（定稿）带位移电反馈的二级电液比例节流阀设计（全套下载）

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由弹簧来调定的，即弹簧力越大，减压阀的输出压力也就越大。在本设计中可采用比例电磁铁的输出推力来替代弹簧力调定减压阀，即让减压阀的输出压力与比例电磁铁输出推力成比例关系。但是这样会导致个问题，即当比例电磁铁输入电流为时，则意味着减压阀的出口压力也为，而在本阀中减压阀的出口连着控制腔，那样就意味着控制腔的压力也将会变为，而由节的分析可知，控制腔压力为时，主阀阀芯的开度为最大。而液压阀在使用过程中，由许多难以预测的原因如电网的断电，控制系统的故障及比例电磁铁自身电路故障等等会导致比例电磁铁突然断电，而如果此时比例电磁铁输出力为，阀芯开度为最大。那这样将是很危险的，因为可能会导致些难以预料的严重事故发生。因此在设计时应该使比例电磁铁断电即输出力为时，主阀阀芯是关闭的，以避免意外情况的发生。为达到此目的，本设计中在减压阀阀芯的下方加了个复位弹簧，并使此复位弹簧的力足够大，当比例电磁铁断电时，使控制腔的压力大到可以使主阀关闭。相应的结构图如下所示图先导阀示意图控制腔油液对先导阀阀芯的压力方向与比例电磁铁刚好相反，这样原来由比例电磁铁单独来控制先导阀阀芯的情形现在变为由比例电磁铁和先导阀复位弹簧共同控制。先导阀阀芯详细受力分析下图为先导阀阀芯受力示意图图先导阀阀芯受力示意图先导阀阀芯受力分析如前面的插装阀样，建立先导阀阀芯的平衡方程如下式中控制腔油液压力阀芯上端面积，为控制腔油液对阀芯的压力先导阀阀芯在移动过程中受到的稳态液动力先导阀阀芯在移动过程中受到的摩擦力先导阀阀芯所受比例电磁铁向下的推力阀芯自重。忽略阀芯自重及阀芯移动过程中的摩擦力，将阀芯移动过程中稳态液动力也忽略，式变为转化为上式即控制腔压力的决定因素。式中的计算公式为其中，为处于中位时先导阀弹簧的预紧力，为先导阀弹簧刚度，为先导阀阀芯相对于中位时的位移。由于先导阀阀芯相对于中位时的位移相对于先导阀弹簧的预压缩量较小，因此在不作精确计算时可将其忽略，故式可化为或上式即为控制腔压力与比例电磁铁输出力的关系式。弹簧预紧力的确定如节所述，比例电磁铁断电的时候主阀应当关闭，即此时比例阀应满足使主阀阀芯关闭的条件。由节所述，要使主阀关闭，应满足即而此时,故其中的半径为，在本阀中拟定为.代入式中,得上式表明当比例电磁铁输出力为时，欲使主阀关闭，先导阀弹簧的预紧力必须大于.。而在本设计中，先导阀弹簧拟选择如下弹簧簧丝直径.，弹簧中径，刚度。所以.上式说明要使比例阀具断电保护功能，先导阀弹簧的预压缩量此预压缩量是指先导阀阀芯处中位时，先导阀弹簧的预压缩量必须大于.，实际应用时为保有定保险系数，复位弹簧的预紧力应高于此值，故在本设计中采用的预压缩量。所以，先导阀阀芯处于中位时，先导阀弹簧的预紧力为计算出先导阀的弹簧的预紧力后，将其与代入式得先导阀调定压力的增量表达式由式得控制腔压力增量代入参数得上式的数学含义为比例电磁铁增量为时，对应的控制腔压力的增量为或。将上式中自变量与因变量调换得或.上式的数学含义为当控制腔的压力增量为时，对应的比例电磁铁的增量必为或.。先导阀溢流部分的设计减压阀能够保持其出口压力在本设计即控制腔的油液压力不会低于比例电磁铁的设定值，但是如果减压阀由于种原因导致控制腔的压力突然增高如液压系统的冲击或者是比例电磁铁调定力突然下降都将导致阀芯迅速下移，控制腔的油液还未来得及泄出就被封闭起来，这样的后果是控制腔压力在段时间内高于先导阀的调定值，而由前所述，主阀阀芯开度是由控制腔压力决定的，因此也将导致主阀阀芯开度偏离调定值，而造成电液比例阀失调。