【正文】 F A P F 建立主閥閥芯關(guān)閉時(shí)靜力平衡方程： XF ＝ WF 即 B1A2 APAP ? ＋ RF ＝ gF?? SC1CK F A P (36) 忽略閥芯自重，要使主閥閥芯關(guān)閉得： ( gF?? SC1CK F A P )－ ( B1A2 APAP ? ) ? 0 轉(zhuǎn)換為 KP ?CAS C 1B1A2 FAPAP ?? (37) 20 20 上式是反向通流下 ,主閥要關(guān)閉控制腔 KP 必須滿(mǎn)足的條件。 代入?yún)?shù)：本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求為節(jié)流閥額定進(jìn)口壓力為 ，額定出口壓力為 .,壓差為１ MPa, 即 AP 為 ， BP 為 。本設(shè)計(jì)中主閥采用兩種通流方式： ① 正向通流（ A－Ｂ通流）：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； ② 反向通流 (Ｂ－Ａ通流 )：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。 在本閥中的面積比選用類(lèi)型Ａ，即 1:，由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求是通徑為 32ｍｍ，此處即面積 A的直徑為 32ｍｍ，因此Ａ口的半徑 AR 為 16ｍｍ。其中 A 、BA 分別為閥芯主油口 A口和Ｂ口處的面積， CA 為控制腔Ｃ腔的面積，很明顯有 BAC AAA ?? （ 31） 面積比是指閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)， A 、 BA 分別與 CA 的比值 CA AA 和 CB AA ，它們表示了三個(gè)面積之間數(shù)值上的關(guān)系，通常定義為面積比 CA AA /?? 。 綜合以上所述，得到閥套的尺寸如下： 60 G 45 G 圖 34 主閥閥套尺寸 主閥閥芯的設(shè)計(jì) 主閥閥芯為錐閥，頂端帶有軸向三角槽式節(jié)流口，上部有裝主閥彈簧的孔，中心具有連接位移傳感器的螺孔，與位移傳感器的檢測(cè)桿相連。因此在本設(shè)計(jì)中閥套與控制蓋板、閥套與通道塊之間的密封都采用 o形橡膠密 15 15 封 圈。 o形橡膠密封圈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能好、壽命長(zhǎng)、摩擦阻力較小、成本低，既可以作靜密封，也可作為動(dòng)密封使用。 一般對(duì)密封件的主要要求是： (1) 在一定的壓力、溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能； (2) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因密封件所引起的摩擦力應(yīng)盡 量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定； (3) 耐腐蝕、耐磨性好，不易老化，工作壽命長(zhǎng)，磨損后能在一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償； (4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，成本低廉。因此密封件的選用是很重要的。主閥閥套的各尺寸如下： 14 14 控制蓋板d2d1 圖 33 主閥閥套的尺寸示意圖 因?yàn)楸敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)的要求為 通徑 32mm，最大流量 480L/min，主閥芯帶位移 — 電反饋型先導(dǎo)控制， 故尺寸 d2為 32mm。 由于插裝閥的一些尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因而主閥閥套的外部尺寸必須符合標(biāo)準(zhǔn)。 綜合以上所述，確定控制蓋板相關(guān)尺寸如下： 13 13 YX 圖 32 控制蓋板尺寸 插裝式主閥設(shè)計(jì) 插裝式主閥由主閥閥套 、閥芯、主閥彈簧及相關(guān)密封件組成。 本設(shè)計(jì)中控制蓋板中有三條油液通道，第一條為主閥控制腔至先導(dǎo)閥 K口的孔道，第二條為 X口至先導(dǎo)閥的 I口的孔道，第三條為先導(dǎo)閥的 O口至 Y口的孔道，由于此三條均為先導(dǎo)控制油通道，通過(guò)流量不會(huì)很大，故直徑不需要太大，但太小可能會(huì)容易堵塞，且流道太小也難以加工出來(lái)。 本閥中，控制蓋板將用四個(gè)緊固螺釘固定在通道塊上，此為四個(gè)四個(gè)緊固螺釘為圓柱頭內(nèi)六角螺釘，其公稱(chēng)直徑根據(jù)閥的要求選用 M16。 12 12 因?yàn)椴逖b閥的各安裝尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，各尺寸需查表按標(biāo)準(zhǔn)化尺寸來(lái)定； 控制蓋板的各部分尺寸如下： 圖 31 控制蓋板 查文獻(xiàn) [５ ]第 11章“二通插裝閥的安裝連接尺寸”一節(jié)，查得公稱(chēng)通徑為 32mm的二通插裝閥控制蓋板相關(guān)尺寸如下： b1＝ 102mm， b2=102mm, b3＝ 63mm， d1=60mm, m1=70mm, m2=70mm, m3=35mm, m4=35mm。