插装式小型二维（2D）电磁开关阀的设计研究
发布时间：2021-03-23 22:29
高速开关阀自20世纪80年代发展以来越来越受到各发达国家的重视并投入了大量资金进行相关的研究,因此各国在高速开关阀的研究方面也取得了突出的成果,现已发展为较成熟的液压技术且已经广泛应用于现代航空航天、汽车燃油喷射系统、船舶等重要领域。相对于国内外的液压元件,国内阮健教授团队采用的伺服螺旋机构的液压阀独树一帜,其阀芯的驱动采用液压放大的二级驱动方式,主要的实现原理是阀体内部具有敏感腔、高低压孔和感受通道,敏感腔与工作腔压力相等下保持平衡,感受通道通过高低压孔连接敏感腔和工作腔,当阀芯在外力驱动下发生转动同时改变高低压孔与感受通道的沟通面积,敏感腔和工作腔的压力不相等并发生轴向移动。具有体积小、流量大、抗污染能力强等优点。本论文以伺服机构原理为基础,阀体的小型化为研究对象,总结过去二维电磁开关阀的技术特点和发展现状,设计了两款插装式小型2D电磁开关阀并对两种方案进行了以下几点研究。（1）根据相应的技术要求设计了两种机载二维（2D）电液换向阀,提出了两种不同工作原理的电液换向阀设计方案,并完成了其阀体结构及电机械转换器等模块的结构设计。（2）其中一款在电-机械转换器上创新地采用六齿型旋转电磁...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速开关阀结构[5]
浙江工业大学硕士学位论文4按照电-机转换器不同又可分为盘式电磁铁、压电晶体、磁致伸缩材料等，其中盘式和螺管式输出力大，而响应延迟长，力矩马达响应快，但价格昂贵，压电晶体式具有良好的响应速度和较高的输出力，但阀芯位移小，油口开度不大。表1-2展示了目前国外数字阀的主要性能指标。表1-2液压数字阀的性能指标[8]Table1-2.Hydraulicdigitalvalveperformanceindicators结构形式压力/MP流量(L/MIN)切换时间/MS耗电功率/W电磁铁球阀102.5~3.51~515~300力马达球阀201.20.8140电磁铁锥阀3~204~202~3.415电磁铁滑阀7~2010~133~515压电晶体滑阀50.650.5400此外还可根据工作时制方式分为先导式与直动式两种，先导式大多以高速开关阀作为先导机构，再通过锥阀结构放大阀体中流量，优点是体积小，功耗低，但受限与介质的压差范围。直动式开关阀的阀芯受磁场力驱动，靠弹簧力复位，此种阀稳定性好，但体积大。1.2.2开关阀的应用（1）汽车ABS控制系统高速开关阀的应用集中在汽车电子领域，如汽车防抱死和高压共轨燃油喷射系统等。如图1-4为ABS控制系统，其中轮速传感器接受到车轮运动状态后，电子控制器会根据传感器的信息判断车轮运动规律并输出PWM脉宽信号，实现短时间内增大（或减小）管路中油液压力以保证汽车在急刹车下不抱死而侧翻。1-油箱2-油泵3-电机4-单向阀5-安全阀6-踏板7-主缸8-高速开关阀9-电子控制器10-速传感器11-制动盘12-制动缸13-车轮14-地面图1-4ABS控制系统[9]1-tank2-oilpump3-motor4-checkvalve5-safetyvalve6-pedal7-mastercylinder8-highspeedswitchvalve9-electroniccontroller10-speedsensor11-brakedisc12-brakecylinder13-wheel14-groundFigure1-4.ABScontrolsystem
插装式小型二维（2D）电磁开关阀的设计研究5（2）共轨燃油喷射技术在柴油机上使用的共轨燃油喷射技术能有效减少有害尾气排放和降低噪音的效果，如图1-5是Bosch公司汽车上使用的高压共轨系统，其工作原理是油泵中喷出的高压油进入到共轨油管中，按照ECU指令控制油路启闭对压力进行精细控制，让部分进入燃料室燃油最大效率的转换为汽车所需机械能，剩余部分流回油箱。EDU：Electronicdriveunit(电子驱动单元)ECU：Electroniccontrolunit（电子控制单元）图1-5Bosch高压共轨系统[10]Figure1-5.Boschhighpressurecommonrailsystem1.2.3开关阀的发展趋势高速开关阀作为采用全新控制方式的数字阀，应用领域众多，对系统流体控制精度具有重大影响，目前，高速阀主要在两个方面存在不足，一方面是控制大流量与阀芯启闭快慢之间的矛盾，另一方面是控制精度不理想[11]，依据以上存在的缺点，国内外学者目前的研究方向趋向于以下几个方面：（1）高压、高频、大流量。（2）改善控制方式减少控制误差。（3）采用新型驱动器材料加快响应频率。（4）阀体小型化与流体微量化，满足阀芯运动的快速性。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状高速开关阀是液压数字阀的一种，而数字阀的研究在国外已有半个多世纪。主要集中在汽车、大型机械、航空航天领域等方面的研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Maxwell 3D的不同磁路双定子单转子电磁制动器制动力矩研究[J]. 申锋,赵朝会,夏莉. 电机与控制应用. 2018(05)
