电液比例三通溢流型减压阀先导液桥设计
第8讲 电液比例压力阀

当电磁换向阀通电使电梯下降时,阀芯运动很快,这表明 液压缸活塞很快加速到其最大速度(最大速度通过设定流 量控制阀F来确定)。电梯的这种突然启动会使乘客感到非 常不舒服。
F
同样,当电梯到达目的地时,因电磁换向阀的很快关闭,也会使电梯突 然停止,从而再次使乘客感到不舒服。在实际液压系统中,由执行元件 的突然启停而产生的冲击还会造成压力尖峰,这也是容易引起系统泄漏 的情况之一。
力
时间
在这种情况下, 不仅需要控制执 行元件的最大压 力,而且还需控 制施加或消除压 力的速率。
力
时间
实际上,机器 工作循环由一 系列斜坡和保 持周期组成, 这些周期都可 以通过比例阀 来实现。
力
时间
在机器工作循环末段,对许多过程 来说,压力下降速率也是非常关键 的。
力
因此,采用比例阀可 以实现运动和力控制 ,且在有些场合,同 一种比例阀既可用于 运动控制,也可用于 力控制。这通常涉及 到 “ PQ” 控 制 , 如 控 制 压 力 (P) 和 流 量 (Q) 。
三、电子控制
通常,比例电磁铁的线圈电流由功率放
大器(电子放大器)来控制。功率放大 器本身需要一个电源(一般为12 或 24 VDC )和一个输入信号。
功率放大器输出(电流)由输入信号控制,当输 入信号为零时,输出信号也为零。
24 V DC
当输入信号增大时,功率放大器的输出信号也相 应地增大。
24 V DC
距离
加速度
时间
2. 控制执行元件速度,若有必要,对于变负载, 应保持其恒定。
距离
速度
加速度
时间
3. 平滑减加速度,并使压力峰值最小。
距离
减速度 速度
加速度
电液比例三通溢流型减压阀先导液桥设计

的样机 , 因而周期长、 成本高。 计算机仿真能有效地解 决液压系统 的非线性问题 , 科学 、 直观地预测 系统特
性 ,同 时结 构 参 数 对 性 能 的影 响能 被 直 观 地 反 映 出 来 。但其 结果 是否真 实 可靠 , 还需 要少 量实 验验 证 。 要 实 现 电液 比例 三 通 溢 流 型 减 压 阀『的优 良性 3 1 能: 出一 输 输入线 性 ; 在各种 干 扰下 , 出保持 等值 ; 输 在 负载 流量 为零 时 , 工作 可靠 ; 制功 耗小 ; 控 响应 速度 快 等 。先导液 桥 的设 计是关键 , 本文 以数值分 析 为主 , 结 合实 验验证 的方 法分 析设 计先 导液 桥 。
Pr s ur duc ng Va v e s e Re i le
JANG F —in 。 I u xa g.YU iy a Ka—u n
(. 信 息 职 业 技 术 学 院 江 苏 省 电子 产 品 装 备 制 造 工 程技 术研 发 中心 , 1 淮安 江苏 淮 安
230 ; 20 3
数与√ 问的斜率。 胎
3 先导 阀参 数设计
3 1 先 导阀孔数 .
