【導(dǎo)讀】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，完成了功率級為二通插裝閥，先導(dǎo)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(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 310 先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)示意圖圖 30 30 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)力忽略，建立閥芯運(yùn)動(dòng)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(dǎo)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(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 bF 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Ａ口流向Ｂ口）時(shí)， X 口接 A口，Ｙ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Ｂ口，Ｙ口接油箱。 先導(dǎo)閥的原理分析 本設(shè)計(jì)中先導(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Ｘ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)閥示意簡圖： 31 31 YX比例電磁鐵K 圖 311 先導(dǎo)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(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 “ 減壓閥詳細(xì)受力分析 ” 一節(jié)可知，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 ）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(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(dú)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(yù)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(nèi)徑 D1＝ D0－ d1＝ 16－ = 彈簧外徑 D2＝ D0＋ d1＝ 16＋ = 為了使壓縮彈簧工作時(shí)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(shè)計(jì)中支承圈采用 圈。在本設(shè)計(jì)中彈簧有效圈數(shù)選用為 12 圈，故彈簧的總?cè)?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(qiáng)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(dǎo)閥彈簧參數(shù)的確定 前面已經(jīng)確定部分先導(dǎo)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(yù)緊力 2SCF 為 1422N，彈簧預(yù)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(nèi)徑 : D1=D0d1=102=8mm 彈簧外徑 : D2=D0+d1=10＋ 2=12mm 先導(dǎo) 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?cè)?shù) n1 為 。 在先導(dǎo)閥減壓閥部分開啟狀態(tài)下，先導(dǎo)閥相對于中位狀態(tài)最大行程為 ，對應(yīng)的彈簧力為 ??? dSCS KFF = ?? =869 Ｎ 當(dāng)先導(dǎo)閥溢流閥部分開啟時(shí)，先導(dǎo)閥最大行程也為 ，對應(yīng)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(dǎo)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(shè)計(jì)的課題為液壓閥，而液壓閥屬精密機(jī)器設(shè)備，故對公差與配合的要求較高，查文獻(xiàn) [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(shè)計(jì)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(dá)到相同的精度級，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，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56gH，其中主閥閥芯和閥套的配合采用 3556gH，而先導(dǎo)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(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控制電信號進(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整個(gè)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(yīng)快的優(yōu)勢，又有電器元件處理和運(yùn)算信號方便，易于實(shí)現(xiàn)信號遠(yuǎn)距離傳輸（遙控）的優(yōu)勢。發(fā)揮二者的技術(shù)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(hù)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(bǔ)償死區(qū)特性。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的任務(wù)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(shè)計(jì)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(gè)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(qū)動(dòng)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(fù)合控制閥（稱 pq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)信號的極性選通一個(gè)起作用的比例電磁鐵。當(dāng)對壓力 —— 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是一個(gè)定值。 此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和 設(shè)計(jì) 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零 零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 之間作一次往復(fù)循環(huán)時(shí)，同一輸出值 (壓力或流量 )對應(yīng)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(gè)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(nèi)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(shí)，應(yīng)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(shí)，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(huì)使閥的工作不穩(wěn)定。 (4)重復(fù)精度 在某一壓力或流量下重復(fù)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(fù)精度。重復(fù)精度越小閥的性能越好。 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) (1)階躍響應(yīng) 當(dāng)給定的輸入電流為階躍信號時(shí)，輸出的壓力或流量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間稱為階躍時(shí)間，它的大小反映了比例閥動(dòng)作的靈敏度。階躍時(shí)間一般應(yīng)小于 。所謂穩(wěn)定狀態(tài)系指輸出信號大于調(diào)定值的 98％的工況。 (2)頻率響應(yīng) 當(dāng)加入頻率為ω的正弦擾動(dòng)時(shí)，在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出和輸入的復(fù)數(shù)比值關(guān)系稱為頻率響應(yīng)。電液比例閥的頻率響應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，而因?yàn)楸壤y將最終應(yīng)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(gè)簡單的介紹。 現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)各類工藝過程的最佳控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，工程控制理論的應(yīng)用已逐步從航天、航空和軍事工程領(lǐng)域普及到民用工業(yè)部門。電液比例控制技術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)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(shù)相比， 具有可靠、節(jié)能和廉價(jià)等明顯特點(diǎn)，已應(yīng)用于相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域，形成了頗具特色的技術(shù)分支。目前，已引起工程控制界的密切而廣泛重視，在機(jī)電液一體化和工程設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)革命過程中 ,電液比例控制技術(shù)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(shù)的一項(xiàng)新發(fā)展，是微電子技術(shù)與液壓技術(shù)間的接口。德國博世公司開發(fā)的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)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(shù)，使其電控系統(tǒng)功能更加完善，成本顯著降低，迅速占領(lǐng)了歐美各種拖拉機(jī)的應(yīng)用市場。 反饋的概念 反饋就是指通過適當(dāng) 的檢測裝置將信號全部或一部分返回輸入量與輸入量進(jìn)行比較，比較的結(jié)果叫偏差。因此，基于反饋基礎(chǔ)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(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、 36 36 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩液壓源缸、馬達(dá) 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(diào)節(jié)系統(tǒng)輸 入量就可以無級調(diào)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(jié)構(gòu)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(dòng)糾正偏差的能力 , 其控制精度主要取決于關(guān)鍵元器件的特性和系統(tǒng)調(diào)整精度 , 所以只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)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(nèi)反饋，也可以構(gòu)成實(shí)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(dá) 控制對象速度、力、位置轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)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(diǎn)是對內(nèi)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(diào)整原理。這種控制系統(tǒng)有通過負(fù)反饋控制自動(dòng)糾正偏差的能力。下圖為反饋控制系統(tǒng)框圖。