地震體驗裝置 畢業(yè)設(shè)計

1、湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）地震體驗裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計研究摘要 地震體驗系統(tǒng)是利用一套激振系統(tǒng)來模擬地震的裝置，憑借地震的波形（）和頻率（）以及其他的相關(guān)參數(shù)，在一維方向上把地震的模擬效果進(jìn)行比較精確模擬，讓地震體驗的人們體驗地震發(fā)生時所獲得的感受和感應(yīng)。其次，利用對抗震模式的相關(guān)設(shè)計還可以用來驗證不同抗振材料或結(jié)構(gòu)對地震的抗震效果。地震體驗系統(tǒng)讓人們通過體驗各震級地震，讓體驗者消除地震恐懼，學(xué)會震時自救。為了考慮到體驗者的安全，提振體驗系統(tǒng)的水平加速度比真正的地震要小得多，這樣可以防止體驗者摔倒。 地震體驗系統(tǒng)也可以采用伺服螺旋機(jī)構(gòu)的電液伺服閥作為激振器核心, 利用電液伺服制器進(jìn)行全數(shù)字制,

2、 振動臺架結(jié)構(gòu)選擇非減震以及減震兩種體驗?zāi)Ｊ?能夠?qū)崟r顯示采集的地震波形和頻率, 并依靠地震震感程度選取合適的地震參數(shù)。 地震體驗系統(tǒng)可以真實再現(xiàn)某一個振動方向上的地震波, 創(chuàng)造真實地震體驗的氛圍。 最后，由于伺服閥等的非線性影響及體驗裝置內(nèi)部各各部分的共同作用，地震體驗裝置實質(zhì)上是一個非常煩雜的非線性系統(tǒng)裝置,為進(jìn)一步調(diào)整及優(yōu)化提出了一系列的設(shè)想和展望。希望大家能夠了解我的設(shè)計研究。 關(guān)鍵詞:地震，電液伺服控制系統(tǒng)，控制閥1RESEARCH ON DESIGN OF HYDRAULIC SYSTEM FOR THE EARTHQUAKE-EXPERIENCED SYSTEMABSTRACT

3、The seismic experience system is a set of excitation system to simulate seismic devices, by virtue of the earthquake waveform () and frequency () and other relevant parameters, accurate simulation of the direction of the one-dimensional simulation of the effect of the earthquake, earthquake experien

4、cepeople to experience the feelings of the earthquake. Secondly, the design of the anti-shake mode can also be used to verify the effect of different damping materials or structures for earthquake seismic. The earthquake experience systems allow people to experience magnitude earthquake experience t

5、o eliminate the fear of earthquakes, learn self-help earthquake. In order to take into account the experience of safety, boost the experience level acceleration is much smaller than the real earthquake, which prevents the experience of those who fall. Earthquake experience system also can be used th

6、e servo screw hydraulic servo valve as the exciter core, the use of electro-hydraulic servo system for all-digital system, vibration rig structure to select non-shock absorption and cushioning two experiential model can be displayed in real timethe seismic waveform and frequency, and rely on the deg

7、ree of earthquake was felt in selecting the appropriate seismic parameters. Earthquake experience can be a true representation of a vibration direction of seismic waves to create the atmosphere of a real earthquake experience. Finally, due to the combined effect of servo valve, the non-linear effect

8、s and stand the test piece, the earthquake experience device is essentially a very complicated non-linear system. For a better understanding of the principle of his work, using a series linearization method, my thesis in the sophisticated equipment makeup of the electro-hydraulic servo shaking table

9、 and it works on the basis of the earthquake experience relevant a mathematical model to further adjust and optimize a series of visions and perspectives. I hope you can understand my design studies. KEY WORDS:Earthquake, Electro-hydraulic servo control, Digital valve2目錄地震體驗裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計研究1摘要1ABSTRACT2目錄

10、3符號說明5第一章緒論71.1本課題研究的背景與意義71.1.1本課題的研究背景71.1.2本課題的選題意義81.2國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀91.2.1國內(nèi)外振動臺的發(fā)展91.2.2液壓系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀121.3本課題研究方法和內(nèi)容131.4本章小結(jié)14第二章液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計152.1系統(tǒng)的性能指標(biāo)的確立152.2系統(tǒng)功能設(shè)計162.2.1液壓系統(tǒng)的重要參數(shù)172.2.2動力和運動分析182.3液壓系統(tǒng)原理設(shè)計192.4本章小結(jié)21第三章 液壓泵和電機(jī)，液壓缸和閥的選取223.1液壓泵和電機(jī)223.2液壓缸的選取223.3閥的選用243.3.1電液伺服閥243.3.2其他類型閥的選用配置263

