本文關鍵詞：動圈式比例電磁鐵關鍵技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：動圈式比例電磁鐵作為電液伺服閥的核心部件,在諸如民用及國防工業(yè)等領域的電液控制系統(tǒng)中起著重要的作用,其工作特性的好壞對控制系統(tǒng)的性能有著直接的影響。現(xiàn)有對動圈式比例電磁鐵的研究方法較為離散,缺乏系統(tǒng)性,很難系統(tǒng)地展現(xiàn)出其總體結構特性,使得各部分結構很難得到最為合理的利用,進而不能很好地指導動圈式比例電磁鐵的設計。對動圈式比例電磁鐵的系統(tǒng)、科學的研究有助于從整體上改善其工作特性,進而推動電液伺服控制技術的發(fā)展。本文以動圈式比例電磁鐵的關鍵技術為研究對象,以提高其輸出靜動態(tài)特性為目標,采用理論分析、仿真計算及試驗研究相結合的方法,對動圈式比例電磁鐵進行了深入、系統(tǒng)的研究和分析。文章首先探究了動圈式比例電磁鐵的結構特點,并通過磁路分析的方法建立了動圈式電磁鐵的磁路模型和數(shù)學模型,在此基礎上,結合有限元分析法建立了動圈式電磁鐵的有限元仿真模型；之后本文通過磁場有限元仿真的方法,探究了結構參數(shù)對電磁鐵輸出特性的作用機理及影響方式,并通過理論模型對結構參數(shù)進行了優(yōu)化。本課題按照優(yōu)化后的理論模型制作了動圈式電磁鐵樣機,并搭建電磁鐵測試系統(tǒng),對其進行了試驗研究并獲得了其線圈溫升特性,位移力特性、電流力特性及動態(tài)力特性。試驗結果表明,該動圈式比例電磁鐵的額定行程為4mm,額定輸出力為4.3N,在額定電流范圍內線性度較好,線圈溫升滿足正常使用需求；階躍響應時間小于5ms,動態(tài)特性良好。試驗結果與理論仿真結果基本一致,驗證了理論模型的正確性。隨后,本文在理論模型正確的基礎上,對動圈式電磁鐵的結構進行了進一步研究,探究了異形結構對電磁鐵工作特性的影響。設計了非對稱極靴及異形永磁體的結構,并對該結構進行了建模分析。分析結果表明,其靜態(tài)特性較傳統(tǒng)結構有所改善,輸出力提高了9.98%。具體章節(jié)內容分述如下：第一章分別從電液伺服/比例閥用電—機械轉換器及動圈式比例電磁鐵自身研究出發(fā),闡述了動圈式比例電磁鐵關鍵技術的研究進展,介紹了動圈式電磁鐵的結構特點,分析總結了閥用電—機械轉換器的分類、結構及發(fā)展趨勢。第二章基于動圈式比例電磁鐵的結構特點,分析了其工作原理；運用分別基于磁路定律和電磁場理論的磁路分析法及有限元法對動圈式比例電磁鐵進行了分析研究；建立了基于磁路的永磁體激磁式磁路模型,并以此得到了電磁力的解析式,建立了其動態(tài)數(shù)學模型；結合有限元分析法建立了動圈式電磁鐵的有限元仿真模型,并以磁路分析法為參考,運用有限元仿真分析工具,詳細探究了各結構參數(shù)對電磁鐵工作特性的作用機理及影響方式,分析了結構優(yōu)化的方向；確定了優(yōu)化參數(shù)值下的動圈式比例電磁鐵結構,并得到了其靜態(tài)特性仿真曲線。第三章根據(jù)優(yōu)化后的理論模型研制了動圈式電磁鐵樣機,并搭建了電磁鐵測試系統(tǒng)；基于搭建的測試系統(tǒng)對樣機進行了試驗研究,驗證了動圈的溫升,得到了電磁鐵的靜動態(tài)工作特性,并與仿真結果進行了對比,分析了仿真與試驗結果差異的原因,驗證了電磁鐵有限元模型的準確性。第四章總結歸納了改善電磁鐵輸出力特性的方法,進一步探究了異形結構參數(shù)對動圈式比例電磁鐵輸出力特性的作用機理及影響方式,分析了結構進一步優(yōu)化的方向,確立了異形結構參數(shù)優(yōu)化值下的電磁鐵結構,得到了其靜態(tài)仿真特性曲線,并與前述仿真結果進行了對比。第五章總結了全文的主要研究工作,并針對不足之處對后續(xù)進一步的研究內容和方向做出了展望。
【關鍵詞】：動圈式比例電磁鐵 電—機械轉換器 磁路 磁場 有限元 仿真 優(yōu)化 試驗
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH137;TP273
【目錄】：

• 致謝4-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 電液伺服/比例閥概述11-14
• 1.1.1 電液伺服/比例閥的作用及特點11-12
• 1.1.2 電液伺服/比例閥的構成及原理12-14
• 1.2 電—機械轉換器應用研究進展14-19
• 1.2.1 動圈式電—機械轉換器14-16
• 1.2.2 動鐵式電—機械轉換器16-17
• 1.2.3 伺服/步進電機17-19
• 1.3 動圈式電—機械轉換器研究進展與現(xiàn)狀19-20
• 1.4 相關技術研究進展20-22
• 1.4.1 磁性材料20-22
• 1.4.2 線圈散熱技術22
• 1.5 課題研究意義及研究內容22-24
• 1.5.1 研究意義22-23
• 1.5.2 研究內容23-24
• 第2章 動圈式比例電磁鐵的理論分析24-56
• 2.1 動圈式比例電磁鐵的結構與工作原理24-25
• 2.2 動圈式比例電磁鐵的磁路分析25-35
• 2.2.1 磁路分析25-29
• 2.2.2 永磁體的磁路模型29-30
• 2.2.3 動圈式比例電磁鐵的磁路模型30-34
• 2.2.4 動態(tài)數(shù)學模型34-35
• 2.3 動圈式比例電磁鐵的有限元分析35-41
• 2.3.1 電磁場基本理論36-37
• 2.3.2 動圈式比例電磁鐵的軸對稱靜磁場模型37-41
• 2.4 動圈式比例電磁鐵的磁場數(shù)值計算41-55
• 2.4.1 磁場初步分析41-43
• 2.4.2 基于靜態(tài)磁場有限元模型的結構參數(shù)影響分析43-53
• 2.4.3 靜態(tài)特性有限元仿真結果53-55
• 2.5 本章小結55-56
• 第3章 測試系統(tǒng)與試驗研究56-69
• 3.1 測試系統(tǒng)組成及原理56-57
• 3.2 性能指標與試驗方法57-59
• 3.3 動圈式比例電磁鐵的試驗研究59-68
• 3.3.1 靜態(tài)試驗59-66
• 3.3.2 動態(tài)試驗66-68
• 3.4 本章小結68-69
• 第4章 動圈式比例電磁鐵結構參數(shù)的進一步探究69-81
• 4.1 改善動圈式比例電磁鐵輸出力特性的方法69-72
• 4.2 極靴形狀參數(shù)對輸出力特性影響的探究72-76
• 4.3 永磁體與導磁體接觸截面形狀對輸出力特性的影響76-79
• 4.4 靜態(tài)特性有限元仿真結果79-80
• 4.5 本章小結80-81
• 第5章 總結與展望81-83
• 5.1 論文總結81
• 5.2 工作展望81-83
• 參考文獻83-86
• 附錄86-87

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本文編號：273485