为解决这形橡胶密封圈具有结构简单密封性能好寿命长摩擦阻力较小成本低，既可以作静密封，也可作为动密封使用。在般情况下，静密封可靠使用压力可达，动密封可靠使用压力可达，当合理采用密封挡圈或其它组合形式，可靠压力将成倍提高。因此在本设计中阀套与控制盖板阀套与通道块之间的密封都采用形橡胶密封圈。查文献第八章液压辅件，确定形橡胶密封圈的型号及其安装尺寸。综合以上所述，得到阀套的尺寸如下图主阀阀套尺寸主阀阀芯的设计主阀阀芯为锥阀，顶端带有轴向三角槽式节流口，上部有装主阀弹簧的孔，中心具有连接位移传感器的螺孔，与位移传感器的检测杆相连。按上述要求初步拟定的主阀阀芯的示意图如下图主阀阀芯结构图插装式主阀面积比的确定如图，插装阀中有三个面积会影响阀芯在阀套中的开启及关闭，即。其中分别为阀芯主油口口和口处的面积，为控制腔腔的面积，很明显有面积比是指阀芯处于关闭状态时，分别与的比值和，它们表示了三个面积之间数值上的关系，通常定义为面积比。锥阀中，面积比大体分为.等类型。在本阀中的面积比选用类型，即.，由于本毕业设计的要求是通径为，此处即面积的直径为，因此口的半径为。图插装阀面积比的示意图令控制腔的半径为，则由面积比的公式得所以主阀阀芯的受力分析首先在主阀关闭时对主阀阀芯进行静力分析。本设计中主阀采用两种通流方式正向通流通流节流阀的总进油口接口，总出油口接口，油液从口流向口反向通流通流节流阀的总进油口接口，总出油口接口，油液从口流向口。在正向通流即通流且阀芯关闭时，对阀芯进行受力分析如下往上的力往下的力其中节流阀进油口处的工作压力口的面积节流阀出油口处的工作压力口的面积阀芯受阀座向上的反力控制腔油液的压力主阀阀芯自重在主阀阀芯关闭时，弹簧的预紧力建立主阀阀芯关闭时的静力平衡方程如下即而当阀芯处于关闭状态时，必有大于或等于，忽略阀芯自重，得转换得这正是要使主阀关闭，控制腔压力必须满足的条件。代入参数本毕业设计的设计要求为节流阀额定进口压力为.，额定出口压力为,压差为即为.，为.。由文献初步拟定主阀弹簧选择刚度为的弹簧，并拟定其预压缩量为，那么主阀弹簧的预紧力将上述参数代入式中，得由上式可知，必须大于.，主阀阀芯才能关闭，或者说.正是主阀阀芯的临界关闭压力。在反向流通即通流且阀芯关闭时，对阀芯进行受力分析如下往上的力往下的力建立主阀阀芯关闭时静力平衡方程即忽略阀芯自重，要使主阀阀芯关闭得转换为上式是反向通流下,主阀要关闭控制腔必须满足的条件。将参数代入得可见在反向通流情况下，主阀阀芯关闭的临界压力为.。主阀阀芯开启时的动力分析设阀芯质量为，为阀芯位移随时间变化的函数，其方向的正向为阀芯向上运动方向，起点为主阀芯关闭时的位置。在正向通流情况下，建立阀芯运动方程如下式中主阀弹簧对阀芯施加的压力为阀芯所受到的稳态液动力，是阀芯移动完毕，开口固定之后，液流通过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力阀芯受到的摩擦力弹簧力的计算公式如下式中为主阀弹簧预紧力，为主阀弹簧刚度，为主阀阀芯相对于关闭时的位移。在工作状态下，阀芯般处于平衡位置。很明显此时有阀芯加速度为。由于稳态液动力与阀芯所受其他力相比之下较小，因此将其忽略。式中越大，的变化对的影响也就越大。般来说节流口为薄壁孔时.，细长孔时。故为增大流量控制准确性，减小对的影响，本设计中的节流口采用薄壁孔形式。调速控制在要求较高的场合，采用减压阀来保持节流口前后的压差恒定。