比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器作為電液伺服/比例閥的核心部件,在國防及民用工業(yè)如航空航天、軍事、機(jī)床、礦山、冶金和工程機(jī)械等領(lǐng)域的電液控制系統(tǒng)中起著重要作用。隨著工業(yè)可持續(xù)發(fā)展節(jié)能要求的不斷提高,對比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的性能提出了更高更多方面的要求。降低比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的功耗,可以降低成本和線圈溫升,提高工作穩(wěn)定性,特別適用于航空航天、深海、野外等電力供應(yīng)不便領(lǐng)域工程中的應(yīng)用,是目前電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器研究的一個熱點。低功耗比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研究將有助于更好地滿足市場需求和可持續(xù)發(fā)展節(jié)能要求。 本文以低功耗比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)為研究對象,采用理論分析、解析計算、數(shù)值仿真和試驗研究相結(jié)合的方法,對低功耗比例電-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。采用減小軸向非工作氣隙和引入雙徑向工作氣隙的低功耗策略,提出了低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的新結(jié)構(gòu);并在此低功耗策略的基礎(chǔ)上,采用永磁偏置磁通和控制磁通差動工作方式,提出了低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的新結(jié)構(gòu);通過磁路分析和磁場有限元仿真,分別闡述了結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機(jī)理及具體匹配關(guān)系。低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的試驗結(jié)果表明其額定行程為1.4 mm,額定輸出力為96 N,線性度高,滯環(huán)小,具有良好的動態(tài)特性,額定穩(wěn)態(tài)功耗僅為9.5 W,線圈溫升低。低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的試驗結(jié)果表明其額定行程為±1 mm,額定輸出力為±100 N,具有10 N/mm的正磁彈簧剛度,線性度高,滯環(huán)小,具有良好的動態(tài)特性,額定穩(wěn)態(tài)功耗僅為8.3 W,線圈溫升低。作為低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的實例應(yīng)用,成功地研制了一種低功耗先導(dǎo)式溢流閥,并對其穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性進(jìn)行了仿真與試驗研究。 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下: 第一章從電液伺服/比例閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器和電磁閥低功耗技術(shù)應(yīng)用的角度出發(fā),探討了低功耗比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展,分析總結(jié)了閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和低功耗特點以及發(fā)展趨勢。 第二章基于動鐵式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的功能轉(zhuǎn)換關(guān)系及其效率分析,概述了多種降低功耗的方法;針對典型動鐵式比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)特點,提出了低功耗策略,并在單向比例電磁鐵和雙向線性力馬達(dá)的具體耐高壓結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用。 第三章建立了兩種低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的磁路分析模型,分別得出了靜態(tài)輸出力表達(dá)式,初步分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)或磁路參數(shù)對靜態(tài)力特性的影響;建立了有限元數(shù)值分析模型,通過仿真詳細(xì)闡述了結(jié)構(gòu)參數(shù)的作用機(jī)理,結(jié)合磁路分析結(jié)果明確了兩種低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù),并闡述了其工作特點;分析研究了電磁機(jī)構(gòu)的能量損耗組成、成因、理論計算方法以及線圈溫升特性。 第四章介紹了力特性測試系統(tǒng)的組成、原理、誤差分析和試驗方法,分析了放大器性能及測試方法對測試結(jié)果的影響;基于搭建的力和位移特性測試系統(tǒng),獲得了兩種低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的靜動態(tài)特性試驗結(jié)果,并與仿真結(jié)果作了對比;試驗研究了兩種低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的功耗及線圈溫升特性。 第五章作為低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的應(yīng)用實例,研制了一種低功耗先導(dǎo)式溢流閥;建立了該溢流閥的仿真模型,通過仿真獲得其穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性,并探討了低功耗單向比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)對溢流閥穩(wěn)態(tài)特性的影響;建立了壓力控制閥試驗臺,獲得低功耗先導(dǎo)式溢流閥的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)特性試驗結(jié)果,并與仿真結(jié)果作了對比。 第六章概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需進(jìn)一步研究的工作和方向。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TH137.52
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
目次
1 緒論
    1.1 電液伺服/比例閥概述
        1.1.1 電液伺服/比例閥的作用、特點及分類
        1.1.2 電液伺服/比例閥的構(gòu)成及原理特點
    1.2 國內(nèi)外關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展
        1.2.1 電液伺服/比例閥用電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器
        1.2.2 電磁控制閥低功耗技術(shù)應(yīng)用