11、.4液壓系統(tǒng)輔件273.5液壓介質(zhì)293.6本章小結(jié)29第四章總結(jié)與展望304.1論文總結(jié)304.2以后此課題研究的思路和方向30參考文獻(xiàn)31致謝32符號說明名稱符號名稱符號滾動摩擦系數(shù)機(jī)械效率加速度a工作壓力活塞桿外徑d流量q液壓固有頻率液壓缸的行程L材料的屈服點S液壓缸壁厚缸筒徑向變形D缸筒材料泊桑系數(shù)缸筒的爆裂壓力Pe焊縫拉應(yīng)力焊縫底徑D2焊接效率閥芯臺階半徑r弓形重疊面積A0蓄能器容量V液壓泵的流量液壓橋流速增益流量增益閥芯位移小孔半徑閥芯質(zhì)量速度系數(shù)液壓缸總?cè)莘e阻尼比總泄露技術(shù)重力加速度g臺架及負(fù)載總質(zhì)量m油源壓力液壓缸內(nèi)經(jīng)D液壓缸有效工作面積A泄露系數(shù)K油壓的體積彈簧模量Eh材料的

12、拉壓強(qiáng)度液壓缸外徑缸筒發(fā)生完全塑性變形壓力閥芯初始重疊面積的弓形高度缸筒耐壓實驗壓力缸筒材料彈性模數(shù)E液壓缸底部厚度缸底材料許用應(yīng)力液壓缸輸出的最大推力閥芯重疊面積的弓形高度h螺旋槽升角閥芯的轉(zhuǎn)動角位移油液損失系數(shù)2D閥芯末端面積流量/壓力系數(shù)作用在活塞上的外負(fù)載力液壓伺服螺旋機(jī)構(gòu)的阻尼比活塞和負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)第一章緒論1.1本課題研究的背景與意義1.1.1本課題的研究背景地震，又稱地動、地振動，是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象。由于地殼運動引起的地球表層的快速振動，地殼快速釋放能量過程中造成的振動，期間會產(chǎn)生地震波。也是地殼運動的一種特殊表現(xiàn)形式。地球，可分為三層。中心層是地核，地核主要是由

13、鐵元素組成；中間是地幔；外層是地殼。地震一般發(fā)生在地殼之中。地殼內(nèi)部在不停地變化，由此而產(chǎn)生力的作用（即內(nèi)力作用），讓地殼的巖層產(chǎn)生變形、斷裂、變形、錯動，便發(fā)生了地震現(xiàn)象。超級地震指的是震波極其強(qiáng)烈的大地震?？墒堑卣鸬陌l(fā)生率大概在10%20%之間，其程度是原子彈破壞的數(shù)十倍，因此大地震影響相當(dāng)廣泛，是十分具有破壞力的。地震，是地球內(nèi)部發(fā)生的急劇破裂震波的產(chǎn)生，便在某些情況下引起地面的振動。地面的劇烈振動，古代稱之為地動。它就像龍卷風(fēng)、海嘯、冰凍等天然災(zāi)害一樣，是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然災(zāi)害。在海底或濱海地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)烈地震，能引起巨大的波浪，稱為海嘯。地震是極其頻繁的，全球每年發(fā)生地震約五百五

14、十萬次。地震會造成相當(dāng)嚴(yán)重人員傷亡，我們要及時體驗到地震的到來保護(hù)自身的生命財產(chǎn)安全，其次，地震能夠引起水災(zāi)、火災(zāi)、細(xì)菌、有毒氣體泄漏及放射性物質(zhì)擴(kuò)散，不僅如此，地震還會造成其他多種次生災(zāi)害。 地震核變成因論：地震是地幔中核變的及時效應(yīng)在地殼上的表象。地幔的長期沉淀、析出、分層，在地球深處形成較純凈的核裂變（如鈾等）物質(zhì)圈，同時由于地幔的長期析出或內(nèi)部物質(zhì)的生成析出或地幔對地表的液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)（如海水、石油、空氣等）的吸入、熱解，在地幔的上層（地幔、地殼之間）聚集了較為純凈的核聚變物質(zhì)（如氫等）。地幔的對流造成核裂變物質(zhì)相遇，以超過臨界體積，發(fā)生核裂變，（如果此時附近存有核聚變物質(zhì)）進(jìn)而引發(fā)核

