大流量双主动双电反馈电液比例插装式节流阀研制与开发

　　0　前言

　　大流量双主动双电反馈电液比例插装式节流阀(以下简称为电液比例节流阀),是把插装阀技术、电液比例技术、测试技术、微电子技术、精密加工技术集成在一起,利用双主动及双位移-电反馈原理研制成功的具有大流量、高频响、耐高压、寿命长等特点的新型电液比例插装式节流阀。电液比例节流阀主要应用在快锻压机、压铸机、注塑机、吹塑机和轧钢设备等需要大流量、快速响应的开环或闭环控制系统中。山东泰丰液压设备有限公司与浙江大学机械电子工程控制研究所联合研制的大流量双主动双电反馈电液比例插装式节流阀已登记专利, 80通径已通过了省级新产品鉴定,填补了国内空白,达到国际先进水平。

　　1　电液比例节流阀设计要求

　　(1)电液比例节流阀公称压力为31·5MPa;

　　(2)电液比例节流阀进出口压降0·5MPa时,流量不小于4 500L/min;

　　(3)关闭可靠无泄漏;

　　(4)阶跃响应幅值从10%变化到90%所需的时间小于等于35ms;

　　(5)启闭电液比例节流阀20万次无故障。

　　2　电液比例节流阀结构设计

　　为了满足电液比例节流阀耐高压、大流量、高频响的设计要求,采取了以下方案:主阀采用高精度、带有双主动控制型快速响应和关闭时零泄漏的大规格二通插装阀,先导级采用小规格板式连接的带位移反馈的高频响比例阀,主阀阀芯带有位移传感器,以形成闭控制。根据设计要求,初步确定电液比例阀的结构尺寸以及先导阀的性能指标。电液比例节流阀结构如图1所示。

　　其工作原理是:高频响比例阀采用单独的控制油源,与主阀的供油是分开的。当控制信号逐渐增大时,高频响比例阀驱动主阀芯向上移动,使主通道打开;当控制信号逐渐减小时,主阀芯逐渐关闭。根据电液比例阀高频响以及关闭可靠无泄漏的设计要求,主阀芯与阀套在结构上组成了带电反馈的双主动型座阀结构。带电反馈双主动结构形成闭环控制保证阀的高频响动作。主阀芯的双主动控制腔由耐磨耐高压的密封圈构成动密封,保证控制腔无泄漏。如果控制腔失压时,主阀芯通过上下的面积差也能保证可靠关闭,保证设备的安全。

　　3　电液比例节流阀运动学仿真

　　电液比例节流阀由先导级、主级、位移传感器和位置控制系统等部分构成。其动态性能除了取决于先导供油压力、先导通流能力与频响、控制腔面积、主阀芯惯量、主阀芯行程等因素外,还受摩擦力、稳态液动力、瞬态液动力等因素的影响,受力情况较为复杂。为了较为精确地分析其动力学性能,为设计方案提供理论依据,采用AMEsmi仿真平台建立了电液比例节流阀的机电液仿真模型,如图2所示。