直动式电液伺服阀关键技术的研究

发布时间：2020-11-06 10:52

　　 电液伺服控制系统以其控制精度高、响应速度快、抗负载刚性大等优点，在航空航天领域如导弹、火箭等的模拟加载装置，冶金领域如纠偏机构、张力控制机构，军事领域如火炮控制机构，工程机械领域如推土机、压路机等都有着广泛的应用。电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心部件，其作用是将输入的小功率电信号精确快速的转换为大功率的液压能输出，其性能优劣直接决定着电液控制系统的性能。直动式电液伺服阀因其具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高、无先导级泄漏、特性不受供油压力影响等性能优点，已经成为流体传动与控制领域的一个重要发展方向和竞争焦点。提高电液伺服阀的性能指标，有助于改善电液伺服控制系统的控制特性，有益于更好地满足日益提高的市场需求，进而推动流体传动及控制技术的发展。 论文以直动式电液伺服阀的关键技术为研究对象，在综合国内外文献的基础上，提出了永磁极化、差动磁通驱动、动铁式、耐高压双向电-机械转换器的新结构，通过理论分析和磁场的有限元计算，确定了各结构参数间的匹配关系，实验结果表明该电-机械转换器的线性工作范围±1mm，最大驱动力为±60N，滞环小于2％，幅频宽达到160Hz。针对目前阀用电感式传感器的频响有限，已难满足高频响电液伺服阀的要求，本论文还提出了耐高压阀用电涡流位移传感器的新结构，并就电涡流传感器易温度漂移的技术难点，在理论分析基础上，提出采用无感线圈进行温度补偿的新方法，仿真和实验结果表明，该位移传感器的测量量程为8mm，精度为0.5％，20～90℃测量范围内温升引起的测量偏差由未补偿时的12％降低到0.7％，频响高，能够满足高频电液伺服阀的性能要求。基于耐高压双向电-机械转换器和耐高压电涡流位移传感器，本论文研制了不带位移反馈以及带位移反馈的直动式电液伺服阀的新结构，仿真探讨了其结构参数与其输出特性的内在关系，实验研究了直动式电液伺服阀的输出特性，实验结果表明，该直动式电液伺服阀的额定压力为21MPa，额定流量为60L／min，额定电流为±2A，滞环小于7％(不带位移反馈)，幅频宽达到100Hz(10％额定流量@-3dB)。 有关各章内容分述如下： 第一章，在综合国内外文献的基础上，介绍了电液伺服阀的发展历史，从新结构和新材料两个角度论述了国内外电液伺服阀的研究动态，重点介绍了电液伺服阀的工作原理和性能指标；介绍了伺服阀相关技术，包括冷却技术、位移反馈技术以及液动力补偿技术的进展，总结出电液伺服阀的若干发展趋势。 第二章，介绍了传统型和新材料型两类电-机械转换器的作用、分类及工作原理，并进行了性能比较；分析讨论了单向比例电磁铁的输出特性及工作机理，深入探讨了其结构参数与其输出特性的关系及作用规律；在此基础上，提出了永磁极化式双向电-机械转换器，并就其关键技术包括永磁材料、软磁材料、衔铁支承以及激励线圈等给以了分析讨论。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2005
【中图分类】：TH137
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 绪论
    1.1 电液伺服阀概述
        1.1.1 电液伺服阀的发展历史
        1.1.2 电液伺服阀结构及分类
    1.2 国内外研究进展
    1.3 相关技术进展
        1.3.1 冷却技术
        1.3.2 位移反馈技术
        1.3.3 液动力补偿
    1.4 课题的研究意义及研究内容
        1.4.1 课题研究意义
        1.4.2 研究难点
        1.4.3 研究内容
第二章 新型电-机械转换器的研究
    2.1 电-机械转换器技术综述（作用、分类及工作原理）
    2.2 单向比例电磁铁研究
        2.2.1 结构及工作原理
        2.2.2 仿真与实验
        2.2.3 结构参数评估
    2.3 新型电-机械转换器的结构
    2.4 关键技术
        2.4.1 永磁磁钢
        2.4.2 软磁材料
        2.4.3 衔铁及其支承
        2.4.4 激励线圈
    2.5 小结
第三章 新型耐高压双向电-机械转换器的仿真与实验研究
    3.1 磁场计算基础
        3.1.1 有限元方法
        3.1.2 有限元模型
        3.1.3 永磁磁场分析
        3.1.4 电磁力计算
    3.2 静态特性分析
        3.2.1 仿真结果
        3.2.2 参数影响评估
        3.2.3 静态实验研究
    3.3 动态分析
        3.3.1 动态过程分析
        3.3.2 瞬态特性分析
        3.3.3 参数影响评估
        3.3.4 动态实验研究
    3.4 铁损分析
        3.4.1 磁滞损耗分析
        3.4.2 涡流损耗分析
        3.4.3 温升验证
    3.5 驱动电路研究
        3.5.1 性能要求
        3.5.2 电路实现
        3.5.3 驱动能力
    3.6 小结
第四章 耐高压阀用位移传感器的研究
    4.1 阀用位移传感器的研究概述
    4.2 新型阀用位移传感器
    4.3 仿真及分析
        4.3.1 等效电路分析
        4.3.2 阻抗分析
        4.3.3 有限元仿真分析
    4.4 电涡流位移传感器的温度补偿研究
        4.4.1 温度补偿方法概述
        4.4.2 补偿机理探讨
        4.4.3 温度补偿结构
    4.5 信号调理电路
        4.5.1 性能要求
        4.5.2 技术关键
        4.5.3 电路实施
    4.6 实验分析
        4.6.1 特性测试
        4.6.2 温度补偿特性测试
    4.7 本章小结
第五章 直动式电液伺服阀的仿真与实验研究
    5.1 结构设计
    5.2 数学建模
        5.2.1 阀芯运动模型
        5.2.2 压力流量模型
        5.2.3 位移反馈模型
        5.2.4 仿真软件
    5.3 静态特性仿真分析
        5.3.1 静态仿真模型
        5.3.2 静态特性分析
        5.3.3 结构参数评估
    5.4 动态特性仿真分析
        5.4.1 动态模型
        5.4.2 动态特性
        5.4.3 动态特性分析
    5.5 实验研究
        5.5.1 实验系统
        5.5.2 静态特性实验
        5.5.3 动态特性实验
    5.6 小结
第六章 总结和展望
    6.1 论文总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果及荣誉
致谢

【引证文献】

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本文编号：2873046