大流量2D伺服阀的设计与实验研究

介绍了一种2D结构的大流量伺服阀的工作原理,通过理论分析和产品样机试验,研究该阀的泄漏特性、空载流量特性以及阀芯运动过程的动态特性,并结合试验数据阐述了大流量2D伺服阀设计中需要注意的问题.该阀在单边压降为3.5 MPa时,流量可达到1000 L/min,并且具有良好的动态特性,且频宽约为120 Hz.     

DN80二通插装式伺服阀动态特性优化研究

针对国产DN80二通插装式伺服阀阶跃响应时间长的问题，提出先导控制腔优化方法以提高动态特性。首先建立先导控制腔三维数模，利用Fluent软件详细分析了主阀芯不同开口度的液动力分布情况，将先导控制腔的直径优化为90 mm;然后结合仿真软件AMESim对DN80二通插装式伺服阀进行动态特性研究。仿真结果表明：先导腔结构参数优化后减小了液动力，提高了动态响应特性。最后对优化后的DN80二通插装式伺服阀进行实验测试，其阶跃响应时间由40 ms缩短至23 ms,显著提高的了动态特性，验证仿真与优化的准确性。     

插装式机载二维电液压力伺服阀实验分析

提出了一种用于某飞行器刹车液压伺服控制系统中的插装式二维电液压力伺服阀。其中电液伺服驱动模块由双余度力矩马达和二维活塞伺服机构组成,结构上双余度力矩马达与二维活塞伺服机构以及压力阀为同轴,实现了整个阀的插装集成。LVDT用于检测二维活塞的轴向位移,并与整个系统实现位置闭环控制。为对插装式二维电液压力伺服阀的静动态特性进行实验研究,设计出样阀,搭建其实验平台。实验结果表明:在系统压力18 MPa下,其滞环小于2.5%,压力跟随特性良好;由幅频特性可知,其幅频宽(-3 dB)超过40 Hz;由相频特性可知,其相频宽(-90°)超过40 Hz。相较于传统的航空上所用的压力伺服阀,该阀抗污染能力高,功率-质量比优势明显。     

2D电液比例换向阀阀芯卡紧力分析

针对2D电液比例换向阀阀芯卡滞现象,应用缝隙流动原理,对2D阀芯有无偏心情况下的径向卡紧力进行系统理论分析,得到2D阀芯液压卡紧力计算方法;运用MATLAB软件进行数值计算,得出2D阀芯径向卡紧力与偏心量和高低压孔夹角间的关系;根据2D阀特性,提出2D电液比例换向阀阀芯改进措施,应用Fluent 软件对阀芯表面的流场进行CFD仿真分析,比较了改进前后的流速矢量和压力分布情况,验证了改进措施的正确性。改进后的2D电液比例换向阀在中高压实验中无“卡滞”现象出现,实现了高压大流量的比例控制。     

关于电液伺服阀零位特性的多参数影响分析

基于Fluent软件分析了阀芯棱边圆角、阀芯阀套径向间隙、阀芯阀套实际搭接量三个因素对电液伺服阀零位附近的空载流量特性的影响。通过选取单一因素逐个分析其对流量特性的影响,同时选取多个因素组合分析对流量特性的影响。结果表明：在电液伺服阀零位附近,阀芯棱边圆角和阀芯阀套实际搭接量比阀芯阀套径向间隙对空载流量特性的影响要大。     

Φ6mm通径2D数字伺服阀的实验研究

针对2D数字伺服阀静动态特性可能存在的不稳定问题,分析了2D数字伺服阀的结构、工作原理及抗污染能力。并在此基础上,设计并搭建了测试实验平台,在额定压力21MPa时,对5只额定流量为50L/min的通径6mm的2D数字伺服阀进行了静动态特性实验研究。研究结果表明:5只2D数字伺服阀滞环都小于5.7%,-3dB处幅频宽至少可达70Hz(25%额定流量),阶跃响应上升时间至少可达8.8ms;5只6mm通径2D数字伺服阀均具有较理想的静动态特性和良好的加工一致性,不存在静动态特性不稳定的问题。     

6 mm通径斜槽型2D数字伺服阀的实验研究

针对斜槽型2D数字伺服阀静动态特性可能存在的不稳定问题,分析了斜槽型2D数字伺服阀的结构、工作原理及抗污染能力;并在此基础上,设计并搭建了测试实验平台,在额定压力21 MPa时,对5只额定流量为50 L/min的通径6 mm的斜槽型2D数字伺服阀进行了静动态特性实验研究。研究结果表明:5只斜槽型2D数字伺服阀滞环都小于5.7%,-3 d B处幅频宽至少可达75 Hz(25%额定流量),阶跃响应上升时间至少可达9 ms;5只6 mm通径斜槽型2D数字伺服阀均具有较理想的静动态特性和良好的加工一致性,不存在静动态特性不稳定的问题。     