收稿 日期 :0 8O—2 2 0 一 10
作者 简介: 福祥(9 2 ) , 姜 16一 , 江苏淮安 人, 男 副教授, 高级工程
师, 士, 硕 主要从事计算机测控与仿真工作 。
液压 系统 仿 真 就是 应 用 数 值 分 析 方 法 求 解 由连 电测 法 用 于 液压 系统 污 染 监 测 是 一 种 简 单 方 便 的方 法 , 以 同时对 多种 污染 物 进 行 监测 。监 测 系 统 可
[ 1】 姚成 玉 , 赵静一 , 张齐生 , 王益群. 液压油污染检测技术 的
先导式溢流阀设计

第一次世界大战(1914 -- 1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间,才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵,为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁·尼斯克(G · Constantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究;1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献,使这两方面领域得到了发展。
液压阀的功用是控制液压传动系统的油流方向,压力和流量;实现执行元件的设计动作以控制、实施整个液压系统及设备的全部工作功能。
1.1
液压传动和气压传动称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,是工农业生产中广为应用的一门技。如今,流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。
先导控制式溢流阀的结构有三级同心式,二级同心式和—级同心式,其先导阀使用的弹簧有线性弹簧和非线行弹簧.非线性弹簧用于液压阀有很大的优越性,但至今应用的却不多见。
三级同心式先导溢流阀其主阀芯上有三处配合,表面的同轴度要求较高。日本改进了三级同心式溢流阀:拉长了尾碟,增设了尾流环,还将回油通道防振尾附近做成直角弯,消耗动能,降低噪声。另外,在主阀上腔和导阀前腔都设置了消振滑块,改变油液流动状态和减小振动容腔。
液压技术具有独特的优点,具有功率重量比大,体积小,频响高,压力、流量可控性好,可柔性传送动力,易实现直线运动等优点,因此液压技术广泛用于国民经济各部门。液压设备能传递很大的力或力矩,单位功率重量轻,结构尺寸小,在同等功率下,其重量的尺寸仅为直流电机的 ~ 左右;反应速度快、准、稳;又能在大范围内方便地实现无级变速;易实现功率放大;易进行过载保护;能自动润滑,寿命长,制造成本较低,世界各国均已广泛地应用在锻压机械、工程机械、机床工业、汽车工业、冶金工业、农业机械、船舶交通、铁道车辆和飞机、坦克、导弹、火箭、雷达等国防工业中。现在世界各国都重视发展基础产品。近年来,液压技术由于广泛应用了高新技术成果,使基础产品在水平、品种及扩展应用领域方面都有很大提高和发展。
影响电液比例溢流型三通减压阀输出压力因素的数值分析

图 1 所 示 。其 工 作
原理如下: 当调定
放大器输入电压后 ,
比例 电 磁 铁 输 出 电
磁力 FM , 此 时 阀 输
出压力 pA 有一个相 图 1 电液比例溢流型三
应值, 若因某种干
通减压阀结构原理
扰使出口压力降低将引起先导阀芯向左移动 , 左边可
变节流口增大 , 右边可变节流口减少 , 先导阀腔压力 px 及主阀上腔压力 p′x 上升 , 在 px 上升和 pA 下降的共 同作用下 , 主阀芯向下运动 , 主阀可变节流口开大 ,
·100·
机床与液压
第 35卷
主阀进口压力 、先导阀腔压力 ; FfyL 、 FfyR、 Ffx分别为 先导阀芯在左、右阀口所受液动力 , 主阀芯所受液动
力;
Am
vd
、Am
分别为主阀芯下端面积
vu
、主阀芯上端面
积; z为拱高; N 为孔数; Re、Rec 分别为雷诺数、临
界雷诺数 ; Cd、Cdmax分别为流量系数 、紊流时最大流
z - ( z )2 DD
CX (N , z)
=N
D arccos( 1 - 2z ) D
- 2z
D-z
雷诺数
R e = 4Q / ( CXυ) 流量系数方程
Cdmax 当 R e≥R ec 时
Cd = k
Re
当 R e < R ec 时
为了避免电磁力 FM 与输入电压关系的影响 , 分
析中用电磁力作为输入信号 。算法流程如图 2所示 。
2007年 12月 第 35卷 第 12期
机床与液压
MACH INE TOOL & HYDRAUL ICS
