电液比例控制技术讲义2.doc
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电液比例控制技术讲义2.doc
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第二章电—机械转换器
§2.1引论
电——机械转换器是电液控制元件的输入单元,它将控制放大器输入的电信号转换为机械量,即力(力矩)和位移。
作为电液放大器的前置级,它的性能对整个元件的特性有十分重要的影响。
它影响稳态控制精度、动态响应性能、抗干扰能力、工作可靠性。
常见的有六种电——机械转换器:
即直流和交流伺服电机;步进电机;动圈式力马达;动铁式力马达;力矩马达;比例电磁铁。
表2-1电——机械转换器对比表
型式
比例电磁铁
动圈式力马达
力矩马达
伺服电机
工作原理
利用磁路中磁通力图缩短其长度或磁场使磁路中磁阻减小的特性,使衔铁和轭铁间产生吸力,输出机械力。
导体(线圈)在磁场中受力,使线圈相对轭铁移动输出机械力。
控制磁场和永磁场相互作用,衔铁相对轭铁转动,输出机械力矩。
载流导体在磁场中受电磁力。
特点
一般材料,工艺性好,输出力大,动态性能较差。
贵重材料,工艺性尚好,机械力较大,动态性能好。
结构复杂,贵重材料,动态性能好。
结构复杂,动态性能一般。
应用
比例压力阀,比例流量阀,比例方向阀,比例复合阀。
压力阀,流量阀。
压力阀,方向流量阀。
流量阀,压力阀。
§2.2比例电磁铁
能够把输入的直流电流信号,连续地、按比例地转换成机械力输出,推动液压阀芯位移。
§2.2.1分类
力调节型比例电磁铁——具有特定的力电流特性
行程调节型比例电磁铁——具有模拟形式的位移电流特性
表2-2比例电磁铁对比表
项目
力调节型比例电磁铁
行程调节型比例电磁铁
基本
特性
电流----力特性
位移----电流特性
工作
原理
衔铁行程没有明显的变化时,改变电流I,就可调节其输出的电磁力。
衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。
只要电磁铁在其允许的工作区域内工作,其衔铁位置就保持不变,而与所受反力无关。
反馈
环节
由于电子放大器中设置电流反馈环节,在电流值恒定不变时,可使磁通量进而使电磁力保持不变。
配上电反馈环节后,电磁铁的滞环及重复误差均较小。
此外,作用在阀芯上的液动力也受到控制(与各种可能产生的干扰力相比,电磁力较小)。
工作
行程
在控制电流不变时,电磁力在其工作行程内保持恒定,其有效工作行程约1.5mm。
电磁铁的行程,因其规格而异,一般在3~5mm之间。
应用
行程较小,结构很紧凑,故可用于比例方向阀和比例压力阀的先导级,将电磁力转换为液压力。
它是一种可调节型直流比例电磁铁,在其衔铁中充满工作油液。
能够直接推动诸如比例方向阀、流量阀及压力阀的阀芯,并将其控制在任意位置上。
其主要用来控制直接作用式四通比例方向阀。
§2.2.2结构及工作原理
(1)力调节型比例电磁铁
图2-1力调节型比例电磁铁结构图
图2-2力调节型比例电磁铁原理图
(2)行程调节型比例电磁铁
图2-3行程调节型比例电磁铁结构图
图2-4行程调节型比例电磁铁原理图
(3)磁路分析
前端盖极靴
工作气隙
衔铁
非工作气隙
导套
导磁外壳
图2-5比例电磁铁磁路图
(4)反馈特性
加上电感式位移传感器构成闭环控制,可改善滞环特性和非线性。
带电流反馈提高了快速响应性能,显著缩短了时间常数。
§2.2.3技术要求
(1)应具有水平的吸力——位移特性
即力的大小只与电流信号的大小有关,而与阀可动部分的位置无关(可参见图2-1)。
(2)磁化曲线是非线性的,应尽量使其呈线性
磁化曲线是磁场强度与磁感应强度的关系曲线。
输入控制电流决定磁场强度,磁感应强度决定输出电磁吸力。
所以输入控制电流与输出电磁吸力存在非线性,应当改善其特性,使之具有良好的线性。
(3)要减少滞环误差
输出力与输入电流的关系特性或稳态特性,存在明显的滞环,这是由磁滞和电磁衔铁运动的摩擦力所造成的,应力求减少。
(4)承压能力
衔铁腔应能承受35MPa以上的油压;
同时应对油液污染不敏感;
油温范围为-20—70度。
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