【正文】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 200651846。最后，懇請(qǐng)所有讀到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師多提寶貴意見(jiàn)，不吝賜教。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(duì)我今后走向崗位帶來(lái)很大的幫助。在大四這半年來(lái)的學(xué)習(xí)過(guò)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(zhuān)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)。參考文獻(xiàn)[1]路甬祥主編．液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，[2]張利平主編．液壓閥原理、使用與維護(hù)[M]．[3]章宏甲，黃誼主編．液壓傳動(dòng)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，[4]明仁雄，萬(wàn)會(huì)雄主編．液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．國(guó)防工業(yè)出版社，[5]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．三版．第四卷．機(jī)械工業(yè)出版社，[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．三版．第二卷．機(jī)械工業(yè)出版社，[7]廖念釗等主編．互換性與技術(shù)測(cè)量（第四版）[M]．中國(guó)計(jì)量出版社，[8]李素玲，劉軍營(yíng)．比例控制與比例閥及應(yīng)用[J]．液壓與氣動(dòng)，2003年第2期[9]許益民主編．電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，[10]于曉春，張媛，劉子芳．電液比例控制器的設(shè)計(jì)[J]．山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002 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小結(jié)總之,由于電液比例控制系統(tǒng)具有可靠、易控、節(jié)能、廉價(jià)、精度高、工作平穩(wěn)等明顯而獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其將會(huì)在各個(gè)工程領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛、深入的應(yīng)用和發(fā)展。③伺服比例閥(閉環(huán)比例閥)內(nèi)裝放大器，具有伺服閥的各種特性：零遮蓋、高精度、高頻響,但其對(duì)油液的清潔度要求比伺服閥低，具有更高的工作可靠性。其主要表現(xiàn)有: ①高頻響、低功耗比例放大器及高頻響比例電磁鐵的研制, 1986 年西德BOSCH公司提出高性能閉環(huán)控制比例閥，由于采用了高響應(yīng)直流比例電磁鐵和相應(yīng)的放大器，并含有位置反饋閉環(huán)，其流量輸出穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)特性無(wú)中位死區(qū)，%，零區(qū)壓力增益達(dá)3% 額定控制電壓，負(fù)載腔達(dá)80%供油壓力，工作頻寬和性能已達(dá)高水平伺服閥，而成本僅為后者的1/3。(2) 比例技術(shù)與二通和三通插裝技術(shù)相結(jié)合，形成了比例插裝技術(shù)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，流動(dòng)阻力小，通油能力大，易于集成；此外出現(xiàn)比例容積控制為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提供新手段。提高電液比例閥及遠(yuǎn)控多路閥的性能，使之適應(yīng)野外工作條件。由此電液比例控制系統(tǒng)可以分為:①比例流量控制系統(tǒng)；②比例壓力控制系統(tǒng)；③比例流量壓力控制系統(tǒng)；④比例速度控制系統(tǒng)；⑤比例位置控制系統(tǒng)；⑥比例力控制系統(tǒng)；⑦比例同步控制系統(tǒng)。比例節(jié)流控制適用于功率較小的系統(tǒng)，而比例容積控制用在功率較大的場(chǎng)合。后者又分為脈寬調(diào)制、脈碼調(diào)制和脈數(shù)調(diào)制等。隨著整體閉環(huán)比例閥的出現(xiàn)，其主要性能與伺服閥無(wú)異，因而采用閉環(huán)比例控制的場(chǎng)合也會(huì)越來(lái)越多。(1)按被控量是否被檢測(cè)和反饋來(lái)分類(lèi)，可分為開(kāi)環(huán)比例控制和閉環(huán)比例控制系統(tǒng)。電液伺服控制系統(tǒng)是一種廣義上的比例控制系統(tǒng)。將閥布置在最合適的位置，提高主機(jī)的設(shè)計(jì)柔性； (3)利用反饋提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的控制目標(biāo)；(4)能按比例控制液流的流量、壓力，從而對(duì)執(zhí)行器件實(shí)現(xiàn)方向、速度和力的連續(xù)控制，并易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速。外環(huán)檢測(cè)組件直接檢測(cè)輸出量，用于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能和控制精度。檢測(cè)組件有內(nèi)環(huán)、外環(huán)之分。檢測(cè)組件有位移傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等。