帶位移電反饋的二級電液比例節(jié)流閥設(shè)計【25張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

帶位移電反饋的二級電液比例節(jié)流閥設(shè)計

50頁 27000字數(shù)+論文說明書+25張CAD圖紙【詳情如下】

DBJ01-01主閥閥芯.dwg

DBJ01-02主閥彈簧.dwg

DBJ01-03主閥閥套.dwg

DBJ01-04控制蓋板.dwg

DBJ01-05先導閥頂蓋.dwg

DBJ01-06先導閥閥套.dwg

圖3-1  控制蓋板.DWG

圖3-10  先導閥結(jié)構(gòu)示意圖圖.DWG

圖3-11  先導閥的示意簡圖.DWG

圖3-12  比例元件電控系統(tǒng)基本電路框圖.DWG

圖3-13  比例電磁鐵的結(jié)構(gòu).DWG

圖3-14　比例電磁鐵的特性.DWG

圖3-15　比例電磁鐵的電流－力特性曲線.DWG

圖3-2  控制蓋板尺寸.DWG

圖3-3  主閥閥套的尺寸示意圖.DWG

圖3-4  主閥閥套尺寸.DWG

圖3-5　主閥閥芯結(jié)構(gòu)圖.DWG

圖3-6  插裝閥面積比的示意圖.DWG

圖3-7  直動式減壓閥工作原理示意圖.DWG

圖3-8  先導閥示意圖.DWG

圖3-9  先導閥閥芯受力示意圖.DWG

圖4-1　電液比例節(jié)流閥的連接圖.DWG

圖5-1  開環(huán)控制系統(tǒng)示意圖.DWG

圖5-2  閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖.DWG

帶位移電反饋的二級電液比例節(jié)流閥設(shè)計論文.doc

電液比例節(jié)流閥的連接及說明圖.dwg

目錄

前言…………………………………………………………………………………………………………1

正文…………………………………………………………………………………………………………2

1 緒論…………………………………………………………………………………………………………2

1.1 電液比例閥概述……………………………………………………………………………………2

1.2 電液比例閥的特點與分類…………………………………………………………………………2

1.3 電液比例閥的發(fā)展階段……………………………………………………………………………3

1.4 電液比例技術(shù)在我國的發(fā)展………………………………………………………………………5

1.5 比例流量閥………………………………………………………………………………………5

2 流量閥控制流量的一般原理………………………………………………………………………………7

2.1 流量控制的基本原理………………………………………………………………………………8

2.4 主閥閥芯節(jié)流口形式的確定………………………………………………………………………8

3 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………………………9

3.1 插裝閥介紹………………………………………………………………………………………9

3.2 控制蓋板的設(shè)計…………………………………………………………………………………9

3.3 插裝式主閥設(shè)計…………………………………………………………………………………11

3.4 先導閥設(shè)計………………………………………………………………………………………21

3.5 彈簧的選用………………………………………………………………………………………30

3.6 公差與配合的確定………………………………………………………………………………31

3.7 比例放大器………………………………………………………………………………………33

3.8 比例電磁鐵………………………………………………………………………………………36

3.9 結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié)……………………………………………………………………………………37

4 節(jié)流閥工作總原理分析及其性能參數(shù)指標……………………………………………………………38

4.1 原理分析…………………………………………………………………………………………38

4.2 靜態(tài)性能指標……………………………………………………………………………………39

4.3 動態(tài)性能指標……………………………………………………………………………………40

5 比例控制系統(tǒng)……………………………………………………………………………………………41

    5.1 反饋的概念………………………………………………………………………………………41

    5.2 閉環(huán)控制與開環(huán)控制……………………………………………………………………………41

    5.3 電液比例控制系統(tǒng)的組成……………………………………………………………………42

5.4 電液比例控制系統(tǒng)的特點………………………………………………………………………43

5.5 比例控制系統(tǒng)的分類……………………………………………………………………………43

5.6 比例控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢………………………………………………………………………44

5.7 小結(jié)……………………………………………………………………………………………44

結(jié)論…………………………………………………………………………………………………………45

參考文獻……………………………………………………………………………………………………46

致謝…………………………………………………………………………………………………………47

前言

現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對液壓閥在自動化、精度、響應(yīng)速度方面提出了愈來愈高的要求，傳統(tǒng)的開關(guān)型或定值控制型液壓閥已不能滿足要求，電液伺服閥因此而發(fā)展起來，其具有控制靈活、精度高、快速性好等優(yōu)點。而電液比例閥是在電液伺服技術(shù)的基礎(chǔ)上，對伺服閥進行簡化而發(fā)展起來的。電液比例閥與伺服閥相比雖在性能方面還有一定差距, 但其抗污染能力強，結(jié)構(gòu)簡單，形式多樣，制造和維護成本都比伺服閥低，因此在液壓設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。今天，一個國家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度將從一個側(cè)面反映該國的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此各發(fā)達國家都非常重視發(fā)展電液比例技術(shù)。

我國在電液比例技術(shù)方面，目前已有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，年生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但總的看，我國電液比例技術(shù)與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都有礙于該項技術(shù)進一步地擴大應(yīng)用，急待盡快提高。

基于以上所述，本設(shè)計將對電液比例閥中的一類——二級電液比例節(jié)流閥進行設(shè)計。該閥的功率級為二通插裝閥，先導級為電液比例三通減壓溢流閥。

本說明書各章節(jié)安排如下：

第一章給出了電液比例電液閥的定義，概述了電液比例閥特點、分類及其發(fā)展階段。另外還對電液比例流量閥、電液比例節(jié)流閥作了簡單的介紹。

第二章對流量控制的基本原理進行闡述，是本設(shè)計理論依據(jù)的基礎(chǔ)。

第三章是本閥結(jié)構(gòu)設(shè)計的詳細過程，依次對閥的組成部分如控制蓋板、插裝式主閥、先導閥進行了設(shè)計計算，并對比例放大器、比例電磁鐵也進行了介紹與分析。此章是整個說明書的核心章節(jié)。

第四章在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后對閥的具體控制原理和性能參數(shù)進行了闡述。

第五章是對比例控制系統(tǒng)的介紹。由于比例閥在液壓系統(tǒng)中最終應(yīng)用效果將很大一部分取決于比例控制系統(tǒng)，故單獨一章對比例控制系統(tǒng)做一個介紹。

由于本次畢業(yè)設(shè)計是我的第一次綜合性設(shè)計，在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，無論設(shè)計概念上的模糊或經(jīng)驗上的缺乏都可能導致設(shè)計的失誤與不足，在此，懇請各位老師給以指正。相信我一定會圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的。 

1　緒論

由于本畢業(yè)設(shè)計屬于電液比例閥這一大類，故此先簡略介紹一下電液比例閥：

1.1 電液比例閥概述

電液比例閥是以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ)，采用模擬式電氣-機械轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為位移信號，連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、方向或流量的一種液壓元件。此種閥工作時，閥內(nèi)電氣-機械轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。閥芯位移可以以機械、液壓或電的形式進行反饋。當前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

1.2 電液比例閥的特點與分類

比例閥把電的快速性、靈活性等優(yōu)點與液壓傳動力量大的優(yōu)點結(jié)合起來，能連續(xù)地、按比例地控制液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動的力、速度和方向，簡化了系統(tǒng)，減少了元件的使用量，并能防止壓力或速度變換時的沖擊現(xiàn)象。比例閥主要用在沒有反饋的回路中，對有些場合，如進行位置控制或需要提高系統(tǒng)的性能時，電液比例閥也可作為信號轉(zhuǎn)換與放大元件組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