Dec12007 Vol135 No112
影响电液比例溢流型三通减压阀输出压力因素的数值分析

应 用 出 口 压 力 直 接 检 测 反 馈 和 级 间 动
A =等c( 一1 ) 一 ) ( Ⅳ a。一)( √ ( Ⅳ [rs 2一 】 c1
圆拱形节流 口湿周长 函数
压反馈 原理研 制开 发 的电液 比例溢 流 型三
C( , = Iac ( 一 ) 2 ̄ z Nz N Dro 1 一z/ l ) cs D—
关键词 :压力控制 阀;非线性 系统 ;数值分析 ;内部扰动影 响;最小化
中 图分 类 号 :T 3 . 2 HI7 5 文 献标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 —38 (0 7 1 0 9— 0 1 8 1 2 0 ) 2— 9 3
Nu e i a a y i n t e I lue c fOut utPr s u e o m r c lAn l ss o h nf n e o p es r f
0 前 言
压力 控制阀的输 出量与控制量显线性关 系是 理想
的追求 ,由于存在液 动力 、弹簧力 、液压力等干扰影
响 ,目前 ,在解决输 出量与控制量全程范 围内显线性 关系问题方 面 ,定性 分析对 抑制干扰 影 响收效甚 微 。 本文应 用 T o e 数值 分析非线性 电液 比例溢 流型 K Sl r v 三通减压 阀的输 出量受控制量和干扰量的影响 ,定量 分析该 阀控制量 ( 调节 电流或 电压 ) 、干扰量 ( 导 先 阀芯及 主阀芯所受液动力 、先导阀芯及主阀芯弹簧力 等)对输 出量的 影响程 度 ,通 过 调节 初始 参数 和优
直动式三通电液比例减压阀动态性能研究

直动式三通电液比例减压阀动态性能研究作者:姚佳来源:《科技创新导报》2012年第35期摘要:建立了直动式三通电液比例减压阀传递函数,对不同出口容腔体积时的动态响应特性进行了试验,分析与试验表明合理设定出口容腔体积可使比例减压阀得到高的动态响应,为工程上需要高响应比例减压阀提供了设计依据。
关键词:直动式电液比例减压阀动态特性传递函数出口受控容腔体积中图分类号:TH137.5 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(b)-00-02The investigation on dynamic characteristics for direct operated electro-hydraulic three way proportional pressure reducing valveYao JiaElectronic and Information Engineering Department of Changsha Social Work College Changsha,China,410004Abstract:The transfer function for direct operated three way proportional pressure reducing value is presented. The dynamic characteristic of the valve are simulated for different outlet volume. Simulation analysis and experiment sho w that reasonable set the valve core’s outlet control volume size can enable the proportional pressure reducing valve have high dynamic characteristic. It provided design basis on the proportional pressure reducing valve which want to have high frequency-response characteristic.Key words:direct operated electro-hydraulic proportional pressure reducing valve; dynamic characteristic; transfer function; outlet control volume目前工业中液压制动系统的应用越来越广泛,对其制动的快速性提出了更高的要求。
三通减压阀

首先,在确定参数之前首先介绍一下电液比例溢流型三通减压阀的工作原理和基本结构,以及此阀在本系统中的作用。
