液压伺服与比例控制系统三级项目.docx

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1、YANSHAN university液压伺服及比例限制系统三级项目D665型先导式大流量电液伺服比例阀动态响应仿真分析学院:机械工程学院专 业：机电限制工程一班小组成员：候加明吴金亮闫旭指导老师：权凌霄时 间：2017o 06. 18摘要随着液压工业的发展.一般工程系统对闭环限制要求渐 渐提高，而比例阀不能很好应用常运行于零位旁边的位置、 力限制闭环,即使在放大器中设置了阶跃信号发生器，但在性 能上还是不及无零位死区的伺服阀.同时,原来伺服阀加工精 度要求高的缺陷及要求系统油液过滤精度高的冲突渐渐淡化; 对电控器来讲,处理大电流的技术水平大为提高，为运用大电 流、高牢靠性的比例电磁铁供应了前提

2、条件。在这样的技术 背景下，在一般比例技术及伺服技术之间,出现了新的层面上 汲取两者优势而形成的更高一级的比例阀，也常被称为电液 伺服比例阀”。伺服比例阀是采纳比例电磁铁作为电一机械转换元件， 而功率级滑阀又采纳伺服阀的加工工艺，它是比例技术和伺 服技术相结合的结果.伺服比例阀阀芯采纳伺服阀的结构和加 工工艺（零遮盖阀口，阀芯及阀套之间的协作精度及伺服阀 相当），解决了闭环限制要求死区小的问题。它的性能介于伺 服阀及一般比例阀之间,但对油液的清洁度要求低于伺服阀， 特殊适用于各种工业场合的闭环限制。电液伺服比例技术是将微弱的电子信号转换成大的液压功率 输出，用它组成的电液伺服比例系统具有精度高

3、、响应快、 工作牢靠、重量轻、高功率密度、安装便利（柔性）等特点， 因而得到世界各国的重视。在本次三级项目中，我们以D665型大流量电液伺服比例阀为 探讨对象，通过对比例伺服阀的功率级主阀进行受力分析， 选型高响应的先导级限制阀,结合理论分析和MAT1.AB分析、 AMESM仿真和动态特性仿真分析的方法，对高频响大流量比 例伺服阀的进行了探讨,为我们今后学习更多的液压学问打下 基础。关键词：比例伺服阀动态响应 AMESim仿真书目一、绪论11.I引言1Io 2比例伺服阀国内外探讨现状31.3伺服比例阀前景展望3二、D660系列电液伺服比例阀42.1 概念及组成42.2 D660系列伺服比例限制

4、阀简介42o 3 D660系列伺服比例限制阀优点和功能52.3o 1伺服射流先导阀的优点52.3o 2阀的优点52。3。3伺服射流先导阀的工作原理52.3。4多级阀工作原理5三、D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率及滑阀受力分析计算63.1稳态液动力63o 2瞬态液动力73o 3滑阀的驱动力8四、建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学四、建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀的数学模型114.1电液伺服阀的方块图9五、采纳AMESim软件建立D665型先导式大流量电液伺服比例阀仿真模型12六、结论17七、心得体会17一、绪论Io 1引言电液比例阀是针对伺服限制存在的诸如功率损失、

5、对液 压油过滤要求高、制造和维护费用高、而它供应的快速响应 性在一般工业设备中又往往用不着的状况，是在传统开关阀 的基础上发展起来的。电液比例阀可以依据输入电气信号， 按比例对工作油液的压力、流量和方向进行限制。比例阀发展的初期阶段,仅是将比例电磁铁代替一般液压 阀的开关型电磁铁或调整手柄,工作频宽小，稳态滞环大，只 能用于开环系统。20世纪70年头中期至80年头初,比例阀 起先采纳各种内反馈原理，耐高压、比例电磁铁和比例放大 器技术日趋成熟。阀的工作频宽达到5IOHz,稳态滞环降 低到3%左右.20世纪80年头后,比例阀在设计上采纳了压力、 流量、位移内反馈及电校正等手段,使阀的稳态精度、动

