直动式电液伺服阀关键技术的研究

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电液伺服控制系统以其控制精度高、响应速度快、抗负载刚性大等优点,在航空航天领域如导弹、火箭等的模拟加载装置,冶金领域如纠偏机构、张力控制机构,军事领域如火炮控制机构,工程机械领域如推土机、压路机等都有着广泛的应用。电液伺服阀作为电液伺服控制系统的核心部件,其作用是将输入的小功率电信号精确快速的转换为大功率的液压能输出,其性能优劣直接决定着电液控制系统的性能。直动式电液伺服阀因其具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高、无先导级泄漏、特性不受供油压力影响等性能优点,已经成为流体传动与控制领域的一个重要发展方向和竞争焦点。提高电液伺服阀的性能指标,有助于改善电液伺服控制系统的控制特性,有益于更好地满足日益提高的市场需求,进而推动流体传动及控制技术的发展。 论文以直动式电液伺服阀的关键技术为研究对象,在综合国内外文献的基础上,提出了永磁极化、差动磁通驱动、动铁式、耐高压双向电-机械转换器的新结构,通过理论分析和磁场的有限元计算,确定了各结构参数间的匹配关系,实验结果表明该电-机械转换器的线性工作范围±1mm,最大驱动力为±60N,滞环小于2%,幅频宽达到160Hz。针对目前阀用电感式传感器的频响有限,已难满足高频响电液伺服阀的要求,本论文还提出了耐高压阀用电涡流位移传感器的新结构,并就电涡流传感器易温度漂移的技术难点,在理论分析基础上,提出采用无感线圈进行温度补偿的新方法,仿真和实验结果表明,该位移传感器的测量量程为8mm,精度为0.5%,20~90℃测量范围内温升引起的测量偏差由未补偿时的12%降低到0.7%,频响高,能够满足高频电液伺服阀的性能要求。基于耐高压双向电-机械转换器和耐高压电涡流位移传感器,本论文研制了不带位移反馈以及带位移反馈的直动式电液伺服阀的新结构,仿真探讨了其结构参数与其输出特性的内在关系,实验研究了直动式电液伺服阀的输出特性,实验结果表明,该直动式电液伺服阀的额定压力为21MPa,额定流量为60L/min,额定电流为±2A,滞环小于7%(不带位移反馈),幅频宽达到100Hz(10%额定流量@-3dB)。 有关各章内容分述如下: 第一章,在综合国内外文献的基础上,介绍了电液伺服阀的发展历史,从新结构和新材料两个角度论述了国内外电液伺服阀的研究动态,重点介绍了电液伺服阀的工作原理和性能指标;介绍了伺服阀相关技术,包括冷却技术、位移反馈技术以及液动力补偿技术的进展,总结出电液伺服阀的若干发展趋势。 第二章,介绍了传统型和新材料型两类电-机械转换器的作用、分类及工作原理,并进行了性能比较;分析讨论了单向比例电磁铁的输出特性及工作机理,深入探讨了其结构参数与其输出特性的关系及作用规律;在此基础上,提出了永磁极化式双向电-机械转换器,并就其关键技术包括永磁材料、软磁材料、衔铁支承以及激励线圈等给以了分析讨论。
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