插裝閥被直接裝入集成塊的內(nèi)腔中，所以減少了漏油、振動(dòng)、噪聲和配管引起的故障，提高了可靠性； (3) 有良好的響應(yīng)性，能實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換； (4) 由于實(shí)現(xiàn)了液壓裝置緊湊集成化，可大幅度地縮小安裝空間與占地面積，與常規(guī)的液壓裝置相比結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，且成本降低而可靠性提高，工 作效率也相應(yīng)提高； (5) 對(duì)于乳化液等低粘度的工作介質(zhì)也適宜，污染耐受力比滑閥式結(jié)構(gòu)更大。 插裝閥的優(yōu)點(diǎn) (1) 插裝閥有許多滑閥不具有的一 個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)即標(biāo)準(zhǔn)化程度高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用靈活。 插裝閥的組成 一般由插裝主閥、控制蓋板、通道塊三部分組成。 由于插裝閥是一種標(biāo)準(zhǔn)化的閥，所以閥的一些關(guān)鍵尺 寸必須符合相關(guān)規(guī)定。 插裝閥介紹 插裝閥的主要產(chǎn)品是二通蓋板式插裝閥，它是在 20世紀(jì) 70年代，根據(jù)各類(lèi)控制閥閥口在功能上或是固定、或是可調(diào)、或是可控液阻的原理，發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)覆蓋壓力、流量、方向以及比例控制等的新型控制閥類(lèi)。因此，在本設(shè)計(jì)中節(jié)流閥的 主閥采用插裝式結(jié)構(gòu)，而不采用傳統(tǒng)的滑閥式結(jié)構(gòu)。因此，本設(shè)計(jì)中節(jié)流口最終確定采用軸向三角槽式節(jié)流口。在小流量時(shí)水力半徑大，故小流量時(shí)穩(wěn)定性好，可用于性能要求較高的場(chǎng)合，但節(jié)流口在高壓下易變形，使用時(shí)應(yīng)改變結(jié)構(gòu)剛度。 (5) 軸向縫隙式節(jié)流口 在套筒上開(kāi)有軸向縫隙，軸向移動(dòng)閥芯就可改變縫隙的通流面積大小。旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口水力半徑較大。 (3) 軸向三角槽式節(jié)流口 在閥芯端部開(kāi)有一個(gè)或兩個(gè)斜三角槽 ,軸向移動(dòng)閥芯就可以改變?nèi)遣弁髅娣e從而調(diào)節(jié)流量。這種節(jié)流口的性能與針閥式節(jié)流口相同，但容易制造。 (2) 偏心式節(jié)流口 在閥芯上開(kāi)一個(gè)截面為三角形（或矩形）的偏心槽。這種結(jié)構(gòu)加工簡(jiǎn)單，但節(jié)流口長(zhǎng)度大，水力半徑小，易堵塞，流量受油溫影響較大。 主閥閥芯節(jié)流口形式確定 節(jié)流口的形式及其特性在很大程度上決定者流量控制閥的性能。由于不會(huì)有不穩(wěn)定的壓差對(duì)流量造成影響，因而流量將與通流截面積成較好的線(xiàn)性關(guān)系，這就是所謂的流量控制或調(diào)速控制，相應(yīng)的 10 10 閥稱(chēng)為調(diào)速閥。故為增大流量控制準(zhǔn)確性，減小對(duì) Tq 的影響，本設(shè)計(jì)中的節(jié)流口采用薄壁孔形式。式中 ? 越大， p? 的變化對(duì) Tq 的影響也就越大。當(dāng)只調(diào)節(jié) RX 來(lái)控制流量時(shí)就是所謂的節(jié)流控制。 由式 (21)可知，通過(guò)節(jié)流閥的流量是和節(jié)流口前后的壓差、油溫以及節(jié)流口的形狀等因素密切有關(guān)的。 流量控制的基本原理 不管各類(lèi)流量閥結(jié)構(gòu)有何不同，其依據(jù)的控制原理 都是一樣，查文獻(xiàn) [３ ]的 102頁(yè)，得以下這個(gè)公式： ?? pCXppCXq RRT ???? )( 21 （ 21） 式中： Tq ――流量閥控制的流量； C ――與節(jié)流口形狀、油液密度和和油溫相關(guān)的系數(shù)，具體數(shù)值應(yīng)該由實(shí)驗(yàn)得出。 對(duì)于 32通徑以上的比例節(jié)流閥，為了保持在一定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較好的穩(wěn)態(tài)精度，可采用三級(jí)控制方案，即通過(guò)經(jīng)二級(jí)液壓放大的液壓信號(hào)，再去控制遞三級(jí)閥芯的位移（詳見(jiàn)文獻(xiàn) [2]350頁(yè)）。 由帶位移傳感器的插裝式主閥與三通先導(dǎo)比例減 壓閥組成。 整個(gè)閥的基本工作特征是利用主閥芯位移力－反饋和級(jí)間（功率級(jí)和先導(dǎo)級(jí)間）動(dòng)壓反饋原理實(shí)現(xiàn)控制。