6、态响 应和稳定性都有了进一步提高.除了中位仍有部分死区外,其 限制性能及伺服阀更为接近no电液比例阀由于电一机械转换器固有特性的限制，导致 其无论在响应时间还是在响应速度上都不是很快，响应速度 稍快的流量却比较小.目前国内外设计出的电液比例阀，频宽 多数在IOOHz左右p0 o提高比例阀的性能指标如频响和线 性度等,有利于提高比例限制系统的整体特性蚓。伺服比例阀是一种在结构、性能、牢靠性、价格上界于 伺服阀及常规比例阀之间的比较新型的电液限制阀，伺服比 例阀是比例阀中动态响应性能最接近伺服阀的，虽然频率和 敏感度比不上伺服阀,但是它无零位死去,高精度、高频响、滞 环小，对油液的清洁度要求比伺服

7、阀低，具有更高的工作牢 靠性和实际应用性.表1从不同角度列出了常规比例阀和伺服比例阀的性能对比。 可见，及常规比例阀相比，伺服比例阀频响和加工精度高、 零位无死区、滞环小和重复精度高。表常规比例阀、伺服比例阀性能对照表常烧比例阀伺服比例阀频响(HZ)-3030150滞环(%)130.1重复精度()0.5-10.1领宽(HZ)25100中位死区有无加工精度IONm 短Dm级表2对不同厂家的伺服比例元件的性能做了对比。可见， 伺服比例阀的性能已远远优于常规比例阀，在工业应用场合 有自己的优势。表2主要性能对照表生产商国的 型号滞坏(%)晌应时间 (ms)第精度 (%)(Hz)Rcxroth4 WR

8、1.0.1.几乎 测不出400.180ParkcrD31FH0.1250.05IOOAtosnczo如150.180华德4WRE155150由比例阀发展而来的伺服比例阀在结构上具有如下特点: 利用大电流的比例电磁铁作为电一机械转换器，限制电流可 达1-2. 7A;首级采纳伺服阀的阀芯阀套;(首级、主级)阀口零 遮盖;首级阀口压降及伺服阀一样,为供油压力的1 / 3,如有二 级，则二级阀口压降保留比例阀水平(O. 50. 7MPa)。这 种伺服比例阀无零位死去,可以用于各种闭环系统,因而加工 精度及过滤精度要求及伺服阀基本相同;频响较一般比例阀高, 牢靠性比一般伺服阀高.1.2 比例伺服阀国内外

9、探讨现状目前德国Bosch-Rexroth公司、意大利Atos公司均有 成熟的伺服比例阀产品,其动态特性较比例阀大为改善，频宽 可达4080Hz,并且可达到滞环和重复精度小于0. 1%的高稳 态限制精度。例如，Atos公司的D1.KZOR型伺服比例阀的阶跃 响应时间就不超过15ms,其驱动元件均采纳电子线路内置的 高响应比例电磁铁，该电磁铁是在传统比例电磁铁基础上进 行了结构参数优化而获得的；Bosch . Rexroth公司的 4WR1. NG1.O型伺服比例阀的阶跃响应时间也不超过4011s, 几乎没有滞环,动态响应特性高。国内，西南交通高校的张弓探讨的超高速电液比例阀,采 纳8片瓦型有气

10、 隙HaIbaCh磁化阵列型动圈式电.机械转换 器,使得试验频宽达到300Hz / - 3dB,响应时间为0. 004S； 太原理工高校的许小庆对高响应、新结构电一机械转换器做 了深人探讨，提出了采纳异型永久磁铁,其驱动力可提高7% 以上；武汉科技高校的文广设计了伺服比例阀的数字实时限 制系统,提高了其限制性能，实现了其实时闭环限制；中国船 舶重工集团第七O四探讨所研制的射流管伺服比例阀，采纳 前置独立式直杆型射流放大器、旁置式过滤器及过滤模块等 新技术，进一步提高了整阀的抗污染性能并降低了生产成本。在比例阀向着更高层次发展的同时，高性能的伺服阀也 向着更适用于工业场合运用的方向发展,也称为伺