比例閥與開關(guān)閥相比，比例閥可簡單地對油液壓力、流量和方向進行遠距離的自動連續(xù)控制或程序控制，響應(yīng)快, 工作平穩(wěn)，自動化程度高，容易實現(xiàn)編程控制，控制精度高，能大大提高液壓系統(tǒng)的控制水平。

與伺服閥相比，電液比例閥雖然動靜態(tài)性能有些遜色，但使用元件較少，結(jié)構(gòu)簡單，制造較電液伺服閥容易，價格低，效率也比伺服高(伺服控制系統(tǒng)的負載壓力僅為供油壓力的2／3)，系統(tǒng)的節(jié)能效果好，使用條件、保養(yǎng)和維護與一般液壓閥相同，大大地減少了由污染而造成的工作故障，提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。

下面是開關(guān)閥、比例閥和伺服閥幾種閥的特性比較：

表1-1　　電液比例元件和伺服、數(shù)字、開關(guān)元件的特性比較

性能 比例閥 伺服閥 開關(guān)閥

過濾精度( )

25 3 25～50

閥內(nèi)壓降( )

0.5～2 7 0.25～50

滯環(huán)(%) 1～3 1～3 －

重復精度(%) 0.5～1 0.5～ －

頻寬(Hz/3dB) 25 20～200 －

中位死區(qū) 有 無 有

價格比 1 3 0.5

比例控制元件的種類繁多，性能各異，有多種不同的分類方法。

　　(1) 按其控制功能來分類，可分為比例壓力控制閥，比例流量控制閥、比例方向閥（比例方向流量閥）和比例復合閥。前兩者為單參數(shù)控制閥，后兩種為多參數(shù)控制閥。比例方向閥能同時控制流體運動的方向和流量，是一種兩參數(shù)控制閥，因此有的書上稱之為比例方向流量閥。還有一種被稱作比例壓力流量閥的兩參數(shù)控制閥，能同時對壓力和流量進行比例控制。有些復合閥能對單個執(zhí)行器或多個執(zhí)行器實現(xiàn)壓力、流量和方向的同時控制，這種分類方法是最常見的分類方法。

結(jié)論

    電液比例控制技術(shù)是一門起步較晚，但發(fā)展極為迅速、應(yīng)用已相當廣泛的機電液一體化綜合技術(shù)。今天，電液比例控制技術(shù)以其一系列優(yōu)點在工業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)相當普遍，在新系統(tǒng)設(shè)計和舊設(shè)備改造中正成為用戶的重要選擇方案，對提高企業(yè)的技術(shù)專裝備水平和設(shè)備的自動化程度，發(fā)揮了極為重要的作用。

　　電液比例控制技術(shù)一個發(fā)展趨勢是與電液伺服技術(shù)技術(shù)的密切結(jié)合，產(chǎn)生所謂的電液比例伺服技術(shù)。

　　我在設(shè)計過程中，深刻地體會到到當今工業(yè)界的一個極為重要的發(fā)展趨勢是機、電、液一體化，相應(yīng)的機電液一體化技術(shù)將體現(xiàn)到一個國家的綜合國力水平，甚至關(guān)系到國防實力，各國如果沒有認清這一趨勢，不予以高度重視，將在這一領(lǐng)域內(nèi)迅速落伍，并可能在未來的綜合國力較量中落于下風。

    另外，微電子技術(shù)發(fā)展至今，已具有巨大的作用力。作為人類社會第三次工業(yè)技術(shù)革命的代表的微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的密切結(jié)合，已經(jīng)改變了整個工業(yè)的面貌，同時，這種影響還會繼續(xù)迅速的進行下去，過程還會更快，更深入。微電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的這種結(jié)合，大大地提高了的工業(yè)控制的精度和復雜度，把原本不可能做到的事情或是很難做到的事變?yōu)榭赡堋Ｒ虼?，我們?yīng)該相當?shù)闹匾暟l(fā)展微電子技術(shù)及其在控制中的應(yīng)用。

    對液壓方面的的知識我們以前雖開過《液壓傳動》一門課程，但該課程對電液比例閥這一塊并沒有詳細的講，因此作這個畢業(yè)設(shè)計對我來說是很有挑戰(zhàn)性的，電液比例控制的相關(guān)知識應(yīng)從頭學起，其中尤其是由于我最后將要設(shè)計的電液比例節(jié)流閥主閥采用插裝式結(jié)構(gòu)時，又要對插裝閥這一塊全新的內(nèi)容進行學習，而且這些方面我實際能找的資料也不多，所以要克服的困難很多，在做的時候感覺很累。一些結(jié)構(gòu)尺寸幾經(jīng)修改還很難定下，這些使我對當一個機械設(shè)計師的艱辛有了一個清醒的認識。

    經(jīng)過這幾個月來的畢業(yè)設(shè)計，我對資料的搜集、分類整理能力得到了提高，文字組織能力得到了鍛煉，這對我以后的工作和學習是很有好處的。同時，做畢業(yè)設(shè)計使我的思維更嚴謹，也培養(yǎng)了我一絲不茍的工作作風，并使我對以前的所學的又有點遺忘的知識復習了一遍，對這些知識有了更加深刻的理解，并且有了新的體會，正所謂“溫故而知新”。另外，我對word軟件、CAD軟件的運用水平及寫作論文的能力在做畢業(yè)的過程中得到了大大提高。

參考文獻

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致謝

在克服了許多困難之后，我終于把畢業(yè)設(shè)計完成了。

本畢業(yè)設(shè)計是在指導老師的精心指導下完成的。在大四這半年來的學習過程中老師給我提供了寶貴的畢業(yè)實習的機會并在設(shè)計上給予我耐心的指導，同時我也學會了如何把專業(yè)知識應(yīng)用于實際，為今后的工作和學習打下了堅實的基礎(chǔ)。

在我們即將走出大學校門之時，讓我以最誠摯的心情來感謝四年來所有教過我的老師們，謝謝你們給予我的指導和關(guān)懷；也讓我感謝四年來在一起學習、生活的同窗好友們，謝謝你們給予我的照顧。

畢業(yè)設(shè)計結(jié)束后，很快我將踏上工作崗位，四年時間學習到的知識與經(jīng)驗將對我今后走向崗位帶來很大的幫助。在今后的日子中，我將會很懷念這四年來的本科學習生活，也將會時時回憶曾經(jīng)對我諄諄教誨的的老師們和曾在一起生活了四年的同學們。

