带位移电反馈的二级电液比例节流阀的设计.docx
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带位移电反馈的二级电液比例节流阀的设计
带位移电反馈的二级电液比例节流阀设计
摘要：
电液比例技术发展迅猛，以其控制精度较高、结构简单、成本合理等优点在工业生产中获得了越来越来广泛的应用，它的发展程度也可从一个侧面反映一个国家液压工业技术水平，因而日益受到各国工业界的重视。
本设计的课题是电液比例阀中的一类——二级电液比例节流阀。
在对该阀各部分的结构、原理及性能参数进行详细分析的基础上，完成了功率级为二通插装阀，先导级为电液比例三通减压溢流阀，通径为32mm，最大流量为480L/min，进油口额定工作压力为31.5MPa，出油口额定工作压力为30.5MPa的电液比例节流阀的结构设计与参数设计。
关键词：
电液比例节流阀；插装阀；比例电磁铁
前言…………………………………………………………………………………………………………1
正文…………………………………………………………………………………………………………2
1绪论…………………………………………………………………………………………………………2
1.1电液比例阀概述……………………………………………………………………………………2
1.2电液比例阀的特点与分类…………………………………………………………………………2
1.3电液比例阀的发展阶段……………………………………………………………………………3
1.4电液比例技术在我国的发展………………………………………………………………………5
1.5比例流量阀………………………………………………………………………………………5
2流量阀控制流量的一般原理………………………………………………………………………………7
2.1流量控制的基本原理………………………………………………………………………………8
2.4主阀阀芯节流口形式的确定………………………………………………………………………8
3比例节流阀结构设计……………………………………………………………………………………9
3.1插装阀介绍………………………………………………………………………………………9
3.2控制盖板的设计…………………………………………………………………………………9
3.3插装式主阀设计…………………………………………………………………………………11
3.4先导阀设计………………………………………………………………………………………21
3.5弹簧的选用………………………………………………………………………………………30
3.6公差与配合的确定………………………………………………………………………………31
3.7比例放大器………………………………………………………………………………………33
3.8比例电磁铁………………………………………………………………………………………36
3.9结构设计小结……………………………………………………………………………………37
4节流阀工作总原理分析及其性能参数指标……………………………………………………………38
4.1原理分析…………………………………………………………………………………………38
4.2静态性能指标……………………………………………………………………………………39
4.3动态性能指标……………………………………………………………………………………40
5比例控制系统……………………………………………………………………………………………41
5.1反馈的概念………………………………………………………………………………………41
5.2闭环控制与开环控制……………………………………………………………………………41
5.3电液比例控制系统的组成……………………………………………………………………42
5.4电液比例控制系统的特点………………………………………………………………………43
5.5比例控制系统的分类……………………………………………………………………………43
5.6比例控制系统的发展趋势………………………………………………………………………44
5.7小结……………………………………………………………………………………………44
结论…………………………………………………………………………………………………………45
参考文献……………………………………………………………………………………………………46
致谢…………………………………………………………………………………………………………47
前言
现代工业的不断发展对液压阀在自动化、精度、响应速度方面提出了愈来愈高的要求，传统的开关型或定值控制型液压阀已不能满足要求，电液伺服阀因此而发展起来，其具有控制灵活、精度高、快速性好等优点。
而电液比例阀是在电液伺服技术的基础上，对伺服阀进行简化而发展起来的。
电液比例阀与伺服阀相比虽在性能方面还有一定差距,但其抗污染能力强，结构简单，形式多样，制造和维护成本都比伺服阀低，因此在液压设备的液压控制系统应用越来越广泛。
今天，一个国家的电液比例技术发展程度将从一个侧面反映该国的液压工业技术水平，因此各发达国家都非常重视发展电液比例技术。
我国在电液比例技术方面，目前已有几十种品种、规格的产品，年生产规模不断扩大，但总的看，我国电液比例技术与国际水平比有较大差距，主要表现在：
缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，并缺乏足够的工业性试验研究，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差，以及存在二次配套件的问题等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。
基于以上所述，本设计将对电液比例阀中的一类——二级电液比例节流阀进行设计。