应用出口压力直接检测反馈和级间动压反馈原理研制开发的电液比例溢流型三通减压阀的结构原理如图2.6所示:图2.5 比例溢流型三通减压阀工作原理图Fig. 2.5 The work principle diagram for proportion overflow tee pressure reducing valve其工作原理如下:当调定放大器输入电压后,比例电磁铁输出电磁力m F , 此时阀输出压力A p 有一个相应值,若因某种干扰使出口压力降低将引起先导阀芯向左移动,左边可变节流口增大,右边可变节流口减少,先导阀腔压力x p 及主阀上腔压力'x p 上升,在上升x p 和A p 下降的共同作用下,主阀芯向下运动,主阀可变节流口开大,致使A p 上升,这样就使输出压力A p 保持在调定值。
当输出压力A p 增大超过调定值时(如A p 用于动力负载时)先导阀芯向右移动,先导阀左边可变节流口减小,右边可变节流口增大,致使先导阀腔内压力x p 和主阀上腔压力'x p 下降,主阀芯上移使进油口与出油口相通,此时相当于溢流阀。
通过对三通减压阀的工作原理(如图2.6所示)的研究,并且根据其工作原理在第二章的介绍不难得出以下推论。
(1)在稳态时,先导阀和主阀阀芯的力平衡方程。
先导阀稳态时的力平衡方程为:A f x y1M ky x y p A p A F F p A +=++ (3.50) 式中:A p —三通减压阀的输出压力;x p —先导阀腔内压力(与主阀上腔压力相等); M F —电磁力;ky F —先导阀阀芯所受弹簧力;f A —先导阀反馈推杆面积; y1A —先导阀阀芯左端面积; y A —先导阀阀芯右端面积。
主阀稳态时的力平衡方程为:A kx x p A F p A =+ (3.51)式中:A p —三通减压阀的输出压力;x p —先导阀腔内压力(与主阀上腔压力相等); kx F —主阀阀芯所受弹簧力; A —主阀阀芯上下腔的面积;(2)在输出压力A p 有变化时,假设A p 升高了A p Δ,那么x p 随着D 口的减小降低x p Δ,那么则有以下的动态力平衡方程。
项目三 先导式比例溢流阀特性实验 使比例溢流阀控制电压由

项目三先导式比例溢流阀特性实验
一、实验目的
了解比例溢流阀的工作特性。
二、实验原理和方法
在并联式双溢流阀液压系统中,利用普通先导溢流阀设定系统最高工作压力。
使比例溢流阀控制电压由最大值逐渐减小,通过量筒观察比例溢流阀溢流开启点。
比例溢流阀开始溢流后继续调小溢流阀控制电压,观察系统压力随控制电压变化的变化过程。
三、实验步骤
1、按照系统原理图搭建系统回路。
9
2、按照电气图连接电气回路。
10
11
3、启动泵站前先将手动溢流阀全部放开,泵站启动后调整比例溢流阀控制旋钮,将其控制信号调至最大。
关闭旁路卸荷阀调整手动溢流阀,将系统压力升到4Mpa。
逐渐调小比例溢流阀控制信号,观察量筒内有无溢流产生。
当开始产生溢流时,此时比例溢流阀控制电压对应的控制压力即为系统压力4Mpa。
继续调小比例阀控制电压,系统压力将随之下降。
将个电压值对应的系统压力分别记录下来,可以绘制出比例溢流阀控制电压-溢流压力特性曲线。
12。
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学出版社,1997. [3] Lu YongXiang, Yu KaiYuan, Quan Long. Development and
research of new type three-way pilot proportional pressure reducing valve[C] . International Symposium on FLUID POW-
非线性严重[5、10]。图 1 为先导阀孔雷诺数与其直径 hpv 的仿真关系曲线,可变(圆孔)弓形节流口的临界雷诺
数为 196,因此,先导阀孔直径 hpv 的最小值应大于 0.6 mm,考虑安全可靠本设计选取 0.8 mm。
550
R
500
L
400 300
RL
200 100
RL
0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
(1.淮安信息职业技术学院 江苏省电子产品装备制造工程技术研发中心,江苏 淮安 223003; 2.东南大学 机械工程系, 江苏 南京 210096)
摘 要院建立电液比例三通溢流型减压阀数学模型,应用数值分析仿真结果和样品实验结果一致,数值方法 能有效地解决液压系统的非线性问题,直观地反映参数变化对性能的影响。为准确选取参数,缩短设计周期,降 低研发成本,实现设计目标,提供一种数值分析的设计方法。