振动环境下2D电液比例伺服换向阀动静态特性的研究

针对振动环境下的液压系统对可靠的高压大流量比例伺服换向阀的需求,及实际高端液压系统中的新要求,提出了一种紧凑型大流量2D电液比例伺服换向阀。分析了该阀的螺旋伺服机构工作原理,建立了数学模型,推导了导控级流量方程,并基于振动环境下推导了主阀芯的力学平衡方程,利用Matlab进行了动态响应仿真分析,进行了静动态特性相关实验。研究结果表明:仿真分析、数学解析与实验三者所得到的结果基本吻合;并且在振动环境下叠加颤振后,滞环为2. 9%,且静态特性良好,对应-3 d B、-90°的频宽约为85 Hz,动态特性基本符合设计要求,振动可靠性良好。     

一种2D电液比例阀的研究与设计

基于2D阀的基本工作原理—阀芯轴向运动对其旋转运动的跟随作用,同时采用节能的、小推力的比例电磁铁作为电-机械转化器,提出了一种2D电液比例阀的设计方案。设计了2D电液比例阀的结构和压扭联轴器,并对其建立数学模型和进行仿真分析。仿真结果表明,当系统压力为28 MPa时,2D电液比例阀的阶跃响应时间为21 ms,而-3 dB时对应的频宽为16.4 Hz。     

二通插装式电液比例流量阀的仿真分析

为解决原始电液比例节流阀(结构简单但刚性差)负载变化大的执行元件的速度稳定性问题,基于Valvistor型液压插装阀的流量反馈原理,设计了具有较好的动静态特性的插装式流量反馈型电液比例流量阀,用位移传感器检测先导阀的位移,并对该原理的比例流量阀的动静态特性作了仿真分析,验证所提原理的正确性。     

Development of a novel two-dimensional(2D) three-way(3W) fuel flow control servo valve with constant pressure difference

To solve the problems of large volume, and low integration of traditional electro-hydraulic servo valve with constant pressure differential fuel metering device, a new two-dimensional three-way constant pressure differential fuel flow control servo valve (2D3WFFCSV) is developed. It innovatively adopts the advantages of lightweight of “two-dimensional hydraulic technology”, The constant differential pressure function and flow regulation function are integrated into a two-dimensional (2D) main spool with two degrees of freedom (rotational and axial degrees of freedom). The flow control process of 2D3WFFCSV is as follows: firstly, the armature of the torque motor and the two-dimensional piston are coaxially installed at the end of the two-dimensional piston, so the torque motor can directly drive the two-dimensional piston to rotate; secondly the “hydraulic servo screw mechanism”, which can amplify the power, is used to drive the two-dimensional piston to move in line; Finally, a pair of conversion mechanisms (roller group and spiral track conversion mechanism) are converted into the angular displacement of 2D main spool to control the area of flow valve port. The axial degree of freedom of 2D main spool realizes the function of constant differential pressure. To improve the flow control accuracy of the servo valve, the axial position of the 2D piston is detected by the linear displacement sensor (LVDT), and the signal is transmitted to the controller to realize the closed-loop control. To explore its open-loop characteristics, the mathematical models of torque motor, two-dimensional piston and main spool are established to obtain its open-loop transfer function. Then the AMESIM simulation model is built. To optimize the design of the system, through the dynamic simulation of the system, the influence of key parameters on the dynamic response of the system can be studied. An experimental study is carried out to verify the design feasibility of the servo valve. The experimental results show that under the condition of no-load and full-scale input, the closed-loop delay of the servo valve is 1.84%, the linearity is 2.14%, the step response time is 43 ms, and the dynamic frequency response is 38 Hz. The newly developed 2D3WFFCSV has the advantages of high integration, small size, light weight (801.5 g) and high response and control accuracy. It can replace the constant differential pressure, metering valve and hydraulic servo valve in the aeroengine fuel regulator.     

2D数字式电液比例换向阀动态特性实验研究

由于摩擦力、液动力等因素的影响,直动式电液比例换向阀很难实现大流量控制,而导控式比例换向阀无法实现零压下工作,针对直动式和导控式电液比例换向阀的缺点,提出了一种结构简单、流量大并具有全桥式位置反馈的新型电液比例换向阀--2D数字式电液比例换向阀。该阀由2D换向阀、压扭联轴器和比例电磁铁等组成。在分析该阀的结构和工作原理基础上,对该阀进行了动态试验。实验表明：2D数字式比例换向阀频宽可达18 Hz,具有良好的动态特性。     