[2]2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究[J]. 陆倩倩,阮健,李胜. 液压与气动. 2018(04)
[3]单相永磁力矩马达的力矩转角特性[J]. 孟彬,林琼. 机械科学与技术. 2018(04)
[4]直动式机载2D电液压力伺服阀特性[J]. 左希庆,阮健,刘国文,俞浙青. 航空学报. 2017(11)
[5]斜槽型2D伺服阀的阀芯高低压孔设计与实验研究[J]. 罗方赞,金丁灿. 机床与液压. 2017(07)
[6]随机振动下电磁换向阀的动态特性研究[J]. 杨忠炯,包捷,周立强. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[7]二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析[J]. 李胜,阮健,孟彬. 机械工程学报. 2016(02)
[8]通径12.5 mm新型2D数字伺服阀实验研究[J]. 李祖华,孙杰,李胜,阮健. 轻工机械. 2015(06)
[9]航空高速电磁阀驱动器的设计[J]. 周飞. 航空制造技术. 2015(Z2)
[10]基于ANSYS的直流电磁铁温度场仿真分析[J]. 王春民,沙超,孙磊,曾维亮. 液压与气动. 2015(12)
博士论文
[1]射流管伺服阀的模型构建与仿真研究[D]. 张颖.西北工业大学 2015
[2]一类电液流量控制阀的关键技术研究[D]. 丁川.浙江大学 2014
[3]谐振式电液高频疲劳试验机控制关键技术研究[D]. 白继平.浙江工业大学 2013
[4]新型2D阀用电—机械转换器及其应用研究[D]. 孟彬.浙江工业大学 2013
[5]直动式电液伺服阀关键技术的研究[D]. 李其朋.浙江大学 2005
硕士论文
[1]射流管式电液伺服阀零偏机理研究[D]. 熊仝.武汉工程大学 2017
[2]本安型二维（2D）电液比例换向阀的设计与研究[D]. 丁方园.浙江工业大学 2017
[3]机载二维微小型电液高速开关阀及其驱动机构设计与研究[D]. 赵建涛.浙江工业大学 2016
[4]大流量电液换向阀的动态特性及流场特性仿真[D]. 殷英.太原理工大学 2016
[5]二维（2D）电液伺服阀用湿式力矩马达的研究[D]. 刘奎.浙江工业大学 2016
[6]2D高速开关阀及其变传动比机构的研究[D]. 刁惠君.浙江工业大学 2015
[7]数字式大流量2D比例换向阀控制器的设计与研究[D]. 徐龙稳.浙江工业大学 2015
[8]大流量2D电液比例换向阀的设计及研究[D]. 励伟.浙江工业大学 2013
[9]基于磁栅式导磁套的比例电磁铁关键技术研究[D]. 周星.浙江大学 2012
[10]以高速开关阀为导阀的多路换向阀的研究[D]. 朱丹.吉林大学 2009
本文编号：3096532
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速开关阀结构[5]
浙江工业大学硕士学位论文4按照电-机转换器不同又可分为盘式电磁铁、压电晶体、磁致伸缩材料等，其中盘式和螺管式输出力大，而响应延迟长，力矩马达响应快，但价格昂贵，压电晶体式具有良好的响应速度和较高的输出力，但阀芯位移小，油口开度不大。表1-2展示了目前国外数字阀的主要性能指标。表1-2液压数字阀的性能指标[8]Table1-2.Hydraulicdigitalvalveperformanceindicators结构形式压力/MP流量(L/MIN)切换时间/MS耗电功率/W电磁铁球阀102.5~3.51~515~300力马达球阀201.20.8140电磁铁锥阀3~204~202~3.415电磁铁滑阀7~2010~133~515压电晶体滑阀50.650.5400此外还可根据工作时制方式分为先导式与直动式两种，先导式大多以高速开关阀作为先导机构，再通过锥阀结构放大阀体中流量，优点是体积小，功耗低，但受限与介质的压差范围。直动式开关阀的阀芯受磁场力驱动，靠弹簧力复位，此种阀稳定性好，但体积大。1.2.2开关阀的应用（1）汽车ABS控制系统高速开关阀的应用集中在汽车电子领域，如汽车防抱死和高压共轨燃油喷射系统等。如图1-4为ABS控制系统，其中轮速传感器接受到车轮运动状态后，电子控制器会根据传感器的信息判断车轮运动规律并输出PWM脉宽信号，实现短时间内增大（或减小）管路中油液压力以保证汽车在急刹车下不抱死而侧翻。1-油箱2-油泵3-电机4-单向阀5-安全阀6-踏板7-主缸8-高速开关阀9-电子控制器10-速传感器11-制动盘12-制动缸13-车轮14-地面图1-4ABS控制系统[9]1-tank2-oilpump3-motor4-checkvalve5-safetyvalve6-pedal7-mastercylinder8-highspeedswitchvalve9-electroniccontroller10-speedsensor11-brakedisc12-brakecylinder13-wheel14-groundFigure1-4.ABScontrolsystem
