自由長度 : H0 = H2＋ RCX = 77+20=97mm 彈簧節(jié)距 : P＝（ H0－ 2 d1） / n = (972 )/12=90/12= 螺旋角 (自由狀態(tài)下）： 01 arctan PP?? ? = ? 39。298?? 彈簧材料的展開長度（即彈簧坯料長度） L1? 220 )(1 PDn ??? ? ＝ 222 ??? ＝ 彈簧材料的選擇： 由于該彈簧為主閥彈簧，故要求強度高，性能好，因此采用油淬火回火碳素彈簧鋼絲中的 B類，牌號為 60Mn。 先導閥彈簧參數(shù)的確定 前面已經(jīng)確定部分先導閥彈簧參數(shù)為：簧絲直徑 d2選用為 ，彈簧中徑 D0為 10mm，彈簧預緊力 2SCF 為 1422N，彈簧預壓縮量 1RCX 為 9mm，彈簧剛度2dK=158 N/mm，彈簧工作長度 H2為 16mm。 彈簧其余參數(shù)確定如下： 彈簧內徑 : D1=D0d1=102=8mm 彈簧外徑 : D2=D0+d1=10＋ 2=12mm 先導 閥彈簧的支承圈數(shù)采用 圈，有效圈數(shù)選用為 6圈，彈簧的總圈數(shù) n1 為 。 在先導閥減壓閥部分開啟狀態(tài)下，先導閥相對于中位狀態(tài)最大行程為 ，對應的彈簧力為 ??? dSCS KFF = ?? =869 Ｎ 當先導閥溢流閥部分開啟時，先導閥最大行程也為 ，對應的彈簧力為 ??? dSCS KFF = ?? =1975 N 彈簧的自由長度： H0=H2＋ 1RCX =16+9=25mm 彈簧節(jié)距： P=(H0d2)/n=(252)/6= 33 33 螺旋角（自由狀態(tài)下）： 02 arctan PP?? ? = ? ?? 39。576?? 彈簧材料的展開長度（即彈簧胚料長度） L2? 220 )(1 PDn ??? ? = 222 ??? = 彈簧材料的選擇： 先導閥彈簧同樣采用油淬火回火碳素彈簧鋼絲中的 B類，其牌號為 60Mn。 公差與配合的確定 本設計的課題為液壓閥，而液壓閥屬精密機器設備，故對公差與配合的要求較高，查文獻 [7] 可知，公差 IT5（孔到 IT6）級用于高精度和重要的配合處， IT7～ IT8級則用于一般精度要求的配合。故在本設計的配合中孔用公差等級擬定為 IT6級，軸用公差等級擬定為 IT５級。 由于要達到相同的精度級，孔比軸難加工，故在設計中無論主閥閥芯與閥套之間還是先導閥閥芯與閥套之間的配合均采用基孔制；又因為主閥閥芯與閥套之間的運動形式為軸向滑動，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，此間隙應該盡量的小，查文獻 [7]第11頁，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閥閥芯與閥套之間的配合均為56gH，其中主閥閥芯和閥套的配合采用 3556gH，而先導閥閥芯 與閥套之間的配合采用 1656gH和 856gH。 比例放大器 比例放大器是電液比例閥的控制和驅動裝置，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控制電信號進行處理、運算和功率放大。閉環(huán)控制閥和控制泵使用的放大器可完成對整個比例元件的控制。 電液比例控制系統(tǒng)既有液壓元件傳遞功率大，響應快的優(yōu)勢，又有電器元件處理和運算信號方便，易于實現(xiàn)信號遠距離傳輸（遙控）的優(yōu)勢。發(fā)揮二者的技術優(yōu)勢在很大程度上依賴于比例放大器。 比例放大器要具有斷電保護功能；控制信號中要迭加高頻小振幅的顫振信號，以克服摩擦力 ,保證控制靈活；要有斜坡信號發(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 ,以補償死區(qū)特性。 系統(tǒng)設計者的任務除了根據(jù)確定的比例閥選用配套的比例放大器外，還要設計或選用比例放大器供電電路、系統(tǒng)控制信號及系統(tǒng)控制電路。 34 34 比例放大器的分類 (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電磁鐵的比例元件，例如比例壓力閥 或比例流量閥，以及單電磁鐵驅動的比例方向閥等；雙通路比例放大器用于控制三位比例方向閥、壓力 —— 流量復合控制閥（稱 pq閥））等帶有兩個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，只有其中一個比例電磁鐵起實質性的控制作用：當控制三位比例方向閥時，比例放大器根據(jù)信號的極性選通一個起作用的比例電磁鐵。當對壓力 —— 流量復合控制閥進行壓力控制時，壓力閥電磁鐵起作用，流量閥電磁鐵的控制信號是一個定值。 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零 零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 之間作一次往復循環(huán)時，同一輸出值 (壓力或流量 )對應的輸入電流存在差值 △ I。通常規(guī)定差值中的最大值 maxI? 與額定電流的百分比為電液比例閥的滯環(huán)誤差。滯環(huán)誤差越小，電液比例閥靜態(tài)性能越好，一般允許最大滯環(huán)誤差為 7％。 (2)線性范圍及線性度 為了保證電液比例閥輸出的流量或壓力與輸入的電流成正比變化，一般將壓力――電流、流量――電流的工作范圍取在特性曲線的近似直線部分，這個工作范圍稱為電液比例閥的線性范圍。線性度是指線性范 圍內特性曲線與直線的最大位移 maxI? 相對于額定輸入電流的百分比。選擇電液比例閥時，應選線性范圍寬及線性度小的閥。 (3)分辨率 電液比例閥輸出的流量或壓力發(fā)生微小變化 (△ Q或 ? p)時，所需要的輸入電流的最小變化量與額定輸入電流的百分比稱為分辨率。分辨率小，靜態(tài)性能好，但分辨率不能過小，否則會使閥的工作不穩(wěn)定。 (4)重復精度 在某一壓力或流量下重復輸入電流，多次輸入電流的最大差值 maxI? 與額定輸入電流的百分比稱為重復精度。重復精度越小閥的性能越好。 動態(tài)性能指標 (1)階躍響應 當給定的輸入電流為階躍信號時，輸出的壓力或流量達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間稱為階躍時間，它的大小反映了比例閥動作的靈敏度。階躍時間一般應小于 。所謂穩(wěn)定狀態(tài)系指輸出信號大于調定值的 98％的工況。 (2)頻率響應 當加入頻率為ω的正弦擾動時，在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出和輸入的復數(shù)比值關系稱為頻率響應。電液比例閥的頻率響應定義在增益為 3db、滯后相位角為 45176。處，該處的頻率越高，閥的性能 35 35 越好。國產(chǎn)閥一般為 4Hz。 5 電液比例控制系統(tǒng) 在比例閥的結構設計完成之后，而因為比例閥將最終應用于比例控制系統(tǒng)中，故在本說明書的最后一章對比例控制系統(tǒng)做一個簡單的介紹。 現(xiàn)代微電子技術的發(fā)展，特別是計算機技術的普及與發(fā)展，為實現(xiàn)各類工藝過程的最佳控制提供了技術基礎。因此，工程控制理論的應用已逐步從航天、航空和軍事工程領域普及到民用工業(yè)部門。電液比例控制技術作為連接現(xiàn)代微電子技術和大功率工程控制設備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術構成之一，在近 20 年中得到了迅速發(fā)展。它與傳統(tǒng)的電液伺服技術相比， 具有可靠、節(jié)能和廉價等明顯特點，已應用于相當廣泛的領域，形成了頗具特色的技術分支。目前，已引起工程控制界的密切而廣泛重視，在機電液一體化和工程設備實現(xiàn)計算機控制的技術革命過程中 ,電液比例控制技術將獲得更新、更快的發(fā)展。 比例控制系統(tǒng)是電液控制技術的一項新發(fā)展，是微電子技術與液壓技術間的接口。德國博世公司開發(fā)的農業(yè)拖拉機液壓提升器電子控制系統(tǒng)，引入了比例閥、可編程序控制器和數(shù)據(jù)總線技術，使其電控系統(tǒng)功能更加完善，成本顯著降低，迅速占領了歐美各種拖拉機的應用市場。 反饋的概念 反饋就是指通過適當 的檢測裝置將信號全部或一部分返回輸入量與輸入量進行比較，比較的結果叫偏差。因此，基于反饋基礎上的“檢測偏差用以糾正偏差”的原理又稱為反饋控制原理。同樣，采用反饋控制原理的控制系統(tǒng)為反饋控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制與開環(huán)控制 不包含外反饋的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。比如 比例閥控制液壓缸或馬達系統(tǒng)可以實現(xiàn)速度、位移、 36 36 轉速和轉矩等的控制 。 開環(huán)系統(tǒng)的 系統(tǒng)方框圖如圖 1所示。 輸入指令放大器 比例閥 控制對象速度、力、位置轉速、轉矩液壓源缸、馬達 圖 51 開環(huán)控制系統(tǒng)示意圖 由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低 ， 無級調節(jié)系統(tǒng)輸 入量就可以無級調節(jié)系統(tǒng)輸出量 —— 力、速度、以及加減速度等。這種控制系統(tǒng)的結構組成簡單 , 系統(tǒng)的輸出端和輸入端不存在反饋回路 ,系統(tǒng)輸出量對系統(tǒng)輸入控制作用沒有影響 , 沒有自動糾正偏差的能力 , 其控制精度主要取決于關鍵元器件的特性和系統(tǒng)調整精度 , 所以只能應用在精度要求不高并且不存在內外干擾的場合。 閉環(huán)控制： 包含外反饋回路的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果在比例閥本身的內反饋，也可以構成實際的局部小閉環(huán)控制。但一般也不稱為閉環(huán)系統(tǒng)。 反饋檢測輸入指令放大器 缸、馬達 控制對象速度、力、位置轉速、轉矩液壓源電流比例閥 圖 52 閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖 閉環(huán)控制系統(tǒng) (即反饋控制系統(tǒng) ) 的優(yōu)點是對內部和外部干擾不敏感 , 系統(tǒng)工作原理是反饋控制原理或按偏差調整原理。這種控制系統(tǒng)有通過負反饋控制自動糾正偏差的能力。下圖為反饋控制系統(tǒng)框圖。