双自由度高速先导阀驱动的大流量比例阀特性研究

Electro-hydraulic proportional valve is widely used in electro-hydraulic control system, but its electromagnetic material properties, drive power, the pilot valve structure restricts the large flow proportional valve to improve the dynamic response characteristics. To solve these problems, if we improve the dynamic response of the pilot from the electricity-mechanics convertor structure and control response, it will effectively improve the high flow electric overall dynamic response characteristics of hydraulic proportional valves. Therefore, proposed simultaneously produce two output displacement of the new integrated dual degrees of freedom electricity-mechanics convertor structure, control spool and sleeve opposite direction at the same time, shortening the valve core travel time, in order to improve the dynamic response of the pilot valve. Through the mathematical modeling on the structure moving coil-moving iron, moving coil-moving coil and piezoelectric ceramics-moving coil of the integration of dual degrees of freedom electricity-mechanics converter, electromagnetic decoupling research, magnetic field optimization analysis to solve the movable member caused by magnetic interference issue. And then through the establishment of large flow rate proportional valve system with double degree of freedom high speed switch pilot drive, high speed switching control pilot valve adopts the pulse width modulation method, to realize the continuous large flow output proportional valve, hydraulic flow of frequency response characteristic of flow proportional valve and drive for high speed switching the pilot and the differential pressure of the theoretical research and validation tests, the results of the study will be the novel and high dynamic response designs of large flow rate proportional flow valve, to provide a new theory and method guide.

电液比例阀在电液控制系统应用广泛，但其电磁材料特性、驱动功率、先导阀结构制约了大流量比例流量阀动态响应特性的提高。针对上述问题，若能从电机械转换器结构及控制响应上提高先导阀的动态响应，则会有效改善大流量电液比例阀整体动态响应特性。因此，提出一种可同时产生两个输出位移的新型集成式双自由度电机械转换器结构，控制阀芯和阀套同时反方向运动，缩短阀芯行程时间，以提高先导阀动态响应。通过对集成式动圈动铁、动圈动圈及压电陶瓷加线圈结构的双自由度开关电磁铁进行数学建模、电磁解耦研究、磁场优化分析，以解决可动构件造成磁场干扰的问题。进而建立双自由度高速开关先导驱动的大流量比例阀系统，采用脉宽调制法控制高速开关先导阀，实现比例阀连续大流量输出，并对高速开关先导驱动的大流量比例阀的液压流量频响特性和压差特性等进行理论研究和验证测试，研究的成果将为新型高动态响应、大流量比例流量阀设计提供新的理论依据和方法指导。

电液比例阀在电液控制系统应用广泛，但其电磁材料特性、驱动功率、先导阀结构制约了大流量比例流量阀动态响应特性的提高。针对上述问题，若能从电机械转换器结构及控制响应上提高先导阀的动态响应，则会有效改善大流量电液比例阀整体动态响应特性。本项目提出一种可同时产生两个输出位移的新型集成式双自由度电机械转换器结构，控制阀芯和阀套同时反方向运动，缩短阀芯行程时间，以提高先导阀动态响应。通过对动铁式电磁铁以及动圈式电磁铁、双推杆电机械转换器进行理论分析、数学建模、电磁解耦研究、磁场优化设计，分析了电磁铁的各机械和电磁参数对电磁铁输出特性的作用及影响；建立单电磁铁试验平台以及双自由度电机械转换器试验平台；对动圈式电磁铁和动铁式电磁铁进行了电磁场仿真分析，并进行了实验研究；采用脉宽调制控制原理，进行了双方向电机械转换器比例放大器的仿真分析，并研究制作了双向比例放大器电路板及驱动电路；对双自由度驱动先导阀的特性进行了建模分析和研究，得出先导阀的流量特性及其优缺点；永磁材料由于其效率高，因此永磁电磁铁得到了广泛使用，但是永磁体退磁现象会对电磁铁输出特性产生影响，针对电磁铁使用的永磁材料的退磁现象，研究了永磁电机中不同故障电流下永磁材料的失磁特性，并对永磁电机在使用过程中温度对永磁材料的退磁影响进行了分析研究；线圈匝间短路是电机常见的故障类型，且故障点具有偶然性，因此研究并研制了线圈匝间短路的容错马达，线圈之间出现匝间短路时电机仍能正常工作，并对其工作原理及数学模型进行了详细分析，搭建了试验台试验验证；对双自由度电磁铁驱动先导阀进行了仿真研究，对动圈式电磁铁阀特性进行了实验研究，得出了阀输出特性；研究的数据及输出特性将为新型高动态响应、大流量比例流量阀设计提供新的理论依据和方法指导。