15、聚變，產(chǎn)生瞬間極速膨脹，反彈地殼產(chǎn)生縱波，縱波拉伸地殼產(chǎn)生橫波。中國地質(zhì)學(xué)院專家提出：石油是地球母親的血液，對地球內(nèi)部板塊與板塊之間起到了緩沖、粘附和減壓的作用。而過度開采過石油的地層像泄了氣的皮球一樣會萎縮、塌陷，板塊與板塊間的平衡性被破壞所產(chǎn)生相應(yīng)的條件反射，結(jié)果必然會導(dǎo)致頻繁地出現(xiàn)地震、地陷等自然災(zāi)害。 地球上每天都會發(fā)生地震，地震的出現(xiàn)有它的偶然性和必然性，基本上目前地震是無法提前預(yù)測的。 通過歷史上發(fā)生地震記錄的數(shù)據(jù)，知道的傷亡災(zāi)害多來自于建筑物的倒塌，由于很多人沒有體驗過地震，沒有適時的心理準(zhǔn)備，會使在地震來的時候驚慌失措，導(dǎo)致傷亡。雖然目前對地震的理論研究有很多，如果要真真去體驗

16、地震，一般需要到體驗裝置臺上對模型進(jìn)行體驗驗證感受。現(xiàn)在利用地震模擬振動臺對模型和理論進(jìn)行驗證和優(yōu)化是公認(rèn)的最能模擬真實的地震發(fā)生環(huán)境的舉措之一。 地震體驗裝置是包括土木建設(shè)、振動、電子、機(jī)械液壓傳動、自動控制和計算機(jī)技術(shù)等在內(nèi)的多學(xué)科綜合的體驗裝置設(shè)計。對工作方式來說利用電液伺服液壓系統(tǒng)控制的手段，來進(jìn)行地震體驗裝置的控制，在該系統(tǒng)的工作中完成比較真實的地震體驗?zāi)M。在其他領(lǐng)域，電液伺服液壓系統(tǒng)也在廣泛的被應(yīng)用著。1.1.2本課題的選題意義 我們在對地震原理研究過程中，一般需要到模擬試驗臺上進(jìn)行驗證和優(yōu)化的工作，地震體驗裝置就為我們提供了很好的方法和手段。地震體驗裝置作為地震試驗的主要設(shè)備，

17、其性能的程度都直接影響到試驗的結(jié)果，對地震防范工作的展開，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有很重要的位置。另外，它的發(fā)展水平在某種程度上也反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。所以，各個國家對地震的研究都非常的重視，都花了很多錢在研究地震上面。 我們國家地大物博，所以在地震發(fā)生的比率相對較大，例如在喜馬拉雅一地中海地震帶和環(huán)太平洋地震帶上，地震活動活躍，發(fā)生地震頻率較大。地震體驗提高全民防震抗震意識。地震體驗裝置被應(yīng)用于大型科學(xué)館，教學(xué)實驗室，地震預(yù)防館，建筑材料研究展覽館等需要體驗的地方。所以普及地震的相關(guān)知識和掌握避震抗震技巧是預(yù)防地震災(zāi)害的重要手段我們都要掌握這些求生手段。 地震體驗裝置是利用裝置的運動對模擬

18、地面上的運動的模擬，在這個過程中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)或模型的動力特性和動力反應(yīng)的試驗。這個實驗?zāi)茉佻F(xiàn)不同形式的地震波形，能在體驗裝置上直接觀測體驗地震裝置對各個試體的影響。該體驗裝置可以反映出地震的震級和在該震級上的震感以及對模擬地面建筑物的反應(yīng)，但是地震體驗裝置所反映出來的模擬真實情況與真實情況還存在一定的誤差，關(guān)鍵在于所參考的數(shù)據(jù)有遺漏和不全面，方便進(jìn)一步的提高地震數(shù)據(jù)反映精度。 對于液壓裝置來說，它能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)，易于實現(xiàn)自動化、過載保護(hù)和直線運動，輸出力大，制動和換向、執(zhí)行頻繁啟動等動作?？紤]到液壓裝置有的這些優(yōu)點，就目前地震模擬振動臺大都采用液壓驅(qū)動方式，所以還是比較有效率的。在多電機(jī)的驅(qū)動