11、服比例阀 （或比例伺服阀）.穆格公司的D660系列就是其中一种。以 D661伺服比例阀为例，该阀采纳了阀芯电反馈、取消阀套结 构以降低加工难度、采纳抗污染实力强的射流管先导级。射 流管先导级由力矩马达、射流管和接收器组成,它有以下工作 特点：大大改善了流量接受效率（90%以上的先导级流量被利 用），使得能耗降低；性能牢靠，射流放大器有很高的压力效 率80%以上，可供应应功率级阀芯较大的驱动力，提高了阀 芯的位置重复精度；最低先导级限制压力小,可用于像汽轮机 限制一类的低压系统中。1.3 伺服比例阀前景展望伺服比例阀是伺服技术及比例技术结合的产物,是技术进 步的一种必定.伺服比例阀将朝着以下几个

12、主要方向发展：1）集成化 由于微电子技术的快速发展，使得阀及传感 器、放大器等实现了一体化，应进一步发展带内反馈、自补 偿、自调整及自校正的高性能伺服比例阀，实现机电液的一 体化发展.2）规范化目前,国际、国内液压公司生产的伺服比例阀 品种齐全、种类众多,但基本都是各自为政、标准不一，非常 不利于伺服比例阀的进一步发展。所以，实现规范化将是必 定趋势。3）数字化 伺服比例阀是液压系统中的关键限制元件,其 限制方式的数字化将推动液压工业向智能化、自动化、集成 化的方向发展.4） 一体化 我国的液压工业及国外相比，还存在着相当 大的差距，液压元件的探讨和生产水平已成为衡量一个国家 液压水平的重要标

13、准，为了推动我国液压工业的快速发展， 国内公司有必要实现一体化发展。二、D660系列电液伺服比例阀2o 1概念及组成电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件.它能 够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号（流量及 压力）输出.在电液伺服系统中，电液伺服阀将系统的电气部 分及液压部分连接起来，实现电、液信号的转换及放大以及 对液压执行元件的限制。电液伺服阀是电液伺服系统的关键 部件，它限制精度高、响应速度快,是一种高性能的电液限制 元件,在液压伺服系统中有广泛应用。D665型大流量电液伺服 比例阀就属于电液伺服阀。2o 2 D660系列伺服比例限制阀简介D660系列系列伺服比例限制阀由穆

14、格公司生产，是应用 于两通、三通、四通和五通的节流型流量限制阀。这些阀适 用于电液位置、速度、压力或电液力限制系统，以及其它须要较高的动态响应要求的限制场合.2.3 D660系列伺服比例限制阀优点和功能2o 3。1伺服射流先导阀的优点1）明显改善了流量利用率（90%以上的先导级流量被利 用），有助于降低能耗；2）伺服射流管先导阀具有很高的无阻尼自然频率 （500hz）,因此这种阀的动态响应较高；3）性能牢靠，具有很高的压力效率；4）可用于低压系统中；5）理论上寿命是无限的；6）具有优异的静态和动态响应特性。2o 3o 2阀的优点1）超大流量阀体流道设计，并可选择运用X和Y 口进行 先导级外控、

15、外泄；2）减小主阀芯的驱动面积，从而改善动态响应，使较小 的先导级流量也能驱动阀芯快速运动；3）在短路、失电或者油源失压时使主阀芯处于平安位置;4）单级或二级先导限制。2。3.3伺服射流先导阀的工作原理伺服射流管先导阀主要由力矩马达、喷嘴挡板和接收器 组成.当线圈中有电流通过时，产生的电磁力使挡板偏离中位。 这个偏离和特殊形态的喷嘴设计使得当挡板偏向一侧时造成 先导阀的接收器产生偏差.此压差干脆导致阀芯两侧驱动力产 生偏差，推动主阀芯产生位移。先导阀的泄漏油通过喷嘴环 形区域处的排出通道流回回油口。2o 3o 4多级阀工作原理主阀芯的位置闭环限制是由阀内限制电路来实现的。一 个电气指令信号作用于集成电路位置限制器并由此来驱动阀 线圈。位置传感器通过震荡器测出主阀芯实际位移。此信号 被解调并反馈至限制器及指令信号相比，得出的偏差信号驱 动先导级从而使主阀芯产生位移，直至指令信号及反馈信号 之间偏差为零.由此得到主阀芯位移及指令电信号成正比.三、D665型先导式大流量电液伺服比例阀功率及 滑阀受力分析计算液流流经滑阀时，液流速度的大小和