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1、华中科技大学 硕士学位论文 水压比例溢流阀的研究 姓名：刘轶 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：贺小峰 20070214 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 水压传动技术是目前流体传动与控制的前沿课题，它以海、淡水作为介质，因为具 有无污染、节约能源、工作介质易于获取等突出优点，正日益受到国内外工程界的广泛 重视，具有十分广阔的应用前景。水压比例阀作为水压传动中可以根据输入的电气信号 连续地、按比例地对系统压力进行控制的阀类，其研究对水压传动的推广和应用具有十 分重要的意义。 本文的研究任务是：研制一台水
2、压比例溢流阀样机，并对其进行理论分析和试验研 究，得出其主要性能指标。主要工作包括如下内容： 参考国内外现有水压控制元件的研究成果，提出了研制的关键技术，并在此基础上 确定了水压比例阀的研制方案。结合水介质的特点及水压控制阀的现有研究水平，在提 出了水压比例溢流阀的主要预研指标后，对其进行了结构设计。 根据阀的结构建立了动态数学模型，利用 Matlab 提供的 Simulink 软件包对动态模 型进行了仿真分析，并讨论了相关参数对阀动态性能的影响，为水压比例溢流阀的设计 提供了理论依据。 提出了可供水压比例溢流阀使用的比例电磁铁的技术方案，设计、定购了比例电磁 铁，并进行了电磁铁性能测试试验，
3、试验表明比例电磁铁性能良好，能满足研制水压溢 流阀的需要。 研制出了水压比例溢流阀样机，对其静态特性和动态特性进行了试验研究，并对试 验结果进行了分析，得出了样机的相关性能参数。 试验表明样机的压力调节范围大、线性范围较大，启闭性能好，且具有较好的动态 性能，其动、静态指标均能满足预研目标，研究对水压比例溢流阀进入实用化奠定了坚 实的基础。 关键词关键词：水压传动 水压比例溢流阀 动态特性仿真 比例电磁铁 试验研究 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Water hydraulics is an advance
4、technology using raw fresh water or seawater as pressure medium. Because of its many advantages such as cleanliness, inflammability, energy-saving property, easy availability of the operating medium, etc., it is being paid more and more attention in engineering fields home and abroad. Water hydrauli
5、c proportional relief valves can control the water pressure continuously and proportionally according to the input electric signals. The research on this kind of valves has a huge significance to the diffusion and application of water hydraulic transmission. The objective of the thesis is to design
6、a sample of the water hydraulic proportional relief valve, carry out theoretical analysis and experimental investigation on the sample, get the main performance index. The main research work are as follows. By referring to research results of water hydraulic components home and abroad, the key devel
7、oping technique is proposed. And a developing plan of the water hydraulic proportional relief valve is set. After the sample performance requirements are proposed, the valve structure and dimensions are calculated. The dynamic mathematical model of the valve is created based on the valve strcture. B
8、y using the Simulink software pack embedded in Matlab, dynamic Simulation is conducted to the valve model, and the influence of relevant parameters on the dynamic performance of the valve is discussed, this supply theory foundation to the valve structure design. The technical plan, in which a propor
9、tional electromagnet is adopted in the water hydraulic proportional relief valve, is proposed. The proportional electromagnet is designed and procured, and the performance test is conducted. The experiment states that the proportional electromagnet performance is good,can meet the need of water hydr
10、aulic relief valve. A sample of the water hydraulic proportional relief valve is developed and experimental investigation is carried out, including the static test and the dynamic test, and the experiment results are analyzed, the performance parametre of the sample is got. The experiment states tha
11、t the sample has wide adjusting range, big linear scope, good star-stop performance, good dynamic performance. The static and dynamic performances of the sample meet the expectation. The above research is useful for the further development of water hydraulic proportional relief valves. Keywords：Wate
12、r Hydraulic Transmission, Water Hydraulic Proporational Relief Valve, Dynamic Simulation, Proportional Electromagnet, Experimental Investigation 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名
13、： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪
14、论论 1.1 课题的来源及目的课题的来源及目的 本课题水压比例溢流阀的研究，是在对水压传动技术发展趋势进行分析，考虑到 国内对此类元件的研究相对较少，但是市场需求较大而做的学科预研。 本课题的目的在于利用水压传动技术的现有研究成果解决水压阀的关键技术难点， 设计制造出适合水压比例溢流阀的比例电磁铁，研制出水压比例溢流阀的样机，并对样 机进行静态、动态实验研究，为水压比例溢流阀的推广应用奠定基础。 1.2 课题研究的意义课题研究的意义 液压传动是以液体为工作介质，通过各种液压元件实现能量转换、传递和控制的关 键基础技术之一，已被广泛应用于各类机械装备中。自从帕斯卡定理发明几百年来，液 压油因为具
15、有防锈、润滑性好、粘度大的优点而得以广泛应用于液压传动。人类利用矿 物油作液压系统的工作介质，创造了一代又一代由液压油传动与控制的各类主机系统， 为学科、为社会生产力的发展作出了巨大的贡献。 最初的液压传动出现于十七世纪末，传动介质是水，在随后的一百多年水一直被用 作传动介质。到了二十世纪，随着密封技术发展，矿物型液压油以良好的性能取代水成 为主要的传动介质，推动了液压技术的发展。但其浪费能源及污染环境的缺点阻碍了它 的进一步发展，七十年代“石油危机”引发了西方国家研究以水基液代替矿物型液压油 作为液压传动的工作介质。由于采用水介质优越性较多，以致西方液压界认为水压传动 是液压技术的主要发展方
16、向，在不久的将来，水介质将成为某些工业部门(如冶金、轧 钢、机械制造、锻压、煤矿、塑料注射、食品等)液压传动的主要工作介质。但八十年 代石油价格的猛跌，且采用水基液代替液压油，必须对原系统进行改造，使系统经济性 变差，人们一度对水基液的兴趣下降1。 然而，社会的发展要求人类赖以生存的环境是一个安全、无污染、美好的环境。因 此也要求科学技术向安全、生态化、环境系统优化的目标发展，这也对液压传动技术提 出了新的要求。相比于油压传动系统，水压传动具备以下优点： (1) 水介质价格低廉、来源广泛、无需运输和存储。水的价格仅为液压油的五千分 之一，而且随地可取，特别是对于大型、特大型的液压系统，可以节省大量的矿物油， 经济效益更是可观； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 (2) 泄漏的水无需回收，也无环境污染，同时降低了维护费用，而泄漏的矿物型液 压油极易污染环境，必须将其集中起来加以处理，因此增加了费用； (3) 水的阻燃性、安全性好，可在高温环境下安全工