19、情況下，其能夠通過液壓缸中液體的自身彈性達(dá)到同步控制的目的，所以可以看出該液壓驅(qū)動屬于力封閉控制。 我所研究的研究設(shè)計的地震體驗裝置，是采用電液伺服控制系統(tǒng)，對于幫助人們了解地震的感性認(rèn)識，該地震體驗裝置的模擬成果是可以感受到的。這就為這套地震體驗系統(tǒng)的提出奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。本課題所研究設(shè)計的是整個地震體驗裝置的液壓系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外振動臺的發(fā)展 振動臺試驗的目的是在于確定所設(shè)計、制造的機(jī)器、構(gòu)件在運輸和使用過程中承受外來振動或者自身產(chǎn)生的振動而不至破壞，并發(fā)揮其性能、達(dá)到預(yù)定壽命的可靠性。隨著對產(chǎn)品，尤其是航空航天產(chǎn)品可靠性要求的提高，作為可靠性試驗關(guān)鍵設(shè)備的振動臺

20、液壓系統(tǒng)發(fā)展顯得越來越重要了。 60年代，702所的振動臺可以滿足航天產(chǎn)品振動區(qū)域的需求，它對振動臺系統(tǒng)的研制研發(fā)，包括推力20N至80kN的振動臺以及各種傳感器和振動測量儀表。目前，702所的振動臺不僅僅在航天領(lǐng)域并且在其他行業(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用，成為702所的一項重要產(chǎn)品。用于振動的試驗的振動臺系統(tǒng)從其激振方式上可分為下面三類：1.機(jī)械式振動臺2.電動式振動臺3.電液式振動臺。從振動臺的激振方向上來分（工作臺面的運動軌跡來分），可分為單自由度和多自由度振動臺系統(tǒng)。從振動臺系統(tǒng)的功能上來分，可分為單一的正弦振動試驗臺和可完成正弦、隨機(jī)、正弦加隨機(jī)等振動試驗和沖擊試驗的振動臺系統(tǒng)。 以下對

21、各種振動臺，主要對電動振動臺，及其輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和成本的現(xiàn)狀及發(fā)展等進(jìn)行簡單的論述。發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三代的功率放大器，由電子管放大器到晶體管線性放大器再到數(shù)字式開關(guān)放大器。其中一類開關(guān)式放大器是這些年幾年外國開發(fā)出來的，它采用了晶體管開關(guān)的特性，可達(dá)到90%的高效率，管耗也很小，并且普通的線性放大器只有50%左右的效率。 本身開關(guān)放大器發(fā)熱量就少，所以基本上無需考慮它的散熱，幾十千伏安的輸出功率的放大器只需非常小的軸流風(fēng)機(jī)就能將其冷卻，使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單并且十分可靠。在低功率輸出時開關(guān)式放大器失真度很大，不適用低功率輸出的情況，而且放大器的機(jī)殼最好使用的電磁屏蔽方式來除去干擾，不然設(shè)備

22、使用時會出現(xiàn)故障。 國內(nèi)目前主要研究及應(yīng)用現(xiàn)狀:舉如下兩例： （1）中國地震局工程力學(xué)研究所1986年采用國產(chǎn)設(shè)備自行研制了雙向振動臺，1997年升級成三向振動臺。 該振動臺的主要技術(shù)參數(shù)如下: 臺面尺寸:5mX5m;頻率范圍:0.540Hz最大速度在水平方向上600 mm/s，豎直方向上300 mm/s 最大位移在水平方向上80 mm，豎直方向上50 mm;最大模型重量:30t; 最大加速度:水平:士1.0g，豎向:上0.7g;最大傾覆力矩:75 t*m。 該振動臺全部機(jī)械和液壓系統(tǒng)由國內(nèi)制造,由工程力學(xué)研究所依靠國內(nèi)技術(shù)力量建設(shè)完成，其中控制系統(tǒng)是工程力學(xué)研究所自己研發(fā)的。采集的數(shù)據(jù)系統(tǒng)也