此種閥結(jié)構(gòu)更加緊湊，但由于比例 電磁鐵的功率有限，所以此種閥主要用于小流量系統(tǒng)的控制。 與普通型直動(dòng)式電液比例節(jié)流閥的差別在于增設(shè)了位移傳感器，用于檢測(cè)閥芯的位移。此種閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉。 本設(shè)計(jì)將要設(shè)計(jì)的是上述分類(lèi)中的第一類(lèi) —— 電液比例節(jié)流閥。壓力補(bǔ)償器使節(jié)流口兩端的壓差基本保持為常值，使通過(guò)調(diào)速閥的流量只取決于節(jié)流口的開(kāi)度，屬于流量控制功能閥類(lèi)。比例流量閥是一種輸出流量與輸入信號(hào)成比例的液壓閥，這類(lèi)閥可以按給定的輸入電信號(hào)連續(xù)的、按比例的控制液流的流量?？偟目?，我國(guó)電液伺服比例技術(shù)與國(guó)際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格 不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問(wèn)題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高。 電液比例技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展 在我國(guó)，有一大批主機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展需要應(yīng)用電液比例技術(shù)，因此，該技術(shù)被列為促進(jìn)我國(guó)液壓工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 今天，隨著微電子技術(shù)和數(shù)學(xué)理論的發(fā)展，比例閥技術(shù)已達(dá)到比較完善的程度，已形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對(duì)已成熟的產(chǎn)品，為進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用，在保持原基本性能與技術(shù)指標(biāo)的前提下，向著簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高可靠性、降低制造成本及“四化”（通用化、模塊化、組合化、集成化）的方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，降低制造成本。 近年來(lái)比例閥出現(xiàn)了復(fù)合化趨勢(shì)，極大地提高了比例閥 (電反饋 ) 的工作頻寬。同時(shí)，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的比例元件，電液比例技術(shù)逐步形成了 80年代的集成化趨勢(shì)。 除了因制造成本所限，比例閥在中位仍保留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均己和工業(yè)伺服閥無(wú)異。 (3) 80年代，比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第三階段。比例元件的工作 頻寬己達(dá)515Hz,穩(wěn)態(tài)滯環(huán)亦減小到 3%左右。 (2) 1975 年到 1980 年間，可以認(rèn)為比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第二階段。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則幾乎沒(méi)有變化，大多不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)。比例技術(shù)的發(fā)展由此往下大致可分為三個(gè)階段： (1) 從 1967年瑞士 Beringer公司生產(chǎn) Kl比例 復(fù)合閥起，到 70年代初日本油研公司申請(qǐng)了壓力和流量?jī)身?xiàng)比例閥專(zhuān)利為止，標(biāo)志著比例技術(shù)的誕生時(shí)期。這些正為電液比例技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。 這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生與發(fā)展。 電液比例閥的發(fā)展階段 比例控制技術(shù)產(chǎn)生于 20世紀(jì) 60年代末，當(dāng)時(shí)，電液伺服技術(shù)已日趨完善 ，由于伺服閥的快速響應(yīng)及較高的控制精度，以及明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，迅速在高精度、快速響應(yīng)的領(lǐng)域中，如航天、航空、軋鋼設(shè)備及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等中取代了傳統(tǒng)的機(jī)電控制方式 ，但電液伺服閥成本高、應(yīng)用和維護(hù)條件苛刻，難以 6 6 被工業(yè)界接受。