最后，懇請所有讀到本畢業(yè)設(shè)計的老師多提寶貴意見，不吝賜教。

再次說一句，謝謝了。

帶位移電反饋的二級電液比例節(jié)流閥設(shè)計 摘要： 電液比例技術(shù)發(fā)展迅猛，以其控制精度較高、結(jié)構(gòu)簡單、成本合理等優(yōu)點在 工業(yè)生產(chǎn)中獲得了越來越來廣泛的應(yīng)用，它的 發(fā)展程度也可從一個側(cè)面反映一個國家液壓工業(yè)技術(shù)水平，因而日益受到各國工業(yè)界的重視。 本設(shè)計的課題 是電液比例閥中的一類 —— 二級電液比例節(jié)流閥。 在對該閥各部分的結(jié)構(gòu)、原理及性能參數(shù)進行詳細 分析 的 基礎(chǔ)上 ，完成了 功率級為二通插裝閥 ， 先導級為電液比例三通減壓溢流閥 ， 通徑 為 32大流量 為 480L/油口額定工作壓力為 油口額定工作壓力為 電液比例節(jié)流閥的 結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)設(shè)計 。 關(guān)鍵詞： 電液比例節(jié)流閥 ； 插裝閥； 比例電磁鐵 of of it in by so of a a so by of is of on to of of of of s is is s 2mm,80L/1 1 目錄 前言 ?????????????????? ?????????????????????? 1 正文 ???????????????????????????????????????? 2 1 緒論 ???????????????????????????????????????? 2 液比例閥概述 ???????????????????????????????? 2 液比例閥 的特點與分類 ???????????????????????????? 2 液比例閥的發(fā)展階段 ????????????????????????????? 3 液比 例技術(shù)在我國的發(fā)展 ??????????????????????????? 5 例流量閥 ????????????????????????????????? 5 2 流量閥控制流量的一般原理 ??? ????? ?????????????????????? 7 量控制的基本原理 ?????????????????????????????? 8 閥閥芯節(jié)流口形式的確定 ??????????????????????????? 8 3 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?????????????????????????? ?????? 9 裝閥介紹 ????????????????????????? ? ??????? 9 制蓋板的設(shè)計 ??????????????????????????????? 9 裝式主閥設(shè)計 ??????????????????????????????? 11 導閥設(shè)計 ????????????????????????????????? 21 簧的選用 ????????????????????????????????? 30 差與配合的確定 ?????????? ???????????????????? 31 例放大器 ????????????????????????????????? 33 例電磁鐵 ????????????????????????????????? 36 構(gòu)設(shè)計小結(jié) ???????????????????????????????? 37 4 節(jié)流閥工作總原理分析及其 性能參數(shù)指標 ??????????????????????? 38 理分析 ?????????????????????????????????? 38 態(tài)性能指標 ???????????????????????????????? 39 態(tài)性能指標 ???????????????????????????????? 40 5 比例控制系統(tǒng) ?????????????? ???? ????????????????? 41 饋的概念 ????????????????????????????????? 41 環(huán)控制與開環(huán)控制 ?????????? ? ?????????????????? 41 液比例控制系統(tǒng)的組成 ???????? ?????????????????? 42 液比例控制系統(tǒng)的特點 ??????????????????????????? 43 例控制系統(tǒng)的分類 ?????? ???? ??????????????????? 43 2 2 例控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ??????????????????????????? 44 結(jié) ??????????????????????????????????? 44 結(jié)論 ???????????????????????????????????????? 45 參考文獻 ??????? ??????????????????????????????? 46 致謝 ???????????????????????????????????????? 47 3 3 前言 現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展對液壓閥在自動化、精度、響應(yīng)速度方面提出了愈來愈高的要求，傳統(tǒng)的開關(guān)型或定值控制型液壓閥已不能滿足要求，電液伺服閥因此而發(fā)展起來，其具有控制靈活、精度高、快速性好等優(yōu)點。而電液比例閥是在電液伺服技術(shù)的基礎(chǔ)上，對伺服閥進行簡化而發(fā)展起來的。電液比例閥與伺服閥相比雖在性能方面還有 一定差距 , 但其抗污染能力強，結(jié)構(gòu)簡單，形式多樣，制造和維護成本都比伺服閥低，因此在液壓設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。 今天，一個國家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度將從一個側(cè)面反映該國的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此各發(fā)達國家都非常重視發(fā)展電液比例技術(shù)。 我國在電液比例技術(shù)方面，目前已有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，年生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，但總的看，我國電液比例技術(shù)與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次 配套件的問題等，都有礙于該項技術(shù)進一步地擴大應(yīng)用，急待盡快提高。 基于以上所述，本設(shè)計將對電液比例閥中的一類 —— 二級電液比例節(jié)流閥進行設(shè)計。 該閥的功率級為二通插裝閥，先導級為電液比例三通減壓溢流閥。 本 說明書各章節(jié)安排如下： 第一章給出了電液比例電液閥的定義，概述了電液比例閥特點、分類及其發(fā)展階段。另外還對電液比例流量閥、電液比例節(jié)流閥作了簡單的介紹。 第二章對流量控制的基本原理進行闡述，是本設(shè)計理論依據(jù)的基礎(chǔ)。 第三章是本閥結(jié)構(gòu)設(shè)計的詳細過程，依次對閥的組成部分如控制蓋板、插裝式主閥、先導閥進行了設(shè)計計算 ，并對比例放大器、比例電磁鐵也進行了介紹與分析。