该阀的功率级为二通插装阀，先导级为电液比例三通减压溢流阀。
本说明书各章节安排如下：
第一章给出了电液比例电液阀的定义，概述了电液比例阀特点、分类及其发展阶段。
另外还对电液比例流量阀、电液比例节流阀作了简单的介绍。
第二章对流量控制的基本原理进行阐述，是本设计理论依据的基础。
第三章是本阀结构设计的详细过程，依次对阀的组成部分如控制盖板、插装式主阀、先导阀进行了设计计算，并对比例放大器、比例电磁铁也进行了介绍与分析。
此章是整个说明书的核心章节。
第四章在结构设计完成之后对阀的具体控制原理和性能参数进行了阐述。
第五章是对比例控制系统的介绍。
由于比例阀在液压系统中最终应用效果将很大一部分取决于比例控制系统，故单独一章对比例控制系统做一个介绍。
由于本次毕业设计是我的第一次综合性设计，在设计的过程中，将有一定的困难，无论设计概念上的模糊或经验上的缺乏都可能导致设计的失误与不足，在此，恳请各位老师给以指正。
相信我一定会圆满完成本次毕业设计任务的。
1 绪论
由于本毕业设计属于电液比例阀这一大类，故此先简略介绍一下电液比例阀：
1.1电液比例阀概述
电液比例阀是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用模拟式电气-机械转换装置将电信号转换为位移信号，连续地控制液压系统中工作介质的压力、方向或流量的一种液压元件。
此种阀工作时，阀内电气-机械转换装置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。
阀芯位移可以以机械、液压或电的形式进行反馈。
当前，电液比例阀在工业生产中获得了广泛的应用。
1.2电液比例阀的特点与分类
比例阀把电的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的优点结合起来，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时，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。
比例阀与开关阀相比，比例阀可简单地对油液压力、流量和方向进行远距离的自动连续控制或程序控制，响应快,工作平稳，自动化程度高，容易实现编程控制，控制精度高，能大大提高液压系统的控制水平。
与伺服阀相比，电液比例阀虽然动静态性能有些逊色，但使用元件较少，结构简单，制造较电液伺服阀容易，价格低，效率也比伺服高（伺服控制系统的负载压力仅为供油压力的2／3），系统的节能效果好，使用条件、保养和维护与一般液压阀相同，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。
下面是开关阀、比例阀和伺服阀几种阀的特性比较：
表1-1 电液比例元件和伺服、数字、开关元件的特性比较
类别
类别
性能
比例阀
伺服阀
开关阀
过滤精度（）
25
3
25～50
阀内压降（）
0.5～2
7
0.25～50
滞环（%）
1～3
1～3
－
重复精度（%）
0.5～1
0.5～
－
频宽（Hz/3dB）
25
20～200
－
中位死区
有
无
有
价格比
1
3
0.5
比例控制元件的种类繁多，性能各异，有多种不同的分类方法。
（1）按其控制功能来分类，可分为比例压力控制阀，比例流量控制阀、比例方向阀（比例方向流量阀）和比例复合阀。
前两者为单参数控制阀，后两种为多参数控制阀。
比例方向阀能同时控制流体运动的方向和流量，是一种两参数控制阀，因此有的书上称之为比例方向流量阀。
还有一种被称作比例压力流量阀的两参数控制阀，能同时对压力和流量进行比例控制。
有些复合阀能对单个执行器或多个执行器实现压力、流量和方向的同时控制，这种分类方法是最常见的分类方法。
（2）按液压放大级的级数来分，又可分为直动式和先导式。
直动式是由电一机械转换元件直接推动液压功率级。
由于受电一机械转换元件的输出力的限制，直动式比例阀能控制的功率有限，一般控制流量都在15L/min以下。
先导控制式比例阀由直动式比例阀与能输出较大功率的主阀级构成。
前者称为先导阀或先导级，后者称主阀功率放大级。
根据功率输出的需要，它可以是二级或三级的比例阀。
二级比例阀可以控制的流量通常在500L/min以下。
比例插装阀可以控制的流量达1600L/min.
（3）按比例控制阀的内含的级间反馈参数或反馈物理量的形式来分可分为带反馈或不带反馈型。
不带反馈型一类，是从开关式或定值控制型的传统阀上加以改进，用比例电磁铁代替手轮调节部分而成；带反馈型一类，是借鉴伺服阀的各种反馈控制发展起来的。
它保留了伺服阀的控制部分，降低了液压部分的精度要求，或对液压部分重新设计而构成。
因此，有时也被称作廉价伺服阀。
反馈型又分为流量反馈、位移反馈和力反馈。
也可以把上述量转换成相应的其它量或电量再进行级间反馈，又可构成多种形式的反馈型比例阀。
例如，有流量一位移一力反馈、位移电反馈、流量电反馈等。
凡带有电反馈的比例阀，控制它的电控器需要带能对反馈电信号进行放大和处理的附加电子电路。
（4）按比例阀主阀芯的型式来分，又可分为滑阀式和插装式。
滑阀式是在传统的三类阀的基础上发展起来的；而插装式是在二通或三通插装元件的基础上，配以适当的比例先导控制级和级间反馈联系组合而成。
由于它具有动态性能良好，集成化程度高，流通量大等优点，是一种很有发展前途的比例元件。
（5）按其生产过程还可分为两类：
一类是在电液伺服阀的基础上简化结构、降低制造精度，从而以低频宽和低静态指标换得成本的低廉，用于对频宽和控制精度要求不高的场合。
另一类是在传统的液压阀基础上，配上廉价的螺管式比例电磁铁进行控制。
尽管上面己列举了几种不同的分类方法，但并未能把不同的比例阀的性能、特征都详尽无遗地反映出来。
例如，还可按控制信号的形式来分，它又分为模拟
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