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工程机械用插装式电液比例减压阀设计【3张CAD图纸和说明书】

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关键词：: 工程机械用插装式电液比例减压阀设计 cad 图纸以及说明书仿单

资源描述：

摘要：电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此，电液比例减压阀应用领域日益拓宽。今年来研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先到控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先到操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。

关键字：电液比例阀负载感应压力补偿先导控制

Electro-hydraulic proportional valve

Summary：Electro-hydraulic proportional valve industry is proportional solenoid valve generates a corresponding action according to the voltage signal input, the working valve spool displacement, and valve port size is changed in order to complete the input voltage is proportional to the pressure, the flow rate output element. Spool displacement can also be mechanical, hydraulic or electrical feedback form . Due to the form of electro-hydraulic proportional valve has a wide variety, easy to use a variety of electro-hydraulic system consisting of electrical and computer-controlled, high control accuracy, flexible installation, and strong anti-pollution and many other advantages.Therefore, electro-hydraulic proportional valve applications increasingly broadened.This year's R & D proportional cartridge valves and proportional multi-way valve fully take into account the characteristics of construction machinery use,Has a first control, load sensing and pressure compensation function.It is important for the emergence of mobile hydraulic machinery to enhance the overall level of technology. Sectors, especially the first operation in the electric control, wireless remote control and a wired remote operation demonstrated its good prospect.

Keyword：Electro-hydraulic proportional valve Load sensing Pressure Compensation Pilot control

摘要·······················································1

目录·······················································2

前言·······················································4

正文·······················································5

1.绪论······················································5

1.1液压元件的结构分析及实体测绘·······················5

1.2液压技术及应用·····································5

1.3减压阀·············································5

1.4减压阀的分类·······································6

1.5减压阀的工作原理···································6

1.6电液比例减压阀·····································6

1.7阀控制压力的一般原理·······························7

2.比例减压阀的结构·······································7

3.主阀设计················································7

3.1插装式主阀·········································7

3.2主阀阀套的设计·····································8

3.3主阀阀芯的设计·····································9

3.4插装式主阀面积比的确定·····························9

3.5主阀阀芯的受力分析·································11

3.6先导阀溢流部分的设计·······························12

3.7先导阀调定压力的增量表达式·························13

3.8先导阀的连接方式···································14

3.9公差与配合的确定···································14

3.10比例放大器········································14

4.减压阀的衔铁结构·······································15

4.1衔铁的类型·········································15

4.2衔铁的受力计算·····································16

5.静态特性分析············································16

5.1进口压力静态特性分析·······························16

5.2静态压力流量特性分析·······························17

5.3静态特性仿真曲线···································17

6.电液比例控制系统·······································19

6.1反馈的概念··········································20

6.2闭环与开环控制······································20

6.3电液比例控制系统的组成······························21

6.4电液比例控制系统的特点······························22

结束语·····················································23

致谢························································24

参考文献···················································25

附录························································26

前言

从1795年世界上第一台水压机诞生，到现在液压技术已有200多年的历史。至上世纪50~70年代，随着工艺水平的极大提高，液压技术也得到迅速发展，成为实现现代传动和控制的关键技术，其发展速度仅次于电子技术。特别是近年来流体技术与微电子、计算机技术相结合，是液压与气动技术进入了一个新的发展阶段。据有关资料记载，国外生产的90%的工程机械、90%的数控加工中心、95%的自动生产线，均采用了液压与气动技术。在国民紧急很多领域均需应用液压与气动技术，其水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。因此液压技术在机械类及近机类高等教育的课程中，已成为一门重要的专业基础课，而且也是一门能直接用于工程实际技术的学科。通过本课程的学习，可以开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力以及解决生产实际问题的能力。