    1.3 相關(guān)技術(shù)進(jìn)展
        1.3.1 閥用功率放大器
        1.3.2 磁性材料
        1.3.3 線圈散熱技術(shù)
    1.4 課題的研究意義及研究內(nèi)容
        1.4.1 研究意義
        1.4.2 研究難點
        1.4.3 研究內(nèi)容
2 低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)方案及工作原理
    2.1 動鐵式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)分類及工作原理
    2.2 動鐵式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的功能轉(zhuǎn)換分析
        2.2.1 功能轉(zhuǎn)換關(guān)系
        2.2.2 降低功耗的方法
    2.3 動鐵式比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的低功耗策略
    2.4 低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)
    2.5 低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的結(jié)構(gòu)
    2.6 本章小結(jié)
3 低功耗耐高壓比例電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的理論分析
    3.1 磁路分析方法
        3.1.1 線圈勵磁磁路模型
        3.1.2 永磁體的磁路模型
    3.2 磁路模型及特性分析
        3.2.1 低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的磁路模型
        3.2.2 低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的特性分析
        3.2.3 低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的磁路模型
        3.2.4 低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的特性分析
    3.3 電磁場有限元分析理論
        3.3.1 電磁場基本理論
        3.3.2 靜態(tài)磁場中的位函數(shù)方程
        3.3.3 非線性軸對稱靜態(tài)磁場的有限元方程
        3.3.4 時諧電磁場的位函數(shù)方程
        3.3.5 渦流場的有限元方程
        3.3.6 基于有限元模型的運(yùn)動耦合瞬態(tài)場理論
    3.4 低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的磁場數(shù)值計算
        3.4.1 基于靜態(tài)磁場有限元模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析
        3.4.2 靜態(tài)特性有限元仿真計算及分析
    3.5 低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的磁場數(shù)值計算
        3.5.1 基于有限元模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析
        3.5.2 靜態(tài)力特性有限元仿真計算及分析
        3.5.3 運(yùn)動耦合瞬態(tài)場有限元分析
    3.6 能量損耗及溫升分析
        3.6.1 鐵損分析
        3.6.2 渦流分布及損耗計算
        3.6.3 溫升分析
    3.7 本章小結(jié)
4 測試系統(tǒng)與試驗研究
    4.1 力特性測試系統(tǒng)
        4.1.1 測試系統(tǒng)組成及原理
        4.1.2 測試系統(tǒng)誤差分析
        4.1.3 電磁鐵的性能指標(biāo)及試驗方法
        4.1.4 比例電磁鐵的試驗
    4.2 低功耗耐高壓單向比例電磁鐵的試驗研究
        4.2.1 靜態(tài)力特性試驗
        4.2.2 動態(tài)力特性試驗
        4.2.3 功耗及線圈溫升特性
    4.3 低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)的試驗研究
        4.3.1 力特性試驗
        4.3.2 位移特性試驗
        4.3.3 功耗及線圈溫升特性
    4.4 小結(jié)
5 應(yīng)用實例
    5.1 低功耗先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理
    5.2 低功耗先導(dǎo)式溢流閥的數(shù)學(xué)及仿真模型
        5.2.1 數(shù)學(xué)模型
        5.2.2 仿真模型
    5.3 低功耗先導(dǎo)式溢流閥的仿真分析
        5.3.1 穩(wěn)態(tài)特性
        5.3.2 瞬態(tài)特性
    5.4 低功耗先導(dǎo)式溢流閥的試驗研究
        5.4.1 穩(wěn)態(tài)特性
        5.4.2 瞬態(tài)特性
        5.4.3 功耗特性
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果及榮譽(yù)
附錄

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李朋;李勝;傅瑩龍;嚴(yán)愷;;基于Simulink的電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器仿真研究[J];流體傳動與控制;2013年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 向忠;氣動高速開關(guān)閥關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 滿軍;耐高壓高速開關(guān)電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 高鎮(zhèn);高低壓驅(qū)動方式的研究及其在電液變氣門系統(tǒng)的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2011年

2 周星;基于磁柵式導(dǎo)磁套的比例電磁鐵關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2012年

3 朱何;2D數(shù)字閥死區(qū)補(bǔ)償及嵌入式控制器的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

4 張學(xué)林;裝載機(jī)冷卻風(fēng)扇驅(qū)動特性研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 王勁;基于電液比例溢流閥的輪對檢壓關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

本文編號：2862679