[M].Beijing: Higher Education Press & Thomson Learning, Inc., 2001. [7] Jeffrey J.McConnell. Analysis of algorithms[M]. Beijing:Higher Education Press & Jones and Bartlett Publishers, Inc 2003. [8] 浙江大学流体传动及控制研究所.BJ3-H16 型三通比例 减压阀基型研究试验报告[R].杭州:浙江大学,1988. [9] 姜福祥.电液比例先导式三通减压阀及先导式溢流阀静 态仿真研究[D].南京:东南大学,2002. [10] (德)W·巴 克 . 液 压 阻 力回 路 系 统 学 [M]. 周 文 译 . 北 京 : 机械工业出版社,1980. [11] 路甬祥,胡大纮.电液比例控制技术[M].北京:机械工业
要实现电液比例三通溢流型减压阀[3]的优良性 能:输出 - 输入线性;在各种干扰下,输出保持等值;在 负载流量为零时,工作可靠;控制功耗小;响应速度快 等。先导液桥的设计是关键,本文以数值分析为主,结 合实验验证的方法分析设计先导液桥。 2 设计方法简介
液压系统仿真就是应用数值分析方法求解由连
续方程、力平衡方程、流量方程和动量方程等组成的 非线性方程组[4]。仿真中,流量系数随雷诺数关系按式 (1)简化处理[5]。在编程中注意处理好阀芯位移与压力 的 10 个数量级差的问题,否则迭代运算不能正常进行[6~7], 算法采用 Newton-Raphson,Runge-Kutta-Fehlberg。仿真 结果与实验结果比较,全程范围内两者仅差 4%[8~9],说 明本仿真完全可用于该阀的设计。
64
液压与气动
2008 年第 7 期
为了实现在负载流量几乎为零时,对其负载出口
腔压力
p A
的精确控制,先导阀采用双可变(圆孔)弓形
节流口 A 型液阻半桥。由液阻网络分析可知,A 型液
阻半桥的零位压力增益 p 和流量增益 q 均为 B 型 半桥的两倍,因而 A 型半桥的应用提高了先导控制的
增益,从而提高了压力控制的快速性[10]。为了消除先导
电测法用于液压系统污染监测是一种简单方便 的方法,可以同时对多种污染物进行监测。监测系统 报警时,应当停机对液压系统进行进一步的检查和处 理。电测法在线监测系统与工程机械上目前广泛使用 的其他方法配合使用,就可使工程机械的液压系统在 良好的状态下长期可靠运行。
参考文献:
[1] 姚成玉,赵静一,张齐生,王益群. 液压油污染检测技术的 评述[J]. 润滑与密封,2006(l0).
{ Cd =
ìCd max 当 Re逸Rec 时
í îk
Re 当
Re <
Rec 时
(1)
式中 符号意义如下: 为流量系数; max 为最大流 量系数;Re 为雷诺数;Rec 为临界雷诺数;k 为流量系 数与 Re 间的斜率。 3 先导阀参数设计 3.1 先导阀孔数
收稿日期:2008-01-02 作者简介:姜福祥(1962—),男,江苏淮安人,副教授,高级工程 师,硕士,主要从事计算机测控与仿真工作。
关键词:PLC;高速列车;压力保护阀;压力变送器
中图分类号:TP271.32 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2008)07-0065-03
1 引言 高速运行的列车在会车时,尤其是在隧道内会车
时产生活塞效应,车体表面将受到正负数千帕的瞬时 压力变化,压力波动传到车厢内引起室内压力的变 化,旅客会感到不适,严重时还会对身体造成伤害。影 响旅客舒适度的压力指标有两个:一是压力变化的最 大值;二是压力变化率的最大值。
先导阀芯与孔中心对称装配。
3.3 确定先导阀孔直径
先导阀孔直径 hpv 的大小直接影响所消耗的控 制功率,显然,其值越小所消耗的控制功率也越小,但 其最小值应能保证:全程范围内,在负载流量几乎为 零时,先导阀双可变(圆孔)弓形节流口都不能出现层 流,否则,因流量系数随雷诺数变化,会导致电液比例 溢流型三通减压阀输出压力与输入电流或电磁力的
2008 年第 7 期
液压与气动
63
电液比例三通溢流型减压阀先导液桥设计
姜褔祥 1袁郁凯元 2
Pilot Liquid Bridge Design of Electro-hydraulic Proportional Three-way
Pressure Reducing Valve
JIANG Fu-xiang1, YU Kai-yuan2
[2] 王敬涛.液压系统工作油液污染快速检测实验及研究[D]. 南京:解放军理工大学,1999(11).
[3] 邓经纬,匡华云.大型机械液压油污染分析及在线监测技 术[J].液压与气动,2006(12).