挖掘机电液流量匹配控制系统特性分析

电液流量匹配控制系统采用电比例阀和电比例泵同步控制的方式,基本消除传统负载敏感系统中存在的泵滞后阀控现象,同时由于该系统无须进行压力闭环反馈控制,不用预设泵出口与最高负载之间的压力裕度,因此系统的动态性能和节能水平有很大的提高。以2 t挖掘机试验样机为研究对象,试验对比分析负载敏感系统和电液流量匹配控制系统的动态特性及能耗特性,设计阀前压力补偿型电液流量匹配控制系统的抗流量饱和控制器。试验表明,与负载敏感系统相比,电液流量匹配控制系统不仅弥补了负载敏感系统流量饱和时不能按比例分配流量的不足,而且泵与最高负载之间的压力裕度降低0.6～0.7 MPa,节能8%～10%,在提高系统动态性和节能性的同时,稳定性也得到明显增强。     

二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析

二维电液比例换向阀兼具直动式和导控式比例阀的功能:正常工作压力下,比例电磁铁输出的推力通过压扭联轴器使阀芯转动,阀敏感腔的压力差动变化,驱动阀芯轴向移动,与此同时阀芯反向转动,敏感腔的压力又逐渐恢复为原来的值,阀芯到达一个新的平衡位置,实现对阀芯位移的液压先导比例控制;当工作压力为零时,则由比例电磁铁直接驱动阀芯。在正常的工作过程中,压扭联轴器不仅可以实现直线-旋转运动转换,还可将比例电磁铁的驱动力放大,使其能有效、可靠地驱动阀芯转动,从而提高其比例控制性能和工作可靠性。通过2D阀的建模、动态仿真及稳定研究,弄清2D阀的关键结构和工作参数对动态特性的影响,并建立2D阀的稳定条件,为其结构设计和优化提供理论依据。对2D阀试验研究,测得直动与导控两种工作状态下主要性能曲线与指标,试验表明2D电液比例换向阀不仅可以实现直动和导控的功能,而且通过先导控制可以有效克服液动力和摩擦力的不利影响,同时也证明了2D阀具有较快的响应速度和很好的稳定性。     

回转式电液伺服阀及其在液压系统中的应用研究

回转式伺服阀作为直动式电液伺服阀的一个分类,利用阀芯(或阀板)相对阀体作旋转运动来实现油路的开闭、换向和流量调节。相对于滑阀,转阀具有结构简单紧凑、流量分辨率高、无加速度零漂、抗污染能力强及维护方便的特点。回转电液伺服阀作为电液伺服控制系统的控制元件,具有其自身的特点和优势,尤其是单级、高频响、大流量阀的研究开发,已成为电液伺服阀发展的一个重要方向,前景广阔。该文对伺服转阀进行了归类并针对国内外液压伺服转阀的研发现状、结构特点、功能的具体实现及设计原则进行了详细的分析和梳理。最后,结合现有的伺服转阀探讨了一种满足更高要求的新型结构形式。该文将为回转式电液伺服阀的研发及应用工作提供参考。     

插装阀在自动液压张紧系统中的研究应用

针对全自动液压张紧装置存在的张紧力调整滞后现象,分析其产生的原因,并对液压控制系统进行改进.在分析插装阀控制部分的工作原理的基础上,建立了数学模型,用Matlab软件进行动静态特性分析,验证流量插装阀控制单元具有比例的输入信号—输出压力特性,能实现在较大流量下对压力的控制.     

2D阀控电液激振器的优化设计和实验研究

为了进一步提高电液激振器的激振频率和控制精度,并降低其加工和安装难度,提出了2D高频激振阀的新结构和控制方法。通过增加2D阀阀芯沟槽与阀套窗口的沟通次数,改进与无刷直流伺服电机连接的高速齿轮箱传动机构,设计混合式直线步进电机与堵头连接以控制阀芯轴向位移,实现了对2D高频激振阀的结构优化。经理论以及实验研究表明：新型2D高频激振阀的结构简单,控制精度高,激振频率最高可达3000Hz。     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。     

高频电液振动台振动特性实验研究

传统电液振动台由于受伺服阀频响特性的限制,其工作频率难以提高到较高的水平。为此提出一种基于2D激振阀的高频电液振动台,由于2D激振阀是一种特殊结构的转阀,通过提高2D激振阀阀芯的转速可以使电液振动台的工作频率实现大幅提高。分析了高频电液振动台的工作原理,并建立了其数学模型,为了验证理论分析以及高频电液振动台工作时的实际输出振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。实验结果表明：基于2D激振阀的电液振动台能大幅提高振动频率,振动台输出的振动频率达到800Hz,远远高于现有传统电液振动台的振动频率。     

基于PWM的开关阀控电液位置伺服系统负载特性仿真研究

针对开关阀控电液位置伺服系统在负载条件下上行和下行运动特性不一致,对液压回路中平衡阀模块加以改进,使得平衡阀两端压差不受负载变化影响,从而使液压缸上下行运动特性保持一致。通过分别研究空载和加载条件下系统静、动态性能,对系统进行AMESim仿真分析和优化,以提升系统运动过程平稳性。研究结果表明,结构优化后的系统动态响应速度快、跟随响应误差小、控制精度高,且加载后液压缸运动特性仍能保持一致,有效地提高了系统性能,为下一步系统样机研制奠定基础。