由于不会有不稳定的压差对流量造成影响，因而流量将与通流截面积成较好的线性关系，这就是所谓的流量控制或调速控制，相应的阀称为调速阀。.本设计中节流阀的参数如前所述，由于本设计中节流阀的节流口采用薄壁孔的形式，故式中为.，因而式变为下式本设计拟定调节的方法为将阀芯置于阀套之中，阀芯圆周上开有定面积梯度的沟槽，移动阀芯将得到不同的，进而将得到不同的流量，这就是本设计中节流主阀实现节流的基本原理。.主阀阀芯节流口形式确定节流口的形式及其特性在很大程度上决定者流量控制阀的性能。是流量阀的关键部位，几种常用节流口形式为参见文献页针阀式节流口针阀做轴向移动时，调节了环形通道的大小，由此改变了流量。这种结构加工简单，但节流口长度大，水力半径小，易堵塞，流量受油温影响较大。般用于对性能要求不高的场合。偏心式节流口在阀芯上开个截面为三角形或矩形的偏心槽。当转动阀芯时，就可以改变通道大小，由此调节流量。这种节流口的性能与针阀式节流口相同，但容易制造。其缺点是阀芯上的径向力不平衡，旋转阀芯时较费力，般用于压力较低流量较大和流量稳定性要求不高的场合。轴向三角槽式节流口在阀芯端部开有个或两个斜三角槽,轴向移动阀芯就可以改变三角槽通流面积从而调节流量。在高压阀中有时在轴端铣两个斜面来实现节流。这种节流口水力半径较大。缝隙式节流口阀芯上开有狭缝，油液可以通过狭缝流入阀芯内孔，从旁侧的孔流出。旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以做成薄刃结构，从而获得较小的流量，但是阀芯受径向不平衡力作用，故只在低压节流阀中采用。轴向缝隙式节流口在套筒上开有轴向缝隙，轴向移动阀芯就可改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以做成单薄刃或双薄刃式结构，流量对温度不敏感。在小流量时水力半径大，故小流量时稳定性好，可用于性能要求较高的场合，但节流口在高压下易变形，使用时应改变结构刚度。由于本设计中阀的设计要求为通径，属于大流量应用场合，且流量控制精度要求较高，故针阀式节流口不适用该阀拟定工作压力为.，属于高压应用场合，因此缝隙式节流口和轴向缝隙式节流口这两种只适合在低压的情况下的节流口不适合由于阀芯运动形式为轴向运动，故需要转动阀芯才能可以改变通道大小，并以此调节流量的偏心式节流口不适合。因此，本设计中节流口最终确定采用轴向三角槽式节流口。比例节流阀结构设计由于本设计中电液比例节流阀的设计参数要满足的要求为电液比例节流阀通径，最大流量,因此该阀属于高压大流量阀，而今天在高压大流量范围领域内，插装阀以其通流能力大密封性能好组装灵活，已取代滑阀式结构成为该领域内的主导控制阀品种。因此，在本设计中节流阀的主阀采用插装式结构，而不采用传统的滑阀式结构。基于此，有必要在此对插装阀作简要介绍。.插装阀介绍插装阀的主要产品是二通盖板式插装阀，它是在世纪年代，根据各类控制阀阀口在功能上或是固定或是可调或是可控液阻的原理，发展起来的类覆盖压力流量方向以及比例控制等的新型控制阀类。插装阀的基本构件为标准化通用化模块化程度很高的插装式阀芯阀套插装孔和适应各种控制功能的盖板组件，具有涌流能元件不断出现，为比例阀的家族增添新成员。.电液比例阀的发展阶段比例控制技术产生于世纪年代末，当时，电液伺服技术已日趋完善，由于伺服阀的快速响应及较高的控制精度，以及明显的技术优势，迅速在高精度快速响应的领域中，如航天航空轧钢设备及实验设备等中取代了传统的机电控制方式，但电液伺服阀成本高应用和维护条件苛刻，难