23、收錄了國內(nèi)許多公司的動態(tài)測試設(shè)備的數(shù)據(jù)。 （2）同濟(jì)大學(xué)的地震模擬振動臺，該設(shè)備預(yù)設(shè)為X, Y兩向振動臺，但是90年代進(jìn)行了多次改造，主要改造內(nèi)容：雙向振動臺升級至三向六自由度;模型質(zhì)量由15噸升級至25噸;控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的升級等。目前，該振動臺的主要技術(shù)參數(shù)如下:臺面尺寸：4mX4m;最大模型質(zhì)量:25t;頻率范圍：0.150Hz;最大位移:X向：100mm, Y向；50mm，Z向：50mm最大重心高度:臺面以上3000mm;最大速度:X向：1000 mm/s; Y向和Z向：600 mm/s;最大加速度:X向：4.0g(空載)/1.2g(負(fù)載15t ); Y向：2.0g(空載)/0.

24、8(負(fù)載15t); Z向：4.0g(空載)/0.7g(負(fù)載15t):最大偏心:距臺面中心600 mm。 該振動臺實驗室是土木工程防災(zāi)國家重點實驗室的一部分，技術(shù)負(fù)責(zé)人為呂西林教授，目前已經(jīng)完成試驗項目數(shù)量近500項。據(jù)統(tǒng)計，在世界上已經(jīng)運行的大型振動臺中，該振動臺的運行效率名列前茅。國外主要研究及應(yīng)用現(xiàn)狀： 國外一般都是電磁振動臺來進(jìn)行研究的，由于電磁振動臺功能齊全、性能相較穩(wěn)定、使用比較方便、場地整潔、安全可靠、失真度較小小等優(yōu)點。使得國外的電磁振動臺相比國內(nèi)的振動臺來說有較高的振動效率。國外的振動臺具有精密型設(shè)計制造、體積小、超靜音工作；特別是機(jī)臺底座采用優(yōu)質(zhì)材料，安裝方便，運行平穩(wěn)，無需

25、安裝地腳螺絲；控制電路數(shù)字化控制與顯示頻率，PID調(diào)節(jié)功能，使設(shè)備工作更為穩(wěn)定、可靠；掃頻及定頻操作方式，適應(yīng)不同行業(yè)測試要求；增加抗干攏電路，解決因強(qiáng)電磁場對控制電路干擾；增加工作時間設(shè)定器，使測試產(chǎn)品達(dá)到準(zhǔn)確測試時間。在國外電磁振動臺廣泛適用于國防、航空、航天、通訊、電子、汽車、家電、等行業(yè)。該類型設(shè)備用于發(fā)現(xiàn)早期故障，模擬實際工況考核和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗，產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛、適用面寬、試驗效果顯著、可靠。正弦波、調(diào)頻、掃頻、可程式、倍頻、對數(shù)、最大加速度,調(diào)幅,時間控制,全功能電腦控制,簡易定加速度/定振幅。設(shè)備通過連續(xù)無故障運轉(zhuǎn)3個月測試，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。 以上分析能夠分析，地震體驗?zāi)M振

26、動臺的幾個發(fā)展趨勢:1.控制技術(shù)方面向全數(shù)字發(fā)展2.大型足尺試驗發(fā)展3.地震模擬振動臺臺陣發(fā)展。相對來說液壓系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展有下面兩大趨勢: (1)從單個作動器發(fā)展向多個作動器保持同步作用的趨勢; (2)從單向水平發(fā)展向雙向、三向加轉(zhuǎn)動合計多個自由度的運動的趨勢。1.2.2液壓系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀因為在液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)相對以前成熟，可是國內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)這方面上。由于一些技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展，為改進(jìn)液壓機(jī)的性能、加工的效率的提高以及提高其穩(wěn)定性等方面有了保證。國內(nèi)外液壓機(jī)系統(tǒng)雖然種類很多，涵蓋很廣，但技術(shù)還是比較低的，還沒有技術(shù)高的高檔液壓機(jī)。由于國內(nèi)外液壓機(jī)的