此章是整個說明書的核心章節(jié)。 第四章在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后對閥的具體控制原理和性能參數(shù)進行了闡述。 第五章是對比例控制系統(tǒng)的介紹。由于比例閥在液壓系統(tǒng)中最終應(yīng)用效果將很大一部分取決于比例控制系統(tǒng)，故單獨一章對比例控制系統(tǒng)做一個介紹。 由于本次畢業(yè)設(shè)計是我的第一次綜合性設(shè)計， 在設(shè)計的過程中，將有一定的困難， 無論設(shè)計概念上的模糊或經(jīng)驗上的缺乏都可能導致設(shè)計的失誤與不足，在此，懇請各位老師給以指正。 相信我一定會圓滿完成本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的。 4 4 1 緒論 由于本畢業(yè)設(shè)計屬于電液比例閥這一大類，故此先簡略介紹一下電液比例閥： 液比例閥概述 電液比例閥是以傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓控制閥為基礎(chǔ)，采用模擬式電氣 續(xù)地控制 液 壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)的壓力、方向或流量的一種液壓元件。此種閥工作時，閥內(nèi)電氣 ，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出。閥芯位移可以以機械、液壓或電的形 式進行反饋。當前，電液比例閥在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 液比例閥 的特點 與分類 比例閥 把電的快速性、靈活性等優(yōu)點與液壓傳動力量大的優(yōu)點結(jié)合起來，能連續(xù)地、按比例地控制液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件運動的力、速度和方向，簡化了系統(tǒng)，減少了元件的使用量，并能防止壓力或速度變換時的沖擊現(xiàn)象。 比例閥 主要用在沒有反饋的回路中，對有些場合，如進行位置控制或需要提高系統(tǒng)的性能時，電液比例閥也可作為信號轉(zhuǎn)換與放大元件組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 比例閥與開關(guān)閥相比，比例閥可簡單地對油液壓力、流量和方向進行遠距離的自動連續(xù)控制或程序控 制，響應(yīng)快 , 工作平穩(wěn)，自動化程度高，容易實現(xiàn)編程控制，控制精度高，能大大提高液壓系統(tǒng)的控制水平。 與伺服閥相比， 電液比例閥雖然動靜態(tài)性能有些遜色，但使用元件較少，結(jié)構(gòu)簡單，制造較電液伺服閥容易，價格低，效率也比伺服高 (伺服控制系統(tǒng)的負載壓力僅為供油壓力的 2／ 3)，系統(tǒng)的節(jié)能效果好，使用條件、保養(yǎng)和維護與一般液壓閥相同， 大大地減少了由污染而造成的工作故障 ， 提高了液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性 。 下面是開關(guān)閥、比例閥和伺服閥幾種閥的特性比較： 表 1電液比例元件和伺服、數(shù)字、開關(guān)元件的特性比較 性能 比例閥 伺服閥 開關(guān)閥 過濾精度 ( m? ) 25 3 25～ 50 閥內(nèi)壓降 ( 2 7 50 滯環(huán) (%) 1～ 3 1～ 3 － 重復精度 (%) 1 － 頻寬 (25 20～ 200 － 中位死區(qū) 有 無 有 價格比 1 3 例控制元件的種類繁多，性能各異，有多種不同的分類方法。 類別 類別 5 5 (1) 按其控制功能來分類，可分為比例壓力控制閥，比例流量控制閥、比 例方向閥（比例方向流量閥）和比例復合閥。前兩者為單參數(shù)控制閥，后兩種為多參數(shù)控制閥。比例方向閥能同時控制流體運動的方向和流量，是一種兩參數(shù)控制閥，因此有的書上稱之為比例方向流量閥。還有一種被稱作比例壓力流量閥的兩參數(shù)控制閥，能同時對壓力和流量進行比例控制。有些復合閥能對單個執(zhí)行器或多個執(zhí)行器實現(xiàn)壓力、流量和方向的同時控制，這種分類方法是最常見的分類方法。 (2) 按液壓放大級的級數(shù)來分，又可分為直動式和先導式。直動式是由電一機械轉(zhuǎn)換元件直接推動液壓功率級。由于受電一機械轉(zhuǎn)換元件的輸出力的限制，直動式比例閥能 控制的功率有限，一般控制流量都在 15L/導控制式比例閥由直動式比例閥與能輸出較大功率的主閥級構(gòu)成。前者稱為先導閥或先導級，后者稱主閥功率放大級。根據(jù)功率輸出的需要，它可以是二級或三級的比例閥。二級比例閥可以控制的流量通常在 500L/例插裝閥可以控制的流量達 1600L/(3) 按比例控制閥的內(nèi)含的級間反饋參數(shù)或反饋物理量的形式來分可分為帶反饋或不帶反饋型。不帶反饋型一類，是從開關(guān)式或定值控制型的傳統(tǒng)閥上加以改進，用比例電磁鐵代替手輪調(diào)節(jié)部分而成；帶反饋型一類，是借鑒伺服 閥的各種反饋控制發(fā)展起來的。它保留了伺服閥的控制部分，降低了液壓部分的精度要求，或?qū)σ簤翰糠种匦略O(shè)計而構(gòu)成。因此，有時也被稱作廉價伺服閥。反饋型又分為流量反饋、位移反饋和力反饋。也可以把上述量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的其它量或電量再進行級間反饋，又可構(gòu)成多種形式的反饋型比例閥。例如，有流量一位移一力反饋、位移電反饋、流量電反饋等。凡帶有電反饋的比例閥，控制它的電控器需要帶能對反饋電信號進行放大和處理的附加電子電路。 (4) 按比例閥主閥芯的型式來分，又可分為滑閥式和插裝式?；y式是在傳統(tǒng)的三類閥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；而插裝 式是在二通或三通插裝元件的基礎(chǔ)上，配以適當?shù)谋壤葘Э刂萍壓图夐g反饋聯(lián)系組合而成。由于它具有動態(tài)性能良好，集成化程度高，流通量大等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的比例元件。 (5) 按其生產(chǎn)過程還可分為兩類：一類是在電液伺服閥的基礎(chǔ)上簡化結(jié)構(gòu)、降低制造精度，從而以低頻寬和低靜態(tài)指標換得成本的低廉，用于對頻寬和控制精度要求不高的場合。另一類是在傳統(tǒng)的液壓閥基礎(chǔ)上，配上廉價的螺管式比例電磁鐵進行控制。 盡管上面己列舉了幾種不同的分類方法，但并未能把不同的比例閥的性能、特征都詳盡無遺地反映出來。例如，還可按控制信號 的形式來分，它又分為模擬信號控制式，脈寬調(diào)制信號控制式和數(shù)字信號控制式。特別是在機電一體化方面的需要，很多新型的比例元件不斷出現(xiàn)，為比例閥的家族增添新成員。 液比例閥的發(fā)展階段 比例控制技術(shù)產(chǎn)生于 20世紀 60年代末，當時 ， 電液伺服技術(shù)已日趨完善 ，由于伺服閥的快速響應(yīng)及較高的控制精度，以及明顯的技術(shù)優(yōu)勢，迅速在高精度、快速響應(yīng)的領(lǐng)域中，如航天、航空、軋鋼設(shè)備及實驗設(shè)備等中取代了傳統(tǒng)的機電控制方式 ，但電液伺服閥成本高、應(yīng)用和維護條件苛刻，難以 6 6 被工業(yè)界接受。 在很多工業(yè)應(yīng)用場合并不要求太高的控制精度或 響應(yīng)性，而要求發(fā)展一種廉價、節(jié)能、維護方便、適應(yīng)大功率控制及具有一定控制精度的控制技術(shù)。 