高速开关阀先导控制的电液位置系统设计

电液伺服位置控制系统的设计与分析一、系统的设计要求设有一数控机床工作台的位置需要连接控制，进行电液位置控制系统设计。

其技术要求为：指令速度信号输入时引起的速度误差为： ev ＝5mm 干扰输入引起的位置误差为： epf = 0.2mm 给定设计参数为： 工作台质量 m ＝1000 kg 最大加速度 a max ＝1m/s 2 最大行程 S ＝50 cm 最大速度 v=8cm/s 工作台最大摩擦力 Ff ＝2000N最大切削力 Fc ＝500 N 供油压力ps ＝6.3MPa 反馈传感器增益Kf ＝1V ／cm二、系统的分析图1为某数控机床工作台位置伺服系统的系统方框原理图。

由于系统的控制功率较小、工作台行程较大，所以采用阀控液压马达系统。

用液压马达驱动，通过滚珠丝杠装置把旋转运动变为直线运动。

图1 系统方框图三、工作台负载分析工作台负载主要由切削力c F 、摩擦力f F 和惯性力a F 三部分组成。

假定系统在所有负载都存在的条件下工作，则总负载力为：max L c f a F F F F =++=3500N （1）四、动力元件参数选择（1） 工作台由液压马达经减速器和滚珠丝杠驱动。

根据力矩平衡方程，减速器输入轴力矩L T ：/2L L T F t i π= （2）其中：t 为丝杠导程；i 为减速器传动比 液压马达最大转速max n 为：max max /n iv t = （3）其中：max v 为工作台的最大运动速度。

液压马达所需排量m Q 为6322/510m m L L Q D T p m ππ-===⨯ （4）其中：L p 为液压马达负载压力，一般取L p ＝23sp ，s p 为液压系统压力，m D 为液压马达弧度排量。

根据条件：i ＝2，t ＝1.2×210-m/r ，s p ＝63×105Pa 由式（2）、式（4）计算得：m D ＝0.8×610-3m /rad 所以，液压马达负载流量L q 为：536.6710/L q m s -=⨯ （5）伺服阀压降v p 为：max v s L p p p =- （6）考虑泄漏等影响，L q 增大15％， 4.6/min L q L =。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2658493Y [45]授权公告日2004年11月24日[21]ZL 专利号200320110969.1[22]申请日2003.11.17[21]申请号200320110969.1[73]专利权人石延平地址222005江苏省连云港市新浦区苍梧路59号淮海工学院机械系[72]设计人石延平 [74]专利代理机构南京众联专利代理有限公司代理人王彦明[51]Int.CI 7F16K 1/00F16K 31/06权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页[54]实用新型名称一种新型电液高速开关阀[57]摘要一种新型电液高速开关阀，它设有一个阀体，阀体内设有一个活动阀套，在活动阀套内装有阀芯，本实用新型以稀土超磁致伸缩材料作为驱动器。

该驱动器的输出位移通过杠杆机构放大后，分别驱动特殊设计的开关阀的阀芯和活动阀套相对运动，不仅使阀的过流面积增大，提高了输出流量，而且还因为阀芯阀套相对运动，提高了阀的开启或关闭切换速度。

其开启和关闭时间小于1ms。

本实用新型与现有的高速开关阀相比，由于开启和关闭切换速度提高，当应用于PWM电液数字控制系统时，能够使脉宽调制频率大大提高，从而提高了PWM的控制精度。

200320110969.1权 利 要 求 书第1/1页1.一种新型电液高速开关阀，其特征在于：它设有一个阀体(10)，阀体(10)内设有一个活动阀套(9)，在活动阀套(9)内装有阀芯(2)，活动阀套(9)的一端为封闭端，阀芯(2)与活动阀套(9)封闭端之间设有复位弹簧(8)，与阀芯(2)连接的阀杆(7)从活动阀套(9)的另一端穿出，阀杆(7)的端部穿出阀体(10)并在阀体(10)外与驱动装置连接，在活动阀套(9)封闭端的阀体(10)上设有一个驱动杆(3)，驱动杆(3)穿出阀体(10)并在阀体(10)外与另一个驱动装置连接。

