電液比例閥是電液比例控制技術(shù)的核心元件,它以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ),采用模擬式電氣—機械轉(zhuǎn)換裝置,將電氣信號轉(zhuǎn)換為位移信號,按輸入電氣信號指令,連續(xù)成比例地控制液壓系統(tǒng)的液流壓力、流量或方向等參數(shù)。電液比例閥與伺服控制系統(tǒng)中的電液伺服閥相比,雖然其性能在某些方面還有一定的差距。但是,其顯著的優(yōu)點是抗污染能力強,減少了由于污染而造成的工作故障,提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性,因此更適合于工業(yè)過程。另一方面,比例閥的成本比伺服閥低,而且不包含敏感和精密的部件,更容易操作和保養(yǎng),已在許多液壓控制場合獲得廣泛的應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的電液比例閥是以比例電磁鐵作為驅(qū)動裝置的電—液信號轉(zhuǎn)換元件,由于其固有特性的限制,導致電液比例閥無論是響應(yīng)時間還是響應(yīng)速度都不是很快。響應(yīng)速度較快的,流量卻比較小。 為此,本文提出超高速電液比例閥。超高速電液比例閥能實現(xiàn)液壓控制系統(tǒng)液流方向和流量的控制,滿足電液比例控制系統(tǒng)高速、高精度、大流量、低成本和抗污染的綜合要求。超高速電液比例閥采用動圈式電—機械轉(zhuǎn)換器作為驅(qū)動裝置的電—機械轉(zhuǎn)換元件,控制性能很好,某些性能指標達到甚至超過了電液伺服閥。 首先,針對常規(guī)動圈式電—機械轉(zhuǎn)換器在電磁力、響應(yīng)時間和響應(yīng)速度等性能上的不足,從其核心部分——永磁體結(jié)構(gòu)入手,對比單個永磁體不同的磁化技術(shù)和多個永磁體不同的磁化陣列結(jié)構(gòu),提出了一種新穎永磁體沿外磁場磁力線方向磁化、8片瓦型有氣隙Halbach磁化陣列型動圈式電—機械轉(zhuǎn)換器。通過對設(shè)計的動圈式電—機械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)磁場、參數(shù)化磁場、瞬態(tài)磁場、溫度場、渦流磁場、功率損耗和趨膚效應(yīng)等的分析,表明該動圈式電—機轉(zhuǎn)換器具有良好的動靜態(tài)性能,無論電磁力,還是響應(yīng)時間和響應(yīng)速度都比常規(guī)結(jié)構(gòu)有較大的提高。 接著,從超高速電液比例閥的液壓部分著手,根據(jù)其結(jié)構(gòu)和原理,并結(jié)合功率鍵合圖法和CFD計算,分析了超高速電液比例直動式先導閥、疊加式單向節(jié)流閥和主控閥的靜態(tài)和動態(tài)特性,得到超高速電液比例閥高頻和快速響應(yīng)的機理。 然后,針對常規(guī)電液比例閥建模的局限性,根據(jù)包含各種非線性特征的孔流量方程,為超高速電液比例閥模型建立統(tǒng)一的非線性數(shù)學方程。獲得關(guān)于閥芯幾何屬性和物理模型參數(shù)對通過比例閥端口流量的關(guān)系式,得到能分析正遮蓋、負遮蓋和零遮蓋比例閥的流量方程,此時流量被表達為關(guān)于閥芯遮蓋參數(shù)和其他常規(guī)參數(shù)的連續(xù)非線性函數(shù)。同時,對超高速電液比例閥統(tǒng)一模型的非量綱分析表明,模型的精確性獨立于模型參數(shù)之外,統(tǒng)一模型的誤差僅依賴于液壓阻尼系數(shù)。 為了確保超高速電液比例閥的性能可靠,必須監(jiān)測比例閥的臨界參數(shù),以確定故障是否出現(xiàn)。但是,在比例閥運行過程中,直接測量某些參數(shù)將會是非常困難的。本文提出三種參數(shù)估計方法,一般最小二乘法、極大似然估計法和模糊RBF網(wǎng)絡(luò)法,用來估算超高速電液比例直動式先導閥的彈簧剛度。估計結(jié)果與實際結(jié)果相差不大,表明這三種方法是可行的。 最后,通過對超高速電液比例直動式先導閥的實驗研究,可知實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,表明所設(shè)計的電液比例閥具有高頻和快速響應(yīng)特性,能較好地滿足高速電液比例控制技術(shù)的要求。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：TH137.522
【部分圖文】：

和方向也是由表面的磁化強度M、磁感應(yīng)強度B及微面積ds所決定。下面進一步對比討論單向(如軸向磁化)和沿磁力線方向磁化兩種不同磁化情況，上述兩種情況下3D空間中磁化過程，分別如圖3一7(a)和圖3一7(b);單個永磁體不同磁化方向的磁力線分布，分別如圖3一8(a)和圖3一8(b)。側(cè)l/尸，If娜a)單向磁化b)沿磁力線方向磁化圖3一7永磁體不同磁化方向成成成{}、廠://一二一_刃-面價一扛。沖口‘一畫一靦一州a)軸向磁化b)沿磁力線方向磁化圖3一8單個永磁體不同磁化方向的磁力線分布將磁化獨立于磁場，并假設(shè)磁體表面的函數(shù)為z(x，刃，則dS可表示為:ds=一擊(x，夕)擊魯，·‘(3一5)在被積函數(shù)U上的表面積分為:

圖3一12永磁體不同磁化陣列磁力線分布另外，重點對8片瓦型永磁體結(jié)構(gòu)，分別采取單向、徑向、切向和Halbach磁化陣列對比分析，其圓周方向軸對稱結(jié)構(gòu)，如圖3一13所示。殼體永磁體線圈銜鐵a)圓環(huán)結(jié)構(gòu)b)2片瓦型結(jié)構(gòu)c)4片瓦型結(jié)構(gòu)d)8片瓦型結(jié)構(gòu)

工出若干個小孔后對其動靜態(tài)性能的影響，對文中動圈式電一機械轉(zhuǎn)換器，選取三種推力線圈骨架結(jié)構(gòu)，分別描述如下:(l)結(jié)構(gòu)一，原始推力線圈骨架結(jié)構(gòu)，無孔，如圖3一15(a)。(2)結(jié)構(gòu)二，在推力線圈骨架功ZOmm圓周上均勻加工出8個價4mm小孔l，如圖3一15(b)。(3)結(jié)構(gòu)三，在推力線圈骨架功20mm圓周上均勻加工出8個功4mm小孔l，必30mm圓周上均勻加工出15個功3.smm小孔2，如圖3一15(e)。///任勁 勁{蔗薰 薰\\\纓 纓黝黝翻翻皿皿摹摹摹///介勤 勤 {{{{{lll{}1{1}!11}}錢 錢 22222I;【萬})11、}節(jié) 1111圣圣圣翎淵淵栩二 二a)結(jié)構(gòu)一b)結(jié)構(gòu)二殼體隔磁環(huán)永磁體線圈孔2孔l線圈骨架銜鐵、、、、 、)介島 島....， ............~~~一~，‘‘ c)結(jié)構(gòu)三圖3一巧三種推力線圈骨架結(jié)構(gòu)的動圈式電一機械轉(zhuǎn)換器軸對稱模型從圖3一15所示三種推力線圈骨架的動圈式電一機械轉(zhuǎn)換器軸對稱模型的磁力線分布

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本文編號：2828475