27、產(chǎn)品，通過已有的控制系統(tǒng)，可以將液壓機(jī)分為三類：1.為應(yīng)用高級微處理器的高性能液壓機(jī)2.采用可編程控制器控制的液壓機(jī)3.以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓機(jī)。這三類各有異同，應(yīng)用范圍也不會相同。但總體來說是向高速化、智能化的方向發(fā)展。（1）繼電器是一種自動電器,它適用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘟?、直流小容量控制電?并在電力驅(qū)動系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號轉(zhuǎn)換用?？刂评^電器用途廣泛,種類繁多,習(xí)慣上按其輸入量不同分為如下幾類：1.電壓繼電器2.電流繼電器 3.時間繼電器 4.熱繼電器 5.溫度繼電器 6.速度繼電器。（2） 可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，基本

28、構(gòu)成為：1.電源 2.中央處理單元 3.存儲器 4.輸入輸出接口電路 5.功能模塊 6.信息模塊。 國外廠家如丹麥的STENHQJ公司采用了SIEMENS的可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制。（3）工業(yè)控制機(jī)控制方式體現(xiàn)在計算機(jī)控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)之上，還采用一種高技術(shù)含量的控制方式進(jìn)行精密控制。此控制方式以工業(yè)控制機(jī)或單片或單板機(jī)作為主控的單元，通過外圍接口部件（如D/A，A/D板等），或者直接應(yīng)用數(shù)字閥來實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時采用不同傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)方式，做到精確的控制設(shè)備數(shù)據(jù)的目的。現(xiàn)在，國內(nèi)外很多液壓機(jī)的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)各種高性能的工業(yè)控制機(jī)控制方式的液壓機(jī)產(chǎn)品，如美

29、國MULTIPRESS，丹麥STENHQJ及加拿大的BROWNBOGGS等公司。由于采用了工業(yè)控制機(jī)控制方式，使制造出的裝置的控制性能提高，生產(chǎn)效率也有相當(dāng)大的提高。國內(nèi)外的控制機(jī)小比較，國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機(jī)控制方式的產(chǎn)品，而還是利用繼電器控制和可編程邏輯控制來生產(chǎn)產(chǎn)品，所以國內(nèi)要想走在領(lǐng)域的前沿，必須利用工業(yè)控制機(jī)控制方式來進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)品。作為液壓機(jī)兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，隨著液壓機(jī)技術(shù)的日臻成熟，國內(nèi)外的液壓機(jī)技術(shù)已經(jīng)沒有很大的差距。但是微小的差別是在加工工藝和安裝技術(shù)方面。先進(jìn)的加工工藝使液壓機(jī)在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面的技術(shù)，有很大的提高，國內(nèi)自己研發(fā)的還是有些不足，希望

30、在這些方面，國內(nèi)有突破。 通過液壓機(jī)系統(tǒng)的性能的提高，和液壓控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，在各個不同的機(jī)械領(lǐng)域都在發(fā)揮著自己的力量，為建設(shè)祖國的繁榮而努力，現(xiàn)在在液壓伺服系統(tǒng)的研究上，國內(nèi)與國外還有著較大的差距，在自動化的領(lǐng)域上，它能夠具有大功率、快速、精確反應(yīng)的優(yōu)勢，采用液壓伺服控制，是必要的。本論文所研究的液壓系統(tǒng)就是采用的液壓伺服控制。1.3本課題研究方法和內(nèi)容 地震體驗裝置根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境和功能要求等內(nèi)容，在直線維像上，輸入地震波信號，通過液壓控制該系統(tǒng)產(chǎn)生波的信息，跟振動臺面反映出來的波信息同時進(jìn)入伺服控制器所產(chǎn)生控制信號中，再通過閥在高壓液流的推動下，推動活塞桿運動，來帶動振動臺臺面的模擬地

31、震的運動，形成液壓系統(tǒng)控制，從而實現(xiàn)波形整體控制。為這次地震體驗裝置設(shè)計一套符合要求的液壓系統(tǒng)。根據(jù)地震體驗裝置的使用環(huán)境和參數(shù)輸入，在實現(xiàn)模擬地震振動功能之外，還要求該地震體驗裝置液壓系統(tǒng)的輕污染、低噪聲等環(huán)保功能。 目前，國內(nèi)外對地震模擬振動臺的相關(guān)研究成果很多，它們的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案的核心思想也基本上一致，振動臺主要由臺面及支撐系統(tǒng)、液壓激振系統(tǒng)、液壓油源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四大模塊組成。地震體驗系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖。臺面及支撐系統(tǒng)液壓激振系統(tǒng)控制系統(tǒng)液壓油源系統(tǒng) 我的論文主要是針對地震體驗裝置液壓系統(tǒng)所進(jìn)行的相關(guān)功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究。特別是有關(guān)2D數(shù)字換向閥在該液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。研究的具體工