插装式小型二维（2D）电磁开关阀的设计研究5（2）共轨燃油喷射技术在柴油机上使用的共轨燃油喷射技术能有效减少有害尾气排放和降低噪音的效果，如图1-5是Bosch公司汽车上使用的高压共轨系统，其工作原理是油泵中喷出的高压油进入到共轨油管中，按照ECU指令控制油路启闭对压力进行精细控制，让部分进入燃料室燃油最大效率的转换为汽车所需机械能，剩余部分流回油箱。EDU：Electronicdriveunit(电子驱动单元)ECU：Electroniccontrolunit（电子控制单元）图1-5Bosch高压共轨系统[10]Figure1-5.Boschhighpressurecommonrailsystem1.2.3开关阀的发展趋势高速开关阀作为采用全新控制方式的数字阀，应用领域众多，对系统流体控制精度具有重大影响，目前，高速阀主要在两个方面存在不足，一方面是控制大流量与阀芯启闭快慢之间的矛盾，另一方面是控制精度不理想[11]，依据以上存在的缺点，国内外学者目前的研究方向趋向于以下几个方面：（1）高压、高频、大流量。（2）改善控制方式减少控制误差。（3）采用新型驱动器材料加快响应频率。（4）阀体小型化与流体微量化，满足阀芯运动的快速性。1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状高速开关阀是液压数字阀的一种，而数字阀的研究在国外已有半个多世纪。主要集中在汽车、大型机械、航空航天领域等方面的研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Maxwell 3D的不同磁路双定子单转子电磁制动器制动力矩研究[J]. 申锋,赵朝会,夏莉. 电机与控制应用. 2018(05)
[2]2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究[J]. 陆倩倩,阮健,李胜. 液压与气动. 2018(04)
[3]单相永磁力矩马达的力矩转角特性[J]. 孟彬,林琼. 机械科学与技术. 2018(04)
[4]直动式机载2D电液压力伺服阀特性[J]. 左希庆,阮健,刘国文,俞浙青. 航空学报. 2017(11)
[5]斜槽型2D伺服阀的阀芯高低压孔设计与实验研究[J]. 罗方赞,金丁灿. 机床与液压. 2017(07)
[6]随机振动下电磁换向阀的动态特性研究[J]. 杨忠炯,包捷,周立强. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[7]二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析[J]. 李胜,阮健,孟彬. 机械工程学报. 2016(02)
[8]通径12.5 mm新型2D数字伺服阀实验研究[J]. 李祖华,孙杰,李胜,阮健. 轻工机械. 2015(06)
[9]航空高速电磁阀驱动器的设计[J]. 周飞. 航空制造技术. 2015(Z2)
[10]基于ANSYS的直流电磁铁温度场仿真分析[J]. 王春民,沙超,孙磊,曾维亮. 液压与气动. 2015(12)
博士论文
[1]射流管伺服阀的模型构建与仿真研究[D]. 张颖.西北工业大学 2015
[2]一类电液流量控制阀的关键技术研究[D]. 丁川.浙江大学 2014
[3]谐振式电液高频疲劳试验机控制关键技术研究[D]. 白继平.浙江工业大学 2013
[4]新型2D阀用电—机械转换器及其应用研究[D]. 孟彬.浙江工业大学 2013
[5]直动式电液伺服阀关键技术的研究[D]. 李其朋.浙江大学 2005
硕士论文
[1]射流管式电液伺服阀零偏机理研究[D]. 熊仝.武汉工程大学 2017
[2]本安型二维（2D）电液比例换向阀的设计与研究[D]. 丁方园.浙江工业大学 2017
[3]机载二维微小型电液高速开关阀及其驱动机构设计与研究[D]. 赵建涛.浙江工业大学 2016
[4]大流量电液换向阀的动态特性及流场特性仿真[D]. 殷英.太原理工大学 2016
[5]二维（2D）电液伺服阀用湿式力矩马达的研究[D]. 刘奎.浙江工业大学 2016
[6]2D高速开关阀及其变传动比机构的研究[D]. 刁惠君.浙江工业大学 2015
[7]数字式大流量2D比例换向阀控制器的设计与研究[D]. 徐龙稳.浙江工业大学 2015
[8]大流量2D电液比例换向阀的设计及研究[D]. 励伟.浙江工业大学 2013
[9]基于磁栅式导磁套的比例电磁铁关键技术研究[D]. 周星.浙江大学 2012
[10]以高速开关阀为导阀的多路换向阀的研究[D]. 朱丹.吉林大学 2009
本文编号：3096532
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