這種需求背景導致了比例技術(shù)的誕生與發(fā)展。 而現(xiàn)代電子技術(shù)和測試技術(shù)的發(fā)展為工程界提供了可靠而廉價的檢測、校正技術(shù)。這些正為電液比例技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件。 1967年瑞士 要是將比例型的電 - 機械轉(zhuǎn)換器 (比例電磁鐵 ) 應(yīng)用于工業(yè)液壓閥。比例技術(shù)的發(fā)展由此往下大致可分為三個階段： (1) 從 1967年瑞士 合閥起，到 70 年代初日本油研公司申請了壓力和流量兩項比例閥專利為止，標志著比例技術(shù)的誕生時期。這一階段的比例閥，僅僅是將比例型的電一機械轉(zhuǎn)換器 (如比例電磁鐵 )用于工業(yè)液壓閥，以代替開關(guān)電磁鐵或調(diào)節(jié)手柄。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計準則幾乎沒有變化，大多不含受控參數(shù)的反饋閉環(huán)。其工作頻寬僅在 1態(tài)滯環(huán)在 4間，多用于開環(huán)控制。 (2) 1975 年 到 1980 年間，可以認為比例技術(shù)的發(fā)展進入了第二階段。采用各種內(nèi)反饋原理的比例元件大量問世，耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上也日趨成熟。比例元件的工作 頻寬己達5態(tài)滯環(huán)亦減小到 3%左右。其應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴大，不僅用于開環(huán)控制，也被應(yīng)用于閉環(huán)控制。 (3) 80年代，比例技術(shù)的發(fā)展進入了第三階段。比例元件的設(shè)計原理進一步完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋、動壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進一步的提高， 頻寬達到 3環(huán)在 19/6間。 除了因制造成本所限，比例閥在中位仍保留死區(qū)外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性均己和工業(yè)伺服閥無異。另一項重大進展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，己開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型 比例插裝閥，形成了電液比例插裝技術(shù)。同時，由于傳感器和電子器件的小型化，還出現(xiàn)了電液一體化的比例元件，電液比例技術(shù)逐步形成了 80年代的集成化趨勢。第三個值得指出的進展是電液比例容積元件，各類比例控制泵和執(zhí)行元件相繼出現(xiàn)，為大功率工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而且 計算機技術(shù)同液壓比例技術(shù)相結(jié)合已成為必然趨勢。 近年來比例閥出現(xiàn)了復合化趨勢，極大地提高了比例閥 (電反饋 ) 的工作頻寬。在基礎(chǔ)閥的基礎(chǔ)上，發(fā)展出先導式電反饋比例方向閥系列，它與定差減壓閥或溢流閥的壓力補償功能塊組合，構(gòu)成電反饋比例方向流量復合閥， 可進一步取得與負載協(xié)調(diào)和節(jié)能效果。 今天，隨著微電子技術(shù)和數(shù)學理論的發(fā)展，比例閥技術(shù)已達到比較完善的程度，已形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對已成熟的產(chǎn)品，為進一步擴大應(yīng)用，在保持原基本性能與技術(shù)指標的前提下，向著簡化結(jié)構(gòu)、提高可靠性、降低制造成本及“四化”（通用化、模塊化、組 合 化、集成化）的方向發(fā)展，以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，降低制造成本。 在工業(yè)發(fā)達國家，由電液伺服閥、電液比例閥，以及配用的專用電子控制器和相應(yīng)的液壓元件，組合集成電液伺服比例控制系統(tǒng)的相互支撐發(fā)展，已綜合形成液壓工程技術(shù)，它的應(yīng)用與發(fā)展被認為 7 7 是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志，是液壓工業(yè)又一個新的技術(shù)熱點和增長點。 液比例技術(shù)在我國的發(fā)展 在我國，有一大批主機產(chǎn)品的發(fā)展需要應(yīng)用電液比例 技術(shù) ，因此，該技術(shù)被列為促進我國液壓工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 我國電液伺服技術(shù)始于上世紀六十年代，到七十年代有了實際應(yīng)用產(chǎn)品，目前約有年產(chǎn)能力 2000臺；電液比例技術(shù)到七十年代中期開始發(fā)展，現(xiàn)有幾十種品種、規(guī)格的產(chǎn)品，約形成有年產(chǎn)能力 5000臺。總的看，我國電液伺服比例技術(shù)與國際水平比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格 不全，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差，以及存在二次配套件的問題等，都有礙于該項技術(shù)進一步地擴大應(yīng)用，急待盡快提高。 例流量閥 按上述分類方法中的第一類方法，本畢業(yè)設(shè)計設(shè)計課題屬于比例流量閥這一大類。比例流量閥是一種輸出流量與輸入信號成比例的液壓閥，這類閥可以按給定的輸入電信號連續(xù)的、按比例的控制液流的流量。 例流量閥分類 (參見文獻 [1] 443 (1) 電液比例節(jié)流閥 電液比例節(jié)流閥屬于節(jié)流控制功能閥類，其通過流量與節(jié)流口開度大小有關(guān) ，同時受到節(jié)流口前后壓差的影響； (2) 調(diào)速閥 一般由電液比例節(jié)流閥加壓力補償器或流量反饋元件組成。壓力補償器使節(jié)流口兩端的壓差基本保持為常值，使通過調(diào)速閥的流量只取決于節(jié)流口的開度，屬于流量控制功能閥類。 (3) 電液比例流量壓力復合控制閥 將電液比例壓力閥和電液比例流量閥復合在一個控制閥中，構(gòu)成了一個專用閥，也稱為 塑機控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計將要設(shè)計的是上述分類中的第一類 —— 電液比例節(jié)流閥。 液比例節(jié)流閥的分類 (1) 直動式電液比例節(jié)流閥（詳細介紹參見文獻 [1]348 力控制型比例電磁鐵直接驅(qū)動節(jié)流閥閥芯，閥芯相對于閥體的軸向位移與比例電磁鐵的輸入電信號成比例。此種閥結(jié)構(gòu)簡單、價廉?；y機能有常開式、常閉式，但由于沒有壓力或其他檢測補償措施，工作時受摩擦力及液動力的影響以致控制精度不高，適宜低壓小流量系統(tǒng)采用。 與普通型直動式電液比例節(jié)流閥的差別在于增設(shè)了位移傳感器，用于檢測閥芯的位移。通過檢測閥芯的位移，通過電反饋閉環(huán)消除干擾力的影響，以得到較高的控制精度。此種閥結(jié)構(gòu)更加緊湊，但由于比例 電磁鐵的功率有限，所以此種閥主要用于小流量系統(tǒng)的控制。 (2) 先導式電液比例節(jié)流閥 8 8 有位移－力反饋型、位移電反饋型及位移流量反饋型和三級控制型等多種形式。 整個閥的基本工作特征是利用主閥芯位移力－反饋和級間（功率級和先導級間）動壓反饋原理實現(xiàn)控制。位移力反饋型先導式電液比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡單緊湊，主閥行程不受電磁鐵位移的限制，但由于也未進行壓力檢測補償反饋，所以其通過流量仍與閥口壓差相關(guān)。 由帶位移傳感器的插裝式主閥與三通先導比例減 壓閥組成。本設(shè)計將要設(shè)計的就是這一類閥。 對于 32通徑以上的比例節(jié)流閥，為了保持在一定的動態(tài)響應(yīng)、較好的穩(wěn)態(tài)精度，可采用三級控制方案，即通過經(jīng)二級液壓放大的液壓信號，再去控制遞三級閥芯的位移（詳見文獻 [2]350頁）。 9 9 2 流量閥控制流量的一般原理 本閥是電液比例節(jié)流閥，最終控制的是液壓系統(tǒng)中的流量，即實現(xiàn)節(jié)流，故下面將對流量控制的基本原理進行闡述。 量控制的基本原理 不管各類流量閥結(jié)構(gòu)有何不同，其依據(jù)的控制原理 都是一樣，查文獻 [３ ]的 102 頁，得以下這個公式： ?? ??? )( 21 （ 2 式中： ―流量閥控制的流量； C ――與節(jié)流口形狀、油液密度和和油溫相關(guān)的系數(shù)，具體數(shù)值應(yīng)該由實驗得出。在一定的溫度下， 對確定的閥口和工作介質(zhì)， C 可視為常數(shù)； ―為節(jié)流口的通流截面積，與閥口的形狀與閥 芯位移有關(guān)； p? ――節(jié)流 口 前后的壓差； ? ――由節(jié)流口形狀決定的節(jié)流閥參數(shù)，其值在 由實驗求得。 由式 (2知，通過節(jié)流閥的流量是和節(jié)流口前后的壓差、油溫以及節(jié)流口的形狀等因素密切有關(guān)的。 量閥的控制方式 (1) 節(jié)流控制 如式 (2， C 為常數(shù)，因此一般不能對它進行調(diào)節(jié)，而控制 p? 來調(diào)節(jié)流量很不方便 ， 一般只能通過調(diào)節(jié) 辦法來控制流量。當只調(diào)節(jié) 控制流量時就是所謂的節(jié)流控制。在這種方式下，當節(jié)流閥的通流截面積調(diào)整以后，在實際使用時由于負載及其他不穩(wěn)定的因素的存在，節(jié)流口前后的壓差也在變化，就會干擾節(jié)流閥通流，使流量不穩(wěn)定。式中 ? 越大， p? 的變化對 影響也就越大。一般來說節(jié)流口為薄壁孔時 ? ? 長孔時 ? ? 1。 故為增大流量控制準確性，減小對 影響，本設(shè)計中的節(jié)流口采用薄壁孔形式。 (2) 調(diào)速控制 在要求較高的場合，采用減壓閥來保持節(jié)流 口 前后 的 壓差恒定 。 由于不會有不穩(wěn)定 的 壓差對流量造成 影響， 因而 流量將與通流截面積成較好的線性關(guān)系，這就是所謂的流量控制或調(diào)速控制，相應(yīng)的 10 10 閥稱為調(diào)速閥。 設(shè)計中節(jié)流 閥的參數(shù) 如前所述，由于本設(shè)計中節(jié)流閥的節(jié)流口采用薄壁孔的形式，故式 （ 3 ? 為 因而式 （ 3為 下式： T ?? (2本設(shè)計擬定 調(diào)節(jié) 方法為將閥芯置于閥套之中， 閥芯 圓周上開有一定面積梯度的溝槽，移動閥芯將得到不同的 進而將得到不同的流量 這就是本設(shè)計中節(jié)流主閥 實現(xiàn)節(jié)流 的基本原理。 閥閥芯節(jié)流口形式確定 節(jié)流口的形式及其特性在很大程度上決定者流量控制閥的性能。是流量閥的關(guān)鍵部位，幾種常用節(jié)流口形式為（參見文獻 [4]109頁 ） : (1) 針閥式節(jié)流口 針閥做軸向移動時，調(diào)節(jié)了環(huán)形通道的大小，由此改變了流量。這種結(jié)構(gòu)加工簡單，但節(jié)流口長度大，水力半徑小，易堵塞，流量受油溫影響較大。一般用于對性能要求不高的場合。 (2) 偏心式節(jié)流口 在閥芯上開一個截面為三角形（或矩形）的偏心槽。當轉(zhuǎn)動閥芯時，就可以改變通 道大小，由此調(diào)節(jié)流量。這種節(jié)流口的性能與針閥式節(jié)流口相同，但容易制造。其缺點是閥芯上的徑向力不平衡，旋轉(zhuǎn)閥芯時較費力，一般用于壓力較低、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場合。 (3) 軸向三角槽式節(jié)流口 在閥芯端部開有一個或兩個斜三角槽 ,軸向移動閥芯就可以改變?nèi)遣弁髅娣e從而調(diào)節(jié)流量。在高壓閥中有時在軸端銑兩個斜面來實現(xiàn)節(jié)流。這種節(jié)流口水力半徑較大。 (4) 縫隙式節(jié)流口 閥芯上開有狹縫，油液可以通過狹縫流入閥芯內(nèi)孔，從旁側(cè)的孔流出。旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以做成薄刃結(jié)構(gòu)，從而獲 得較小的流量，但是閥芯受徑向不平衡力作用，故只在低壓節(jié)流閥中采用。 (5) 軸向縫隙式節(jié)流口 在套筒上開有軸向縫隙，軸向移動閥芯就可改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以做成單薄刃或雙薄刃式結(jié)構(gòu)，流量對溫度不敏感。在小流量時水力半徑大，故小流量時穩(wěn)定性好，可用于性能要求較高的場合，但節(jié)流口在高壓下易變形，使用時應(yīng)改變結(jié)構(gòu)剛度。 由于本 設(shè)計中 閥的設(shè)計要求為通徑 32于大流量應(yīng)用場合，且流量控制精度 要求 較高，故針閥式節(jié)流口不適用 ； 該閥 擬定 工作壓力為 于高壓應(yīng)用場合，因此縫隙式節(jié)流口和軸向 縫隙式節(jié)流口這兩種只適合在低壓的情況下的節(jié)流口不適合 ； 由于閥芯運動形式為軸向運動，故需要轉(zhuǎn)動閥芯才能可以改變通道大小，并以此調(diào)節(jié)流量的偏心式節(jié)流口不適合。 因 此，本設(shè)計中節(jié)流口 最終確定 采用軸向三角槽式節(jié)流口。 11 11 3 比例節(jié)流閥結(jié)構(gòu) 設(shè)計 由于本設(shè)計中電液比例 節(jié)流閥 的設(shè)計參數(shù)要滿足的要求為： 電液比例節(jié)流閥 通徑 32大流量480L/此該閥屬于高壓大流量閥， 而 今天在高壓大流量范圍領(lǐng)域內(nèi)，插裝閥以其通流能力大、密封性能好、組裝靈活，已取代滑閥式結(jié)構(gòu)成為該領(lǐng)域內(nèi)的主導控制閥品種。因此，在本設(shè)計中節(jié)流閥的 主閥采用插裝式結(jié)構(gòu)，而不采用傳統(tǒng)的滑閥式結(jié)構(gòu)。 基于此， 有必要在此對插裝閥作簡要介紹。 裝閥 介紹 插裝閥的主要產(chǎn)品是二通蓋板式插裝閥，它是在 20世紀 70 年代，根據(jù)各類控制閥閥口在功能上或是固定、或是可調(diào)、或是可控液阻的原理，發(fā)展起來的一類覆蓋壓力、流量、方向以及比例控制等的新型控制閥類。 插裝閥的基本構(gòu)件為標準化、通用化、模塊化程度很高的插裝式閥芯、閥套、插裝孔和適應(yīng)各種控制功能的蓋板組件，具有涌流能力大、液阻小、密封性好、響應(yīng)快及控制自動化等優(yōu)點。 由于插裝閥是一種標準化的閥，所以閥的一些關(guān)鍵尺 寸必須符合相關(guān)規(guī)定。