本课题旨在服务于液压实践教学。本课题是通过对液压元件的结构分析，绘制相关元件图形，应用软件建其模型库。直观地展示了液压元件的结构和工作原理。

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内容简介：: 毕业设计开题报告题目工程机械用电液比例减压阀学院专业学号姓名指导老师开题时间一、选题的依据与意义电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此，电液比例减压阀应用领域日益拓宽。今年来研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先到控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先到操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。电液比例阀,是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件,代表了流体控制技术的发展方向。它以传统的工业用液压控制阀为基础,采用电-机械转换装置,将电信号转换为位移信号,按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。虽然比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比 ,性能在某些方面还有一定的差距。但电液比例阀抗污染能力强,减少了由于污染而造成的工作故障,可以提高液压系统的工作稳定性和可靠性,更适用于工业过程;另一方面,比例阀的成本比伺服阀低 ,而且不包含敏感和精密的部件,更容易操作和保养,因此在许多场合电液比例阀获得了广泛的应用。二、国内外研究状况及发展趋势根据用途和工作特点的不同,比例阀可以分为比例压力阀(如比例溢流阀、比例减压阀)、比例流量阀( 如比例节流阀、比例调速阀)和比例方向阀(电液比例换向阀)三类。电液比例换向阀不仅能控制方向,还有控制流量的功能。下面分别综述比例压力阀和比例流量阀国内外的研究进展。1967 年瑞士布林格尔(Beringer)公司生产出 KL 用于船体表面除锈涂漆工艺的比例方向节流阀,这是世界上最早的比例阀。1971 年和 1972 年日本油研(Yuken)公司相续申请了比例压力阀和比例流量阀的专利,引起了许多国家及公司的广泛重视,推动了比例阀技术的发展。这期间出现的比例压力阀(溢流阀和减压阀)基本是以传统手调液压阀为基础发展而来,区别仅是用比例电磁阀铁取代了阀上原有的弹簧手调机构,阀的结构原理和设计准则几乎没有变化。小流量阀采用直接作用式结构,大流量阀仍采用 1936 年美国人维克斯(HarryVickers)发明的/差动式压力控制原理 0。因为不包含受控参数的反馈环节,导致控制压力随着负载流量的不同而改变,这是此类比例阀的主要不足,而且由于比例电磁铁性能较差,这类比例阀的工作频宽低(仅 15Hz),稳态磁环大(4%7%),体积也大,多用在开环系统。20 世纪 80 年代初,浙江大学路甬祥提出了压力直接检测原理,他应用该原理设计的比例溢流阀获得了德国发明专利。按此原理,国内外研制的比例溢流阀和比例减压阀的性能都获得了显著提高,实现了人们长期以来所追求的等压力特性。从 20 世纪 80 年代后期开始,比例压力控制技术的又一进展是采用电气闭环校正,出现了被控压力压力传感器检测的新一代比例压力阀。采用这种原理可将电-机械转换器的非线性和先导阀的非线性扰动都包含在闭环之内,因而可实现无静差控制,同时利用电气校正也可以很方便地改善阀的稳定性和快速性。文献介绍的采用力矩马达驱动单喷嘴挡板阀作先导级的压力直接电检测型比例溢流阀和比例减压阀,其稳态特性达到了当时几乎完美的程度。日本油研(Yuken) 公司同期推出的这种比例溢流阀更将电控器、放大器、压力传感器与阀集成为一体,阀上还带有压力数字显示和报警装置。国内浙江大学也研制成功采用这一原理和 PID 调节技术的三通型比例压力阀,获得了同样的效果。为完善这一技术,国外还发展了将 A/D、D/A 转换器、放大器与检测单元集成为一体的压力传感器,降低了生产成本、提高了可靠性和精度,这一技术将成为比例压力控制的主要手段。在模拟型比例元件发展的同时,数字式的比例阀也获得了蓬勃发展。由步进电机驱动的增量式数字压力阀和用开关电磁铁操纵的高速开关型数字压力阀都已达到了使用阶段。同模拟式阀相比,数字式的比例阀的优点是更抗污染,开环控制精度高,无需 A/D和 D/A 转换器就能直接与计算机接口。不足之处是受控制功率的限制 ,系统频宽较低,使得应用范围受到了限制。为改善比例压力阀的性能,国内外学者做了大量的研究工作。德国亚琛工业大学(AachenTH)的泽纳 (F.Zehner)在文献中重点研究了直接检测的比例压力阀,并特别介绍了采用直接压力电检测的比例溢流阀。我国浙江大学的郁凯元在文献17中,分别研究了采用系统压力直接检测和主阀芯速度反馈的比例溢流阀和比例减压阀,并提出采用主阀的三通结构来改善比例减压阀在无负载时的控制性能。此外,国内吴良宝等人用功率键合图的方法对比例溢流阀的性能进行了研究,主要研究了阻尼网络对比例溢流阀性能的影响。印度学者达斯古浦塔(Dasgupta)也用功率键合图的方法对电磁比例先导溢流阀的性能进行了研究,并建立了比例阀的非线性模型。对采用 B 型液桥的直接检测型比例溢流阀的性能进行了仿真及优化设计,改善了比例溢流阀的性能。