例如，還可按控制信號(hào) 的形式來(lái)分，它又分為模擬信號(hào)控制式，脈寬調(diào)制信號(hào)控制式和數(shù)字信號(hào)控制式。另一類(lèi)是在傳統(tǒng)的液壓閥基礎(chǔ)上，配上廉價(jià)的螺管式比例電磁鐵進(jìn)行控制。由于它具有動(dòng)態(tài)性能良好，集成化程度高，流通量大等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的比例元件。 (4) 按比例閥主閥芯的型式來(lái)分，又可分為滑閥式和插裝式。例如，有流量一位移一力反饋、位移電反饋、流量電反饋等。反饋型又分為流量反饋、位移反饋和力反饋。它保留了伺服閥的控制部分，降低了液壓部分的精度要求，或?qū)σ簤翰糠种匦略O(shè)計(jì)而構(gòu)成。比例插裝閥可以控制的流量達(dá) 1600L/min. (3) 按比例控制閥的內(nèi)含的級(jí)間反饋參數(shù)或反饋物理量的形式來(lái)分可分為帶反饋或不帶反饋型。根據(jù)功率輸出的需要，它可以是二級(jí)或三級(jí)的比例閥。先導(dǎo)控制式比例閥由直動(dòng)式比例閥與能輸出較大功率的主閥級(jí)構(gòu)成。直動(dòng)式是由電一機(jī)械轉(zhuǎn)換元件直接推動(dòng)液壓功率級(jí)。有些復(fù)合閥能對(duì)單個(gè)執(zhí)行器或多個(gè)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的同時(shí)控制，這種分類(lèi)方法是最常見(jiàn)的分類(lèi)方法。比例方向閥能同時(shí)控制流體運(yùn)動(dòng)的方向和流量，是一種兩參數(shù)控制閥，因此有的書(shū)上稱(chēng)之為比例方向流量閥。 類(lèi)別 類(lèi)別 5 5 (1) 按其控制功能來(lái)分類(lèi)，可分為比例壓力控制閥，比例流量控制閥、比 例方向閥（比例方向流量閥）和比例復(fù)合閥。 與伺服閥相比，電液比例閥雖然動(dòng)靜態(tài)性能有些遜色，但使用元件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造較電液伺服閥容易，價(jià)格低，效率也比伺服高 (伺服控制系統(tǒng)的負(fù)載壓力僅為供油壓力的 2／ 3)，系統(tǒng)的節(jié)能效果好，使用條件、保養(yǎng)和維護(hù)與一般液壓閥相同， 大大地減少了由污染而造成的工作故障 ， 提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性 。 比例閥 主要用在沒(méi)有反饋的回路中，對(duì)有些場(chǎng)合，如進(jìn)行位置控制或需要提高系統(tǒng)的性能時(shí)，電液比例閥也可作為信號(hào)轉(zhuǎn)換與放大元件組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。此種閥工作時(shí)，閥內(nèi)電氣 機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)輸入的電壓信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。 相信我一定會(huì)圓滿(mǎn)完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的。由于比例閥在液壓系統(tǒng)中最終應(yīng)用效果將很大一部分取決于比例控制系統(tǒng)，故單獨(dú)一章對(duì)比例控制系統(tǒng)做一個(gè)介紹。 第四章在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后對(duì)閥的具體控制原理和性能參數(shù)進(jìn)行了闡述。 第三章是本閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程，依次對(duì)閥的組成部分如控制蓋板、插裝式主閥、先導(dǎo)閥進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算 ，并對(duì)比例放大器、比例電磁鐵也進(jìn)行了介紹與分析。另外還對(duì)電液比例流量閥、電液比例節(jié)流閥作了簡(jiǎn)單的介紹。 該閥的功率級(jí)為二通插裝閥，先導(dǎo)級(jí)為電液比例三通減壓溢流閥。 我國(guó)在電液比例技術(shù)方面，目前已有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，年生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但總的看，我國(guó)電液比例技術(shù)與國(guó)際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次 配套件的問(wèn)題等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