(6)檢測(cè)反饋組件　對(duì)于閉環(huán)控制需要加入檢測(cè)反饋組件。這個(gè)輸出量改變了液壓放大級(jí)的控制液阻，經(jīng)過(guò)液壓放大作用，把不大的電氣控制信號(hào)放大成足以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載液壓能，這是整個(gè)系統(tǒng)的功率放大部分。電 機(jī)械轉(zhuǎn)換器是電液的接口組件。由于含在比例閥內(nèi)的電磁鐵需要的控制電流較大(0～80mA) 而偏差控制(信號(hào))電流較小，不足以推動(dòng)電磁鐵工作，且偏差信號(hào)的類(lèi)型或形狀都不一定能滿足高性能控制的要求，所以要使用電控器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大和對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行加工、整形，使其達(dá)到電 機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置的控制要求。如遇不同類(lèi)型的量作比較，在比較前要進(jìn)行信號(hào)類(lèi)型轉(zhuǎn)換,例如A/ D、D/ A 轉(zhuǎn)換、機(jī) 電轉(zhuǎn)換等。(2)比較組件　它的作用是把給定信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)作為電控器的輸入。 電液比例控制系統(tǒng)的組成 　電液比例控制系統(tǒng),盡管其結(jié)構(gòu)各異,功能也不盡相同,但都可歸納為由功能相同的基本單元組成的系統(tǒng)，組成電液比例控制的基本組件有:(1)指令組件　它是給定控制信號(hào)的產(chǎn)生與輸入的組件，可以是信號(hào)發(fā)生裝置或過(guò)程控制器。因此，精度和穩(wěn)定性是閉環(huán)系統(tǒng)存在的一對(duì)矛盾。圖53 典型的反饋控制系統(tǒng)框圖反饋也帶來(lái)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。這種控制系統(tǒng)有通過(guò)負(fù)反饋控制自動(dòng)糾正偏差的能力。但一般也不稱為閉環(huán)系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)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(duì)系統(tǒng)輸入控制作用沒(méi)有影響, 沒(méi)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(chǎng)合。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖如圖1所示?！　?閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制　　不包含外反饋的控制系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因此，基于反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)偏差用以糾正偏差”的原理又稱為反饋控制原理。德國(guó)博世公司開(kāi)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(chǎng)。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(guò)程中,電液比例控制技術(shù)將獲得更新、更快的發(fā)展。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?，F(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(lèi)工藝過(guò)程的最佳控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。國(guó)產(chǎn)閥一般為4Hz。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。所謂穩(wěn)定狀態(tài)系指輸出信號(hào)大于調(diào)定值的98％的工況。重復(fù)精度越小閥的性能越好。分辨率小，靜態(tài)性能好，但分辨率不能過(guò)小，否則會(huì)使閥的工作不穩(wěn)定。選擇電液比例閥時(shí)，應(yīng)選線性范圍寬及線性度小的閥。(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。通常規(guī)定差值中的最大值與額定電流的百分比為電液比例閥的滯環(huán)誤差。而由第二章流量控制的基本原理中式(31)，在主閥節(jié)流口前后壓差不變的情況下，節(jié)流閥的流量與其閥芯開(kāi)度成正比關(guān)系，那么比例放大器的輸入端就最終控制了整個(gè)節(jié)流閥的流量。經(jīng)過(guò)這一過(guò)程后，差值將消除，主閥閥芯開(kāi)度將精確的處于調(diào)定值上，這樣就完成了一個(gè)控制過(guò)程。 “先導(dǎo)閥閥芯詳細(xì)受力分析”一節(jié)可知比例電磁鐵的輸出推力增量與控制腔壓力的關(guān)系為：= （42）將式（41）代入 式（42） ，得到比例電磁鐵的輸出推力增量值與主閥閥芯的增量之間的關(guān)系式=＝　　　　　　(43)將參數(shù)代入得：＝＝＝ 　　 (44)該式的數(shù)學(xué)意義為要使閥芯開(kāi)度變化，對(duì)應(yīng)的比例電磁鐵的輸出推力應(yīng)變化，舉例說(shuō)明，要想使閥芯開(kāi)度變化1mm。但二者會(huì)因?yàn)閮?nèi)外因素導(dǎo)致不相等，外部因素如外部對(duì)比例閥進(jìn)行了重新調(diào)定，而內(nèi)部原因則可能是液壓系統(tǒng)的沖擊、負(fù)載的變化及其它不穩(wěn)定的因素導(dǎo)致主閥閥芯偏移了設(shè)定值。