直動(dòng)式電液伺服閥關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、電液伺服控制系統(tǒng)以其控制精度高、響應(yīng)速度快、抗負(fù)載剛性大等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域如導(dǎo)彈、火箭等的模擬加載裝置，冶金領(lǐng)域如糾偏機(jī)構(gòu)、張力控制機(jī)構(gòu)，軍事領(lǐng)域如火炮控制機(jī)構(gòu)，工程機(jī)械領(lǐng)域如推土機(jī)、壓路機(jī)等都有著廣泛的應(yīng)用。電液伺服閥作為電液伺服控制系統(tǒng)的核心部件，其作用是將輸入的小功率電信號(hào)精確快速的轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，其性能優(yōu)劣直接決定著電液控制系統(tǒng)的性能。直動(dòng)式電液伺服閥因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、無先導(dǎo)級(jí)泄漏、

2、特性不受供油壓力影響等性能優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為流體傳動(dòng)與控制領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。提高電液伺服閥的性能指標(biāo)，有助于改善電液伺服控制系統(tǒng)的控制特性，有益于更好地滿足日益提高的市場(chǎng)需求，進(jìn)而推動(dòng)流體傳動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展。 論文以直動(dòng)式電液伺服閥的關(guān)鍵技術(shù)為研究對(duì)象，在綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了永磁極化、差動(dòng)磁通驅(qū)動(dòng)、動(dòng)鐵式、耐高壓雙向電．機(jī)械轉(zhuǎn)換器的新結(jié)構(gòu)，通過理論分析和磁場(chǎng)的有限元計(jì)算，確定了各結(jié)構(gòu)參數(shù)間的匹配關(guān)系，實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果表明該電．機(jī)械轉(zhuǎn)換器的線性工作范圍±1mm，最大驅(qū)動(dòng)力為±60N，滯環(huán)小于2％，幅頻寬達(dá)到160 Hz。針對(duì)目前閥用電感式傳感器的頻響有限，已難滿足高頻響電液伺服閥的要求，本論文還提出了耐高壓閥用電渦流位移傳感器的新結(jié)構(gòu)，并就電渦流傳感器易溫度漂移的技術(shù)難點(diǎn)，在理論分析基礎(chǔ)上，提出采用無感線圈進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)男路椒?，仿真和?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該位移傳感器的測(cè)量量程為8mm，精度為O.5％，20~90℃測(cè)量范圍內(nèi)溫升引起的測(cè)量偏差由未補(bǔ)償時(shí)的

4、12％降低到0.7％，頻響高，能夠滿足高頻電液伺服閥的性能要求?；谀透邏弘p向電．機(jī)械轉(zhuǎn)換器和耐高壓電渦流位移傳感器，本論文研制了不帶位移反饋以及帶位移反饋的直動(dòng)式電液伺服閥的新結(jié)構(gòu)，仿真探討了其結(jié)構(gòu)參數(shù)與其輸出特性的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)驗(yàn)研究了直動(dòng)式電液伺服閥的輸出特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該直動(dòng)式電液伺服閥的額定壓力為21MPa，額定流量為60L/min，額定電流為±2A，滯環(huán)小于7％(不帶位移反饋)，幅頻寬達(dá)到100Hz(10％額定流量@-3d

5、B)。 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下： 第一章，在綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，介紹了電液伺服閥的發(fā)展歷史，從新結(jié)構(gòu)和新材料兩個(gè)角度論述了國(guó)內(nèi)外電液伺服閥的研究動(dòng)態(tài)，重點(diǎn)介紹了電液伺服閥的工作原理和性能指標(biāo)；介紹了伺服閥相關(guān)技術(shù)，包括冷卻技術(shù)、位移反饋技術(shù)以及液動(dòng)力補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展，總結(jié)出電液伺服閥的若干發(fā)展趨勢(shì)。 第二章，介紹了傳統(tǒng)型和新材料型兩類電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的作用、分類及工作原理，并進(jìn)行了性能比較；分析討論了單向比例電磁鐵

6、的輸出特性及工作機(jī)理，深入探討了其結(jié)構(gòu)參數(shù)與其輸出特性的關(guān)系及作用規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，提出了永磁極化式雙向電．機(jī)械轉(zhuǎn)換器，并就其關(guān)鍵技術(shù)包括永磁材料、軟磁材料、銜鐵支承以及激勵(lì)線圈等給以了分析討論。 第三章，基于有限元工具，在考慮導(dǎo)磁材料的非線性導(dǎo)磁特性和漏磁等因素的基礎(chǔ)上，建立了靜態(tài)模型，討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜態(tài)特性的影響，進(jìn)行了靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該靜態(tài)模型；分析了電．機(jī)械轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)過程中電．磁．機(jī)的耦合作用，采用直接耦合

7、法計(jì)算分析電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)特性，探討了電氣及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其瞬態(tài)特性的影響，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；基于電液伺服閥寬帶大功率驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了帶有電流負(fù)反饋的PWM型H橋功率驅(qū)動(dòng)放大器，最大電流達(dá)到±4A。 第四章，在對(duì)比分析常用的電感式位移傳感器和電渦流位移傳感器的性能基礎(chǔ)上，提出了新型耐高壓電渦流位移傳感器；采用等效電路、阻抗分析以及有限元分析方法，深入討論了位移傳感器電氣和結(jié)構(gòu)參數(shù)與其測(cè)量特性

8、的內(nèi)在關(guān)系；在對(duì)其溫度漂移的理論分析的基礎(chǔ)上，借鑒常用的補(bǔ)償方法，提出采用無感線圈補(bǔ)償其溫度漂移的策略和實(shí)現(xiàn)方案；根據(jù)該位移傳感器的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，頻寬設(shè)置不低于1kHz；實(shí)驗(yàn)研究了該位移傳感器的測(cè)試特性及溫度穩(wěn)定性。 第五章，綜合第二章、第四章，提出了不帶位移反饋和帶位移反饋的直動(dòng)式電液伺服閥的實(shí)現(xiàn)方案，介紹了其工作原理；建立了閥的數(shù)學(xué)模型，并基于AMESim軟件建立了仿真模型，深入討論了閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其靜