耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益完善和廣泛應(yīng)用,電液數(shù)字控制技術(shù)已成為機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的一種重要手段,是實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)高速、高精度控制的理想方法之一,已廣泛應(yīng)用于國(guó)防及民用如航空航天、汽車、冶金、武器控制、農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械等領(lǐng)域。其中,高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器是其核心技術(shù).高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器可直接與微機(jī)相連而無(wú)需D/A轉(zhuǎn)換裝置,與傳統(tǒng)的伺服閥和比例閥閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器相比,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、成本低、抗污染能力強(qiáng)、重復(fù)精度高、工作穩(wěn)定

2、可靠、能耗低等優(yōu)點(diǎn),目前已成為電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的一個(gè)研究熱點(diǎn)。對(duì)耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研究,能夠提高電液數(shù)字控制系統(tǒng)的整體性能指標(biāo),更好地滿足生產(chǎn)生活需要,進(jìn)而推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域理論、技術(shù)和裝備的發(fā)展。
　　 論文以耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器為研究對(duì)象,采用理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。基于耐高壓動(dòng)鐵式高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器,對(duì)大行程時(shí)的吸合性能和釋放性

3、能綜合考慮,分析了動(dòng)態(tài)過(guò)程中的磁路變化,探討了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜、動(dòng)態(tài)特性的影響,完成了平面形磁極和圓錐形磁極耐高壓大行程高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制,仿真與實(shí)驗(yàn)表明這兩種耐高壓大行程高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器因匹配不同的負(fù)載彈簧特性以適用不同的工作行程;針對(duì)導(dǎo)磁套一體式耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器漏磁的問(wèn)題,提出了永磁屏蔽式耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)方案,并進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,采用永磁屏蔽策略可形成永磁磁通和線圈磁通

4、相互約束的磁場(chǎng)狀態(tài),從而在減少漏磁的同時(shí)避免永磁體極化磁通的自鎖力問(wèn)題,能有效地增加電磁力并大幅提升吸合性能;作為應(yīng)用的實(shí)例,將耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于電液振動(dòng)沖擊系統(tǒng),從而用高速開(kāi)關(guān)閥替代了原系統(tǒng)所用的電液伺服閻,仿真與實(shí)驗(yàn)表明新系統(tǒng)性能滿足設(shè)計(jì)要求,降低了成本.
　　 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下:
　　 第一章,從電液數(shù)字控制和高速開(kāi)關(guān)閥技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā),探討了高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展,分析總結(jié)

5、了閥用電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和高速響應(yīng)特點(diǎn)以及發(fā)展趨勢(shì)。
　　 第二章,介紹了電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的作用、分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn);針對(duì)廣泛應(yīng)用的耐高壓動(dòng)鐵式高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器,介紹了其典型結(jié)構(gòu)、工作原理和性能指標(biāo);建立了電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,圍繞電磁力的計(jì)算,分別介紹了磁路分析法和有限元分析法,并指出它們的各自特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合;通過(guò)仿真深入研究了高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)特性,闡明了動(dòng)態(tài)過(guò)程的進(jìn)行規(guī)律和分析設(shè)計(jì)方法。
　　

6、第三章,研制了平面形磁極和圓錐形磁極耐高壓大行程高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器,詳細(xì)分析了其結(jié)構(gòu)與工作原理;針對(duì)大行程的工作特點(diǎn),結(jié)合磁路分析法和有限元分析法,分析了動(dòng)態(tài)過(guò)程中的磁場(chǎng)/磁路變化以及磁場(chǎng)/磁路變化對(duì)靜、動(dòng)態(tài)特性的影響,闡述了結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機(jī)理,明確了兩種耐高壓大行程高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)值;介紹了靜態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的原理、組成和實(shí)驗(yàn)方法;基于搭建的靜、動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了這兩種電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器,

7、并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　 第四章,提出并介紹了新型永磁屏蔽式耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作原理,采用磁路分析和有限元仿真相結(jié)合的方法,探討了其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜、動(dòng)態(tài)特性的影響;闡述了電磁鐵動(dòng)態(tài)過(guò)程的功能轉(zhuǎn)換分析和導(dǎo)磁套受壓的失效形式,利用有限元工具分別進(jìn)行了溫升分析和強(qiáng)度分析,結(jié)果表明均在許可范圍內(nèi);搭建了靜、動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比;與導(dǎo)磁套一體式耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器進(jìn)行

8、了對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果驗(yàn)證了永磁屏蔽策略的有效性。
　　 第五章,作為耐高壓高速開(kāi)關(guān)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用實(shí)例,研制了基于高速開(kāi)關(guān)閥的電液振動(dòng)沖擊系統(tǒng),并應(yīng)用于剁挫機(jī);建立了耐高壓高速開(kāi)關(guān)電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器、高速開(kāi)關(guān)閥和電液振動(dòng)沖擊系統(tǒng)的仿真模型,通過(guò)仿真獲得其靜、動(dòng)態(tài)特性,并探討了耐高壓高速開(kāi)關(guān)電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的性能對(duì)電液振動(dòng)沖擊系統(tǒng)的影響;建立了沖擊能測(cè)試系統(tǒng),獲得了基于高速開(kāi)關(guān)閥的電液振動(dòng)沖擊系統(tǒng)的沖擊力實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和仿真