32、作概括如下:1)對地震體驗裝置液壓系統(tǒng)的理論研究2)地震體驗裝置液壓系統(tǒng)的參數(shù)的選取3)液壓缸參數(shù)選取和設(shè)計4) 2D數(shù)字換向閥選取和設(shè)計1.4本章小結(jié) 本章首先介紹了該課題的研究背景與研究意義，來說明這次課題研究的必要性，然后介紹了地震模擬振動臺與液壓機(jī)控制在國內(nèi)外應(yīng)用、發(fā)展及其研究現(xiàn)狀，并且指出了我們研究該課題的現(xiàn)狀和缺點。最后通過課題要求，大致道出了對地震體驗裝置的研究形式與研究內(nèi)容，以及具體的研究工作應(yīng)該有哪些。 本章的內(nèi)容大致概括了我在本論文上需要做什么事情，課題為地震體驗裝置的液壓系統(tǒng)設(shè)計。第二章液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計2.1系統(tǒng)的性能指標(biāo)的確立 作為地震體驗系統(tǒng)是通過一套激振系統(tǒng)，來

33、輸入不同地震頻率和波形等相關(guān)的地震參數(shù)，通過這些參數(shù)的輸入，可以在一維方向上精確的模擬真實地震發(fā)生時的情形，讓體驗的人感受到在地震發(fā)生時是怎樣的感覺。為了設(shè)置減震模擬的相關(guān)體驗。為了能夠有以上的功能，給出如下要求。 預(yù)設(shè)地震體驗系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下: 振動幅度最大值正負(fù)120mm; 最大運動速度0.6m/s; 振動的有效質(zhì)量:是7500Kg; 控制方式是數(shù)字式電液伺服控制; 控制測量精度為0.5%; 溫度控制:自動控制（當(dāng)溫度達(dá)到一定的數(shù)值時便會自動控制溫度并且保持最高溫度，一般設(shè)置為65度），裝置冷卻方式為冷水； 規(guī)定壓力波動必須Mpa。 數(shù)據(jù)參數(shù)依靠5.12大地震作為參考，液壓系統(tǒng)的頻寬

34、和加速度的數(shù)據(jù)經(jīng)譜特性分析得到的水平X, Y方向兩組波形圖(這里只展示水平方向的波形)為參考的。我們從水平振動波形的分析可以看出，5.12大地震過程當(dāng)中，其振動的能量主要在05Hz的頻率區(qū)間，加速度最大值為0.7個重力加速度。因此，該過程中可以確定地震模擬振動臺的液壓系統(tǒng)頻寬和加速度如下: 地震體驗裝置設(shè)計系統(tǒng)頻率:10Hz 設(shè)置加速度為0.6g 上面所確立的地震體驗裝置系統(tǒng)頻率和設(shè)置加速度的對照5.12地震參考資料，該地震體驗系統(tǒng)可模擬地震震級最大為10級地震的震感。 5.12大地震部分參數(shù) 2.2系統(tǒng)功能設(shè)計 地震體驗裝置液壓系統(tǒng)主要由臺面及支撐架系統(tǒng)、激振器系統(tǒng)、控制機(jī)系統(tǒng)、液壓源系統(tǒng)組

35、成。其組成與功能介紹如下: 臺面及支撐架系統(tǒng)包括剛性振動臺面，規(guī)定自由度數(shù)的運動裝置。臺架包括上臺架和下臺架，下臺架依靠滾輪組與地面軌道相連，上臺架的下端從滾輪組和固定于下臺架上的軌道相連，臺面設(shè)計了體驗倉的地腳螺栓結(jié)構(gòu)，用于固定體驗倉。 液壓源系統(tǒng)由增壓泵、充油泵、微調(diào)閥、回檢閥、控制系統(tǒng)等組成。臺式結(jié)構(gòu)，使用操作簡單，適合于實驗室及有市電的現(xiàn)場高壓壓力表檢定使用。給向激振器提供液壓動力。液壓動力源采用恒壓變量泵，對該系統(tǒng)提供大量的動力。激振器系統(tǒng)由激振器主體、電液伺服閥和位移傳感器三部分組成。激振器是附加在某些機(jī)械和設(shè)備上用以產(chǎn)生激勵力的裝置，是利用機(jī)械振動的重要部件。激振器能使被激物件獲

