直動式電液伺服閥關鍵技術的研究.pdf

1、電液伺服控制系統(tǒng)以其控制精度高、響應速度快、抗負載剛性大等優(yōu)點，在航空航天領域如導彈、火箭等的模擬加載裝置，冶金領域如糾偏機構、張力控制機構，軍事領域如火炮控制機構，工程機械領域如推土機、壓路機等都有著廣泛的應用。電液伺服閥作為電液伺服控制系統(tǒng)的核心部件，其作用是將輸入的小功率電信號精確快速的轉換為大功率的液壓能輸出，其性能優(yōu)劣直接決定著電液控制系統(tǒng)的性能。直動式電液伺服閥因其具有結構簡單、響應快、抗污染能力強、可靠性高、無先導級泄漏、

2、特性不受供油壓力影響等性能優(yōu)點，已經成為流體傳動與控制領域的一個重要發(fā)展方向和競爭焦點。提高電液伺服閥的性能指標，有助于改善電液伺服控制系統(tǒng)的控制特性，有益于更好地滿足日益提高的市場需求，進而推動流體傳動及控制技術的發(fā)展。 論文以直動式電液伺服閥的關鍵技術為研究對象，在綜合國內外文獻的基礎上，提出了永磁極化、差動磁通驅動、動鐵式、耐高壓雙向電．機械轉換器的新結構，通過理論分析和磁場的有限元計算，確定了各結構參數間的匹配關系，實驗

3、結果表明該電．機械轉換器的線性工作范圍±1mm，最大驅動力為±60N，滯環(huán)小于2％，幅頻寬達到160 Hz。針對目前閥用電感式傳感器的頻響有限，已難滿足高頻響電液伺服閥的要求，本論文還提出了耐高壓閥用電渦流位移傳感器的新結構，并就電渦流傳感器易溫度漂移的技術難點，在理論分析基礎上，提出采用無感線圈進行溫度補償的新方法，仿真和實驗結果表明，該位移傳感器的測量量程為8mm，精度為O.5％，20~90℃測量范圍內溫升引起的測量偏差由未補償時的

4、12％降低到0.7％，頻響高，能夠滿足高頻電液伺服閥的性能要求?；谀透邏弘p向電．機械轉換器和耐高壓電渦流位移傳感器，本論文研制了不帶位移反饋以及帶位移反饋的直動式電液伺服閥的新結構，仿真探討了其結構參數與其輸出特性的內在關系，實驗研究了直動式電液伺服閥的輸出特性，實驗結果表明，該直動式電液伺服閥的額定壓力為21MPa，額定流量為60L/min，額定電流為±2A，滯環(huán)小于7％(不帶位移反饋)，幅頻寬達到100Hz(10％額定流量@-3d

5、B)。 有關各章內容分述如下： 第一章，在綜合國內外文獻的基礎上，介紹了電液伺服閥的發(fā)展歷史，從新結構和新材料兩個角度論述了國內外電液伺服閥的研究動態(tài)，重點介紹了電液伺服閥的工作原理和性能指標；介紹了伺服閥相關技術，包括冷卻技術、位移反饋技術以及液動力補償技術的進展，總結出電液伺服閥的若干發(fā)展趨勢。 第二章，介紹了傳統(tǒng)型和新材料型兩類電-機械轉換器的作用、分類及工作原理，并進行了性能比較；分析討論了單向比例電磁鐵

6、的輸出特性及工作機理，深入探討了其結構參數與其輸出特性的關系及作用規(guī)律；在此基礎上，提出了永磁極化式雙向電．機械轉換器，并就其關鍵技術包括永磁材料、軟磁材料、銜鐵支承以及激勵線圈等給以了分析討論。 第三章，基于有限元工具，在考慮導磁材料的非線性導磁特性和漏磁等因素的基礎上，建立了靜態(tài)模型，討論了結構參數對靜態(tài)特性的影響，進行了靜態(tài)特性實驗研究，實驗驗證了該靜態(tài)模型；分析了電．機械轉換器動態(tài)過程中電．磁．機的耦合作用，采用直接耦合

7、法計算分析電一機械轉換器的瞬態(tài)特性，探討了電氣及結構參數對其瞬態(tài)特性的影響，進行了動態(tài)特性實驗研究，實驗驗證了動態(tài)數學模型；基于電液伺服閥寬帶大功率驅動的設計要求，設計了帶有電流負反饋的PWM型H橋功率驅動放大器，最大電流達到±4A。 第四章，在對比分析常用的電感式位移傳感器和電渦流位移傳感器的性能基礎上，提出了新型耐高壓電渦流位移傳感器；采用等效電路、阻抗分析以及有限元分析方法，深入討論了位移傳感器電氣和結構參數與其測量特性

8、的內在關系；在對其溫度漂移的理論分析的基礎上，借鑒常用的補償方法，提出采用無感線圈補償其溫度漂移的策略和實現方案；根據該位移傳感器的工作特點，設計出相應的信號調理電路，頻寬設置不低于1kHz；實驗研究了該位移傳感器的測試特性及溫度穩(wěn)定性。 第五章，綜合第二章、第四章，提出了不帶位移反饋和帶位移反饋的直動式電液伺服閥的實現方案，介紹了其工作原理；建立了閥的數學模型，并基于AMESim軟件建立了仿真模型，深入討論了閥的結構參數對其靜