2.根据权利要求1所述的新型电液高速开关阀，其特征在于：所述的驱动装置为两个相同的超磁致伸缩驱动器(1)。

高速开关阀桥先导控制比例阀静动态特性分析高速开关阀桥先导控制比例阀静动态特性分析一、引言高速开关阀桥先导控制比例阀是一种常用的工业控制装置，广泛应用于气液控制系统中。

它通过改变比例阀的通道开合程度，调节流体流量，实现对系统压力、流量的精确控制。

在实际工程应用中，对高速开关阀桥先导控制比例阀的静态和动态特性进行准确的分析是非常重要的，可以帮助优化系统的设计和控制算法，提高系统的性能和稳定性。

二、高速开关阀桥先导控制比例阀的工作原理高速开关阀桥先导控制比例阀由电磁阀、比例阀和减压阀组成。

当控制信号到达电磁阀，电磁阀的动作会改变比例阀的通道开合程度，从而改变流体流量。

减压阀用来保持系统的稳定压力。

高速开关阀桥先导控制比例阀通过调节比例阀的开度来控制系统的压力和流量，实现精确的气液控制。

三、静态特性分析1. 开度-流量特性在分析高速开关阀桥先导控制比例阀的静态特性时，首先需要研究比例阀的开度与流量之间的关系。

可以通过实验方法，将不同开度下的流量进行测量，然后将测得的数据作图得到开度-流量特性曲线。

通过分析曲线的形状，可以了解比例阀的流量调节性能，确定比例阀的最大流量和最小流量。

2. 开度-压力特性另一个静态特性是比例阀的开度与系统压力之间的关系。

同样可以通过实验方法，将不同开度下的系统压力进行测量，然后作图得到开度-压力特性曲线。

通过分析曲线的形状，可以了解比例阀的压力调节性能，确定比例阀的最大工作压力和最小工作压力。

四、动态特性分析1. 响应时间高速开关阀桥先导控制比例阀的响应时间是指控制信号到达时，比例阀实际开始改变通道开合程度的时间。

通过实验方法，可以测得不同控制信号到达时比例阀的开度变化曲线，然后分析曲线上的时间点得到响应时间。

2. 稳定性分析稳定性是指系统能够快速、准确地达到设定的控制目标，并能够在一定范围内保持稳定。

对于高速开关阀桥先导控制比例阀来说，稳定性分析主要包括超调量和调节时间两个参数。

高速开关阀的设计与研究*周福章李力千刘志玮任德志(洛阳工学院机电工程系洛阳471039)摘要介绍了一种新型的二级高速开关阀，它采用柱塞式液压增益放大结构，以高速开关电磁阀为先导级，通过二级锥阀的放大，使数字阀最大流量超过80l/min，且保持较高的切换速度，解决了大流量和快速性之间的矛盾。

阀的控制器采用PWM控制原理和降幅双压驱动技术，加速电压持续时间和工作电压幅值均可调节，优化了阀的切换特性。

叙词：数字阀高速开关柱塞式液压增益放大PWM降幅双压驱动中图分类号：TP2710前言目前的电液控制中，虽然模拟控制仍占主导地位，但是随着微机的广泛应用，人们越来越注意到数字控制系统和数字元件的重要性。

高速开关数字阀工作在“开”、“关”两种状态下，与计算机接口非常容易，且价格低廉、抗污染能力强、抗干扰性好、易于维护。

通常采用调制脉冲宽度的方法进行控制，放大器结构简单，功耗小。

国内外一些单位已开展了对其的研究工作，开发了多种结构的高速开关阀，但是都未达到推广阶段，主要原因之一就是目前研制出的一些切换速度较快的单级阀流量较小，不能满足实际工程的需要，而二级阀虽然流量大，切换速度却非常慢。

研制一种新型的高速二级开关阀解决快速性和大流量之间的矛盾就势在必行。

1二级阀工作原理图1二级阀结构原理图1.负载2.主阀芯3.弹簧14.弹簧25.控制活塞6.先导阀7.阻尼孔二级阀原理如图1所示。

当先导阀6开启，容腔3压力接近系统压力，活塞5推动主阀芯开启，当先导阀6关闭，容腔3压力下降，主阀芯推动控制活塞关闭。

采用这种柱塞式增益放大结构，二级阀在获得大流量的同时，仍有较快的切换速度。

图1中阻尼孔7将先导阀输出流量分流，其孔径大小决定了容腔3的压力，是影响主阀芯开关速度的主要参数。

两端弹簧刚度很低，仅用于初定位，对阀的开关几乎没有影响。

先导阀6采用日本不二越公司生产的高速开关电磁阀(HS-G01-AR-D1)，其性能参数分别为：最高切换频率50 Hz，最大流量8 l/min，最高压力17 MPa，开启时间4 ms～6 ms，关闭时间1.5 ms～2.5 ms，控制电压12 V，最大电流2.4 A。