在我國，插裝閥必須符合 裝閥的組成 一般由插裝主閥、控制蓋板、通道塊三部分組成。 插裝主閥由閥套、彈簧、閥芯（一般為錐閥芯）及相關(guān)密封件組成，可以看成是兩級閥的主級，有多種面積比和彈簧剛度，主要功能是控制主油路中油流方向、壓力和流量； 控制蓋板上根據(jù)插裝閥的不同控制功能，安裝有相應(yīng)的先導控制級元件； 通道塊既是插入元件及安裝控制蓋板的基礎(chǔ)閥體，又是主油路和控制油路的連通體。 裝閥的優(yōu)點 (1) 插裝閥有許多滑閥不具有的一 個重要優(yōu)點即標準化程度高，系統(tǒng)設(shè)計運用靈活。將一個或若干個插裝元件進行不同組合，并配以相應(yīng)的先導控制級，就可以組成方向控制、壓力控制、流量控制或復合控制等控制單元，內(nèi)阻小，適宜大流量工作； (2) 由于是閥座式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部泄漏非常小，沒有卡死現(xiàn)象。插裝閥被直接裝入集成塊的內(nèi)腔中，所以減少了漏油、振動、噪聲和配管引起的故障，提高了可靠性； (3) 有良好的響應(yīng)性，能實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換； (4) 由于實現(xiàn)了液壓裝置緊湊集成化，可大幅度地縮小安裝空間與占地面積，與常規(guī)的液壓裝置相比結(jié)構(gòu)更簡單，且成本降低而可靠性提高，工 作效率也相應(yīng)提高； (5) 對于乳化液等低粘度的工作介質(zhì)也適宜，污染耐受力比滑閥式結(jié)構(gòu)更大。 制蓋板的設(shè)計 控制蓋板是總個閥各個元件的承載體，其上裝有插裝式主閥、先導閥、位移傳感器及比例電磁鐵。 12 12 因為插裝閥的各安裝尺寸都已經(jīng)標準化，各尺寸需查表按標準化尺寸來定； 控制蓋板的各部分尺寸如下： 圖 3控制蓋板 查文獻 [５ ]第 11章 “ 二通插裝閥的安裝連接尺寸 ”一節(jié) ，查得公稱通徑為 32關(guān) 尺寸如下： 102026300055 由于控制蓋板右側(cè)將安裝先導閥，故將 長為 122，將其中的 長為 50。 本閥中，控制蓋板 將用四個 緊固螺釘 固定在通道塊上，此 為四個 四個緊固螺釘為 圓柱頭內(nèi)六角螺釘，其公稱直徑根據(jù)閥的要求選用 文獻 [6]第二章螺紋連接中表緊固件的通孔及沉孔尺寸，確定控制蓋板上四個內(nèi)六角螺釘?shù)陌惭b孔的尺寸為： 607t= 本設(shè)計中控制蓋板中有三條油液通道，第一條為主閥控制腔至先導閥 二條為 口的孔道，第三條為先導閥的 口的孔道，由于此三條均為先導控制油通道，通過流量不會很大，故直徑不需要太大，但太小可能會容易堵塞，且流道太小也難以加工出來。故最終擬定三條通道直徑均采用３ 建議加工時可采用電火花加工出來。 綜合以上所述，確定控制蓋板相關(guān)尺寸如下： 13 13 3控制蓋板尺寸 裝式主閥設(shè)計 插裝式主閥由主閥閥套 、閥芯、主閥彈簧及相關(guān)密封件組成。 閥閥套 的設(shè)計 該閥套頭部插裝入控制蓋板中，下部裝入通道塊中。 由于插裝閥的一些尺寸已經(jīng)標準化，因而主閥閥套的外部尺寸必須符合標準。在我國，插裝閥必須符合 閥閥套的各尺寸如下： 14 14 控制蓋板主閥閥套的尺寸示意圖 因為本次畢業(yè)設(shè)計的要求為 通徑 32大流量 480L/閥芯帶位移 — 電反饋型先導控制， 故尺寸 2 查文獻 [5]第 11章 “ 二通插 裝閥的安裝連接尺寸 ”一節(jié) ，查得公稱通徑為 32 5, 5, 0 由于主閥閥套頭部 插裝入控制蓋板中，下部裝入通道塊中，因此如何防止油液的內(nèi)、外泄漏，減小在閥上的能量損失，提高閥的效率，對液壓閥來說是很重要的問題。因此密封件 的選用是很重要的 。密封件有多種，如油封氈圈、骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈、 一般對密封件的主要要求是： (1) 在一定的壓力、溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能 ； (2) 有相對運動時，因密封件所引起的摩擦力應(yīng)盡 量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定 ； (3) 耐腐蝕、耐磨性好，不易老化，工作壽命長，磨損后能在一定程度上自動補償 ； (4) 結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，成本低廉。 由上述要求，選用 封性能好、壽命長、摩擦阻力較小、成本低，既可以作靜密封，也可作為動密封使用。在一般情況下，靜密封可靠使用壓力可達 35密封可靠使用壓力可達 10合理采用密封擋圈或其它組合形式，可靠壓力將成倍提高。因此在本設(shè)計中閥套與控制蓋板、閥套與通道塊之間的密封都采用 5 15 封 圈。 查文獻 [５ ] 第八章液壓輔件，確定 綜合以上所述，得到閥套的尺寸如下： 6 0 × 2 . 6 5 G G B 3 4 5 2 . 1 - 9 24 5 × 2 . 6 5 G G B 3 4 5 2 . 1 - 9 2圖 3主閥閥套尺寸 閥閥芯的設(shè)計 主閥閥芯 為錐閥，頂端帶有軸向三角槽式節(jié)流口，上部有裝主閥彈簧的孔，中心具有連接位移傳感器的螺孔，與位移傳感器的檢測桿相連。 按上述要求 初步擬定的主閥閥芯的示意圖 如下： 16 16 裝主閥彈簧的孔裝位移傳感器檢測桿的螺孔節(jié)流口圖 3閥閥芯結(jié)構(gòu)圖 裝式主閥 面積比的確定 如圖 3裝閥 中 有三個面積會影響閥芯在閥套中的開啟及關(guān)閉，即 A 、 中 A 、別為閥芯主油口 口 處的面積， 控制腔Ｃ腔 的 面積，很明顯有 ?（ 3 面積比是指閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時， A 、 別與A， 它們表示了三個面積之間數(shù)值上的關(guān)系，通常定義為面積比A /??。 錐閥中，面積比大體分為Ａ (1:Ｂ (1:Ｃ (1:Ｄ (1:Ｅ (1:類型。 在本閥中的面積比選用類型Ａ，即 1:于本畢業(yè)設(shè)計的要求是通徑為 32ｍｍ，此處即面積 2ｍｍ，因此Ａ口的半徑 16ｍｍ。 17 17 A 圖 3插裝閥面積比的示意圖 令控制腔的半徑為則由面積比的公式 222 ???????????? 得 所以 A = 216?? = A = 18 18 2＝ 閥閥芯的受力分析 首先 在主閥關(guān)閉時對主閥閥芯進行 靜力分析 。 本設(shè)計中主閥采用兩種通流方式： ① 正向 通 流（ A－Ｂ通流）：節(jié)流閥的總進油口接 出油口接 液從Ａ口流向Ｂ口； ② 反向 通 流 (Ｂ－Ａ通流 )：節(jié)流閥的總進油口接 出油口接 液從 口。 在正向通 流 即Ａ－Ｂ通流且閥芯關(guān)閉時，對閥芯進行受力分析如下： 往上的力 F ?? ＋ 往下的力 ? S C 1 A P 1P —— 節(jié)流閥進油口處的工作壓力； A —— Ａ口的面積； 2P —— 節(jié)流閥出油口處的工作壓力； — — 閥芯受閥座向上的反力； — 控制腔油液的壓力； 主閥閥芯自重； 在主閥閥芯關(guān)閉時，彈簧的預緊力 建立主閥閥芯 關(guān)閉時的 靜力平衡方程 如下 ： 即 ＋ A P(3而當閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時，必有 于或等于 0，忽略閥芯自重， 得： ( A P)－ ( ) ? 0 (3 19 19 轉(zhuǎn)換得 ?(3正是要使主閥關(guān)閉 ， 控制腔壓力 須滿足的條件。 