當(dāng)主閥閥心的實(shí)際位移值小于調(diào)定值時(shí)，比例放大器將通過(guò)輸出引腳P3對(duì)比例電磁鐵發(fā)出控制信號(hào)，使主閥閥心開(kāi)口向著增大的方向移動(dòng)；反之若主閥閥心的實(shí)際位移值大于調(diào)定值時(shí)，比例放大器將使主閥閥心開(kāi)口向著減小的方向移動(dòng)，因而最終使閥心精確的處于調(diào)定值上。比例放大器的另一個(gè)輸入引腳是整個(gè)閥的外部控制接口，整個(gè)比例閥的參數(shù)將此引腳來(lái)控制。圖315　比例電磁鐵的電流－力特性曲線 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)至此，比例節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就完成了，最終完成的結(jié)構(gòu)圖及連接圖詳見(jiàn)附錄。由于在比例放大器中設(shè)置了電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)，在電流設(shè)定值恒定不變時(shí)，即使磁阻變化，也可使電磁力保持不變。該特殊形式磁路的形成，主要是由于采用了隔磁環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個(gè)帶錐形周邊的盆形極靴。其原理見(jiàn)下圖：圖314　比例電磁鐵的特性 比例電磁鐵位移－力特性的實(shí)現(xiàn)原理比例電磁鐵的磁路在工作氣隙附近被分為兩個(gè)部分，其中的一部分沿軸向穿過(guò)工作氣隙進(jìn)入極靴，產(chǎn)生端面力Fm1；而另一部分穿過(guò)徑向間隙進(jìn)入導(dǎo)套前端，產(chǎn)生軸向附加力Fm2。這個(gè)水平力再連續(xù)地控制液壓閥閥芯的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量。當(dāng)有信號(hào)輸入線圈時(shí), 線圈內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)銜鐵產(chǎn)生作用力, 銜鐵在磁場(chǎng)中按信號(hào)電流的大小和方向成比例、連續(xù)地運(yùn)動(dòng), 再通過(guò)固連在一起的銷(xiāo)釘帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng), 從而控制滑閥閥芯的運(yùn)動(dòng)。對(duì)某些應(yīng)用場(chǎng)合，可能輸出的有效作用力及行程最為重要。 比例電磁鐵應(yīng)滿足的要求(1) 具有水平吸力特性，即輸出的機(jī)械力與電信號(hào)大小成比例，與銜鐵位移無(wú)關(guān)，能把電氣信號(hào)按比例地、連續(xù)地轉(zhuǎn)換成機(jī)械力輸出給液壓閥；(2) 有足夠的輸出力和行程，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小；(3) 線性好，死區(qū)小，靈敏度高；(4) 動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)速度快；(5) 比例閥在長(zhǎng)期工作中，其溫升不得超過(guò)要求。精度高的比例閥如德國(guó)的博世、意大利的阿托斯等都采用這種結(jié)構(gòu)。 比例電磁鐵的分類(lèi)比例電磁鐵的類(lèi)型按照工作原理主要分為如下幾類(lèi):(1)力控制型這類(lèi)電磁鐵的行程短, 輸出力與輸入電流成正比, 常用在比例閥的先導(dǎo)控制級(jí)上；(2)行程控制型由力控制型加負(fù)載彈簧共同組成, 電磁鐵輸出的力先通過(guò)彈簧轉(zhuǎn)換成輸出位移, 輸出位移與輸入電流成正比, 工作行程達(dá)3mm, 線性好, 可以用在直控式比例閥上；(3)位置調(diào)節(jié)型銜鐵的位置由傳感器檢測(cè)后, 發(fā)出一個(gè)閥內(nèi)反饋信號(hào), 在閥內(nèi)進(jìn)行比較后重新調(diào)節(jié)銜鐵的位置。比例電磁鐵推力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)油液清潔度要求不高，維護(hù)方便，成本低，銜鐵腔可做成耐高壓結(jié)構(gòu)，是電液比例控制元件中廣泛應(yīng)用的電 機(jī)械轉(zhuǎn)換器件。 比例電磁鐵本設(shè)計(jì)屬于電液比例閥一大類(lèi)，顧名思義其應(yīng)用的電 機(jī)械轉(zhuǎn)換器應(yīng)是比例電磁鐵。 電 機(jī)械轉(zhuǎn)換器分類(lèi)a. 按其作用原理和磁系統(tǒng)的特征分，主要有：電磁式、感應(yīng)式、電動(dòng)力式、電磁鐵式、永磁式、極化式；動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式；直流、交流?？梢?jiàn)，電一機(jī)轉(zhuǎn)換器是電液比例閥的驅(qū)動(dòng)裝置。這種電機(jī)械轉(zhuǎn)換器是電液比例閥的關(guān)鍵組件之一，它的作用是把經(jīng)過(guò)放大后的輸入信號(hào)電流成比例的轉(zhuǎn)換成機(jī)械量。目前生產(chǎn)技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)的可控流阻結(jié)構(gòu)形式是通過(guò)電機(jī)械轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)間接的電液轉(zhuǎn)換。顯然，這種流阻控制方式更為簡(jiǎn)便，它無(wú)需電－機(jī)轉(zhuǎn)換元件。一種控制流阻的技術(shù)途徑是直接的電液轉(zhuǎn)換。那么此節(jié)將對(duì)它作一個(gè)詳細(xì)的介紹。一個(gè)完整的比例閥或比例泵電控系統(tǒng)包含的基本電路如下圖所示： 圖312 比例元件電控系統(tǒng)基本電