[4] 周新聪,刘东风,程海明,孙怡,严新平.油液污染度测定相 关问题的探讨[J].润滑与密封,2004(7).
y 的取值范围。当 y 正值大到一定程度时,右
阀口开口面积过大,左阀口面积过小,使主阀上腔压 力下降,主阀芯上移,主阀口关闭从而不能正常工作; 与此相反,当 y 负值大到一定程度时,右阀口开口面 积过小,左阀口开口面积过大,使主阀上下腔压力差 下降,主阀芯不能上移,同样阀也不能正常工作。使阀 能正常工作的先导阀芯两节流边距与孔中心距差 y
HUANG Dong
(青岛理工大学 自动化工程学院,山东 青岛 266033)
摘 要:研制应用于高速列车上的压力保护阀需要开发一个检测系统来提供压力保护阀的气压环境并能检 测其工作状态。以可编程控制器(PLC)、触摸屏、空压机、减压阀、气路电磁阀、节流阀和压力变送器等为平台,通 过检测有关测点的压力值,根据制定的运行策略自动控制空压机和气路电磁阀的运行状态,调节节流阀的开度, 可以产生 200 Pa/s 的气压变化。实现压力保护阀状态的检测和数据分析。
好。 4 结束语
本文应用数值分析方法仿真,从参数变化对输出 量的影响规律中求取最佳设计参数。同时,该方法还 有助于理解各参数和干扰量的作用。电液比例溢流型 三通减压阀的非线性及其复杂程度都较高,仿真与实 验结果全程仅差 4%,可以相信仿真完全能够满足液 压系统或元件的设计要求。为高精度、短时间、低成本 地研发液压产品,提供一种有效的方法。
阀芯径向液动力的影响[11],先导阀孔数 y 应取偶数。
孔数 y 多,每孔流量则小,雷诺数相应也小,可能出
现层流,使流量系数产生变化。因此,先导阀孔数 y
取 2。
3.2 确定先导阀芯与孔的初始位置
为了保证在负载流量几乎为零时,先导阀采用双
可变(圆孔)弓形节流口 A 型液阻半桥能可靠响应袁双
பைடு நூலகம்
可变(圆孔)弓形节流口应处于常开狀态,本设计采取
hpv 一定时,¶pA / ¶Dy = ¶pA / ¶l ,仿真结果显示 ¶pA / ¶l 基本保持不变。
综上分析, y 与 hpv 之比 l 取下限值 -0.75 为最
2008 年第 7 期
液压与气动
65
基于 PLC 的高速列车压力保护阀检测系统的研制
黄东
The Detecting System of Pressure-head Valve for High-speed Railway Based on PLC
y 与 hpv 之比λ
a) 控制功率与λ关系
b) 雷诺数与λ的仿真关系曲线
L,R 为先导阀左、右孔雷诺数
图 3 参数关系
出口压力的灵敏度或压力增益 |¶pA /¶ y| 为最大值 或最大临界值为最好,压力增益:
¶pA ¶y
=
¶pA ¶Dy
¶Dy ¶y
(2)
由于 ¶Dy / ¶y 是个定值,因此 ¶pA / ¶y 的变化就 反映了压力增益 ¶pA / ¶y 的变化,在先导阀孔直径
关键词:压力控制阀;非线性系统;数值分析;液桥;设计
中图分类号:TH137.52 文献标识码:B 文章编号:1000-4858(2008)07-0063-03
1 引言 在开发设计液压系统或元件时,一般从静态和动
态两个方面考虑,使用的方法主要有理论分析、计算 机仿真、实验研究 3 种[1~2]。由于液压系统的非线性因 素,常常需进行线性化与简化,因而理论分析得出的 结论往往误差较大,而且也不符合元件的整个工作范 围。在新产品开发设计阶段,实验研究需要制作较多 的样机,因而周期长、成本高。计算机仿真能有效地解 决液压系统的非线性问题,科学、直观地预测系统特 性,同时结构参数对性能的影响能被直观地反映出 来。但其结果是否真实可靠,还需要少量实验验证。