代入?yún)?shù)：本畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計要求為節(jié)流閥額定進口壓力為 定出口壓力為 壓差為１ 即 文獻 [6] 初步擬定 主閥彈簧選擇剛度162N/擬定其預壓縮量為 20么主閥彈簧的預緊力 207240Ｎ (3將上述參數(shù)代入式 (3，得 2 40 0. 7 6 8*3 0 . 58 0 3. 8 4*3 1 . 5 ? ＝6 0 4 7 2 4 04 9 0 3 . 4 2 42 5 3 2 0 . 9 6 ?? 由上式可知， 須大于 閥閥芯才能關(guān)閉 ，或者說 是主閥閥芯的臨界關(guān)閉壓力 。 在反向流通即Ｂ－Ａ通流且閥芯關(guān)閉時，對閥芯進行受力分析如下： 往上的力 F ?? ＋ 往下的力 ? S C 1 A P ＋ A P(3忽略閥芯自重， 要使主閥閥芯關(guān)閉 得： ( A P)－ ( ) ? 0 轉(zhuǎn)換為 1?(3 20 20 上式是反向通流下 ,主閥要關(guān)閉控制腔 須滿足的條件。 將參數(shù)代入得： 240 0 . 7 6 83 1 . 58 0 3 . 8 43 0 . 5 ??? ＝6 0 4 7 2 4 05 0 6 4 . 1 9 22 4 5 1 7 . 1 2 ??＝ 可見在反向通流情況下，主閥閥芯關(guān)閉 的臨界壓力為 主閥 閥芯 開啟時的 動 力 分析 設(shè)閥芯質(zhì)量為 1m ， )(閥芯位移 1時間變化的函數(shù)，其方向的正向為閥芯向上運動方向，起點為主閥芯關(guān)閉時的位置 。 在正向通流情況下，建立閥芯運動方程如下 ： 1()?????? (2 (3式中： ――主閥彈簧對閥芯施加的壓力； 為閥芯所受到的穩(wěn)態(tài)液動力，是閥芯移動完畢，開口固定之后，液流通過閥口時因動量變化而作用在閥芯上的力； 閥芯受到的摩擦力； 彈簧力 11 ?(3式中11主閥閥芯相對于關(guān)閉時的位移。 在工作狀態(tài)下，閥芯一般處于平衡位置 。 很明顯 此時有 閥芯加速度 1m (2 為 0。 由于穩(wěn)態(tài)液動力與閥芯所受其他力相比之下較小，因此將其忽略。同樣 ， 忽略閥芯自重及閥芯運動過程中的摩擦力， 21 21 則式 (3簡化為下式： ???? 1S (3轉(zhuǎn)化為 11 ???(3這就是正向通流情況下主閥節(jié)流口開度的決定公式。由該公式可見，如果在額定工作狀況下，進、出油口工作壓力 1P 、 2P 等都是固定的，則節(jié)流口開度將主要決定于控制腔壓力 也可以將上式這樣轉(zhuǎn)化 : 11 ????(3由上式 可見 1線性關(guān)系，比例系數(shù)為1 將各常數(shù)值代入式 (3， 得 : 1－P+362 P ＋ (3上式說明，若 大，則閥芯將向下運動，閥芯開度將減??； 若 小，閥芯將向上運動，則閥芯開度 1 增大。 在反向通流情況下，閥芯運動方程 將 變?yōu)椋? 1()?????? (2 (3簡化如下： ???? 1S (3所以 11 ???(3這就是在反向通流情況下，主閥節(jié)流口開度的決定公式 ，此 公式也可轉(zhuǎn)化為： 22 22 11 ????(3將各常數(shù)值代入，得 1－ P + 362 － P ＋ 61.7 (3主閥閥芯開度增量表達式 在正向通流情況下 ， 由式 (3閥芯開度增量： ???? 111 11 ????— )1 ????=－11() =－1(3代入?yún)?shù)得： 1＝－ P? ＝－ P? (3上式的數(shù)學含義為：當控制腔的壓力增量為 時，對應(yīng)的閥芯開度增量將為－1－P? 。 將上式中自變量與變量調(diào)位，轉(zhuǎn)化為： ＝ 1??(3代入?yún)?shù) : ＝－－ (3上式的數(shù)學含義為： 在 流情況下， 當閥芯開度增量為 1時， 對應(yīng)的 控制腔的壓力增量為 1??或 － 。 23 23 在 反向 通流情況下，閥芯開度增量： ???? 111 11 ????— )1 ????＝－1(3可見 在 反向 通流情況下的閥芯開度增量公式與 A－ 導閥設(shè)計 由第三章分析可知，節(jié)流閥的流量應(yīng)由控制主閥閥芯的開度來實現(xiàn) ， 而欲控制主閥閥芯的開度，則必須調(diào)節(jié)控制腔的壓力，那么 如何實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制腔的壓力呢？在我們所有已學過的知識中，減壓閥可完成此功能，油液流經(jīng)液壓系統(tǒng)中的減壓閥后，壓力降低，并基本恒定于減壓閥調(diào)定的壓力上。故本閥將采用減壓閥來作為節(jié)流閥的先導閥。 因此，下面將深入的分析減壓閥的工作原理，并在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計。 壓閥的分類 （參見文獻 [2]146－ 147） (1) 用于減小液壓系統(tǒng)中某一支路的壓力，并使其保持恒定。例如，液壓系統(tǒng)的夾緊、控制潤滑等回路。這類減壓閥因其二次回路（出口壓力）基本恒定，稱為定值減壓閥。 (2) 有的減壓閥其一次 壓力（進口壓力）與二次壓力之差能保持恒定，可與其它閥于節(jié)流閥組成調(diào)速閥等復合閥，實現(xiàn)節(jié)流口兩端的壓力補償及輸出流量的恒定，此類閥稱之為定差減壓閥。 (3) 還有的減壓閥的二次壓力與一次壓力成固定比例，此類閥稱之為定 比例 減壓閥。 由上述可知，本畢業(yè)設(shè)計中先導閥應(yīng)采用定值減壓閥。 壓閥的工作原理 24 24 圖 3直動式減壓閥工作原理 示意圖 上圖所示為直動式定值減壓閥的結(jié)構(gòu)圖， 由圖 可以 看出，閥上開有三個油口：一次壓力油口（進油腔） 次壓力油口（出油腔，下同）和外泄油口 K。來自液壓泵或高壓油路的一次壓力油從 閥芯（滑閥） 3的下端圓柱臺肩與閥孔間形成常開閥口（開度 X），從二次油腔 時通過流道 閥）底部面積上產(chǎn)生一個向上的液壓作用力，該力與調(diào)壓彈簧的預調(diào)力相比較。當二次壓力未達到閥的設(shè)定壓力時，閥芯上移，開度 維持二次壓力恒定，不隨一次壓力變化而變化，該力與調(diào)壓彈簧的預調(diào)力相比較以對閥芯進行控制。 當出口壓力未達到調(diào)定壓力時，閥口全開，閥芯不工作。當出口壓力達到調(diào)定壓力時 ，閥芯上移，閥口關(guān)小，整個閥就處于工作狀態(tài)了。如忽略其它阻力，僅考慮閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡的條件，則可以認為出口壓力基本上維持在某一定植 —— 調(diào)定值上。這時如出口壓力減小，閥芯下移，閥口開大，閥口處阻力減小，使出口壓力回升到調(diào)定值上。反之，如出口壓力增大，則閥芯上移，閥口關(guān)小，閥口處阻力加大，壓降增大，使出口壓力下降到調(diào)定值上。 由上述分析可知，減壓閥的輸出壓力是由彈簧來調(diào)定的，即彈簧力越大，減壓閥的輸出壓力也就越大。 在本設(shè)計中可采用比例電磁鐵的輸出推力來替代彈簧力調(diào)定減壓閥，即讓減壓閥的輸出壓力與比例電磁鐵輸出推力成比例關(guān)系。 但是這樣會導致一個問題，即當比例電磁鐵輸入電流為 0時，則意味著減壓閥的出口壓力也為 0，而在本閥中減壓閥的出口連著控制腔，那樣就意味著控制腔的壓力也將會變?yōu)?0 ，而由 分析可知，控制腔壓力為 0時，主閥閥芯的開度為最大。而液壓閥在使用過程中，由許多難以預測的原因（如電網(wǎng)的斷電，控制系統(tǒng)的故障及比例電磁鐵自身電路故障等等）會導致比例電磁鐵突然斷電， 25 25 而如果此時比例電磁鐵輸出力為 0，閥芯開度為最大。那這樣將是很危險的，因為可能會導致一些難以預料的嚴重事故發(fā)生。 因此在設(shè)計時應(yīng)該使比例電磁鐵斷電即輸出力為 0時，主閥閥芯是關(guān)閉的，以避免意外情況的發(fā)生。為達到此目的，本設(shè)