基于高速开关阀的液压同步控制系统设计与研究的开题报告一、题目：基于高速开关阀的液压同步控制系统设计与研究二、研究背景和意义：液压系统在工业自动化控制中广泛应用，而液压同步控制系统则是其中的重要分支。

在某些高精度加工场合中，液压同步控制系统比电气同步控制系统更为适用，因为液压系统可以克服传统机械结构无法实现的工作方式，如承受大负载、可靠性高等，因此其在模具制造、船舶制造、机床加工和航空航天等领域得到广泛应用。

传统液压同步控制系统采用多路电液伺服系统，由于其成本较高，响应时间较慢，因而难以满足高端工业市场的需求。

随着科技的不断发展，高速开关阀作为电液控制的新技术方式，其具有响应速度快、控制精度高、动态性能优良等优势，因而引起人们的关注。

本文将采用高速开关阀作为电液控制的新技术，设计一种基于高速开关阀的液压同步控制系统，以提高系统的精度和效率，满足高端工业市场的需求。

三、研究内容和技术路线：本课题旨在设计和研究一种基于高速开关阀的液压同步控制系统，具体内容包括：1. 系统结构设计采用高速开关阀作为电液控制的新技术方式，设计液压同步控制系统的结构，包括系统整体架构、液压系统设计、高速开关阀的选型和参数设定等。

2. 控制算法研究根据液压同步控制系统的特点，研究液压系统的PID控制算法、模糊控制算法等，以实现系统的高精度、高效率控制。

3. 系统性能测试对所设计的液压同步控制系统进行性能测试，包括负载能力测试、精度测试、响应时间测试、稳定性测试等，验证系统设计的合理性和可行性。

根据实验结果对系统进行优化和改进。

技术路线：1. 阅读相关文献，对液压同步控制系统的结构、控制算法、性能测试等进行深入了解。

2. 设计系统结构，并进行参数设定和选型。

3. 利用MATLAB/Simulink建立系统控制模型，进行控制算法的研究，比较不同控制算法的效果。

4. 进行实验室模型搭建，对所设计的液压同步控制系统进行性能测试，包括负载能力测试、精度测试、响应时间测试、稳定性测试等。

高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀的设计与仿真李永安;朱明亮;王宏伟;付翔
【期刊名称】《液压与气动》
【年(卷),期】2024(48)2
【摘要】在智能综采工作面生产工程中,液压支架在移架和推溜的过程中经常会遭遇不稳定负载,传统开关式的电液控制元件无法对推溜油缸进行速度调控,导致推溜油缸位置控制困难,影响了刮板机的调直度,从而制约了智能综采装备的应用效率。

针对这一问题,考虑到煤矿乳化液介质低黏度、润滑性差等特征,设计了一种高速开关阀作为先导阀的高水基高压大流量比例调速阀,建立了阀的数学模型,根据调速阀的内部结构及工作原理建立其AMESim仿真模型,对影响节流阀阀芯位置闭环控制特性、调速阀压差-流量特性进行仿真分析。

仿真表明,A型先导液桥对主阀芯的响应具有更好的性能,主阀下控制腔容积、复位弹簧刚度对阀芯的响应速度、稳定性有一定影响。

总体而言,调速阀具有较好的流量调节刚度,功能和性能达到了预期设计要求。

【总页数】8页(P60-67)
【作者】李永安;朱明亮;王宏伟;付翔
【作者单位】山西省煤矿智能装备工程研究中心;太原理工大学机械与运载工程学院;智能采矿装备技术全国重点实验室;太原理工大学矿业工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.7
【相关文献】
1.新型大流量高水基电液比例换向阀的设计和研究
2.基于先导高速开关阀控比例阀的仿真研究
3.带有高速开关阀的先导式电/气比例阀仿真分析
4.基于系统的高水基先导阀压力流量特性建模与仿真
5.奏好课堂精彩教学的“序曲”——小学高年级基于小说文体意识的预习单指导
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