国外学者曼科(S.Mamco) 对带先导流量恒定器的减压阀和多种先导级结构的直接检测型溢流阀进行了仿真和试验研究。提出在主阀芯上开不同圆形槽的方法改善了先导式比例溢流阀的压力特性。文献研究了在滑阀上开槽的方式来消除滑阀的稳态液动力并用这种方法设计了单级的大流量溢流阀,取得了与双级控制同样的效果。在对比例压力阀性能进行大量分析和研究的同时,许多研究者也致力于从结构原理上对比例阀进行改进。德国亚琛工业大学(AachenTH)的文加登(F.Weinganten)应用线性液阻代替圆孔阻尼器,使溢流阀的动态超调量及快速性略有改善。文献提出用主阀芯与导阀芯之间的位置随动反馈来提高压力直接检测型溢流阀的快速性和稳定性的方法,该阀具有较好的压力流量特性。国内学者曾祥荣研究了采用液动力补偿的大流量直动式比例溢流阀,并且还对这种阀所采用的液动力补偿方法作了进一步的研究。1986 年日本油研(Yuken)公司和德国派克 (Par2ker)公司分别申请了压力直接电检测的比例溢流阀和压力间接电检测的比例溢流阀专利,这些都推动了压力电检测技术的发展。湖南大学黄勇针对比例压力阀,在对比分析多种阀芯和阀腔几何结构后,优化设计出一种新型阀芯和阀腔结构的比例压力阀。文献采用 PID 控制和动态矩阵控制(DMC)方法,对比例减压阀进行了缓冲控制研究。权龙在其博士论文中提出新的电闭环比例控制方法,并在比例减压阀的出口与先导泄油口之间设置一旁通流量调节器,可解决现有比例减压阀在负载很小时不能稳定工作的难题。传统电液比例阀是以比例电磁铁作为驱动装置的电-液信号转换元件,虽然其结构坚固,抗污染能力较强,价格较为低廉。但存在着运动部件体积惯量大(两端对置),支撑部位多,摩擦力大、线性度差等固有弊病。同时,由于比例电磁铁固有特性的限制,导致电液比例阀无论在响应时间还是在响应速度上都不是很快,响应速度稍高的但流量又太小,滞环大、死区大,而且给系统的控制算法带来困难。以力矩马达为驱动装置的电液伺服阀虽然控制品质较好、频响高、滞环小、死区亦小、且线性度好,但伺服阀对油液的污染十分敏感,系统的过滤成本高,且其加工难度大,价格昂贵,限制了伺服阀的应用。可以看出,目前,无论是电液伺服阀还是电液比例阀,都无法同时满足液压控制系统高速、高精度、大流量、低成本、抗污染等要求。为此,必须开发一种全新的液压阀技术,能够综合这两类阀的长处,克服它们的短处,这就是超高速电液比例阀。超高速电液比例阀能实现液压控制系统液流方向和流量的控制功能,满足系统高速、高精度、大流量、低成本、抗污染的综合要求。超高速电液比例阀是采用动圈式电-机械转换器作为驱动装置的电-液信号转换元件,控制性能很好,某些性能指标达到甚至超过了电液伺服阀,尤其是在频率响应方面更优越,可达 300Hz 以上。另一方面,与传统伺服阀不同,其中不存在喷嘴一类的细小节流口,故抗污染能力强,无需高成本的过滤措施,工作可靠性高。提高电液比例阀的性能指标如频响、线性度和负载能力等,有助于提高电液比例控制系统的整体特性,这也是电液比例阀技术的发展趋势。提高控制精度和控制速度一直以来是各行各业的敏感话题,在许多机械行业中,特别是需要高精控制场合中,拥有较大的市场前景。随着我国建设规模的不断扩大和经济的不断发展,需求量会不增加。目前,超高速电液比例阀技术在国外一些著名注塑机公司得到了应用。而国内一般均采低速比例阀控制,效率低,精度差。因此超高速电液比例阀的研究,成为各厂家在日益激烈的市场竞争中是否能够保持优势的关键。研制性能优良、结构简单、工作可靠、成本低廉、能同时为生产厂家和用户欢迎的超高速电液比例阀,对推动整个液压技术领域的向前发展具有重要的理论意义和实用价值。三、本课题研究内容1、设计内容及参数熟悉电液比例减压阀结构和工作原理；根据工作原理，列出减压阀衔铁、阀芯的受力方程，完成静态特性仿真曲线，确定结构参数；设计参数：进口压力 4MPa，要求出口压力 02.5Mpa 可调，流量 20L/min。2、预期提交的材料清单设计说明书（包括液压、电磁力的计算）；结构原理图；设计图纸，1 张 A0（装配图），2 张 A2（阀芯和阀套）；英文翻译。3、进度计划12 周：完成文献资料查阅（确定整体方案）；310 周：完成主要工作；1112 周：写设计说明书和答辩。四、本课题主要特色主要特色：电液比例减压阀的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统中执行元件运动的力、速度和方向，简化了系统，减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。比例阀主要用在没有反馈的回路中，对有些场合，如进行位置控制或需要提高系统的性能是，电液比例阀也可作为信号转换与放大元件组成闭环控制系统。五、主要参考文献1 雷天觉主编液压工程手册，机械工业出版社，1990；2 贺尚红主编液压与气动传动第二版，中南大学出版社，2011；3 陆培文主编阀门设计入门与精通，北京：机械工业出版社，20094 朱淑萍主编机械加工工艺及装备，北京：机械工业出版社，20025 吴宗泽主编机械设计课程设计手册，北京：高等教育出版社，20066 徐灏主编机械设计手册第五卷，北京：机械工业出版社，19917 杨培元，朱福元主编液压系统设计简明手册北京：机械工业出版社，19998 陈启松主编机械传动设计手册北京：煤炭工业出版社，19829 范存德主编机械技术手册沈阳：辽宁科学技术出版社，200410 杨源泉主编阀门设计手册北京工业出版社

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