36、得一定形式和大小的振動量，從而對物體進(jìn)行振動和強(qiáng)度試驗，或?qū)φ駝訙y試儀器和傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。激振器還可作為激勵部件組成振動機(jī)械，用以實現(xiàn)物料或物件的輸送、篩分、密實、成型和土壤砂石的搗固等工作。按激勵型式的不同，激振器分為慣性式電動式、電磁式、電液式、氣動式和液壓式等型式。激振器可產(chǎn)生單向的或多向的，簡諧的或非簡諧的激勵力。 控制系統(tǒng)是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標(biāo)和功能的管理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有幾種分類方法：開閉環(huán)控制系統(tǒng)，恒值和隨動控制系統(tǒng)。 該地震體驗裝置的工作原理是:工控機(jī)內(nèi)輸入真實地震數(shù)據(jù)，再經(jīng)過電液伺服控制器的控制算法轉(zhuǎn)化為2D電液數(shù)字伺服閥實時改變閥口流量和方向，2

37、D電液數(shù)字伺服閥的閥口開度，從而使得油缸內(nèi)部的瞬間變化容易發(fā)生，在模擬地震振動時要注意到:體驗倉的位移在傳感器的測量下數(shù)據(jù)的位移，并及時反饋給電液伺服控制器系統(tǒng)，通過一系列的控制最后得到體驗倉位移準(zhǔn)確的結(jié)果。 在設(shè)計結(jié)構(gòu)下可以表示，地震體驗系統(tǒng)整套裝置是閉環(huán)控制的電液伺服系統(tǒng)。控制部分接受外部輸入的信號，可以為地震參數(shù)信號，也能是正弦和其他不規(guī)則的信號。控制部分流程結(jié)構(gòu)圖如下：液壓油臺架支撐模塊激振液壓2D伺服閥控制模塊位移傳感器2.2.1液壓系統(tǒng)的重要參數(shù) 由以前的數(shù)據(jù)可以設(shè)置油源的壓力PS=15MPa，不妨令工作的壓力PL=10MPa。在地震體驗裝置系統(tǒng)中的位移傳感器，利用傳感器測出實驗位

38、移，來選取液壓缸的類型可以采用活塞桿液壓缸。背壓在此特殊情況下可以不予考慮。 液壓缸的有效工作面積為 算得A= 54.52CM2 。 對活塞桿外徑d和液壓缸內(nèi)徑D近似處理，可以得到，由 計算得D = 96.21mm，又由GB /T 2348 - 94在圓整之后的D =100mm , d = 50mm。此時可以算得液壓缸實際的有效面積為 A=58.90mm2 又由GB /T 2349 - 82能確定激振液壓缸的活塞桿行程為200mm，算得最大流量為 其中vmax為活塞桿運動最大線速度，由于設(shè)置的結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)，預(yù)備利用彈性體密封圈，故，代入上式，得到: 由上面的數(shù)據(jù)可以分析得到，系統(tǒng)最大流量出現(xiàn)在速度

39、最大為0.6m / s時，顧慮到線路較短，在此情形下，可以設(shè)泄漏系數(shù)K = 1.05，得到液壓泵的最大流量應(yīng)為 液壓系統(tǒng)固有頻率根據(jù)下式得到：rad/s式中:A一液壓油缸活塞的有效接觸面積 m一臺架總質(zhì)量 L一油缸的行駛路程 Eh一液壓油缸的體積彈性模量所述頻率為14.85 Hz 。液壓油缸按照數(shù)據(jù)計算出最大輸出力為:Fpm=PL×A=10MPa× 58.90cm259kN2.2.2動力和運動分析 液壓機(jī)工作的負(fù)載是工作負(fù)載和摩擦負(fù)載兩各組成部分。所設(shè)計的系統(tǒng)在工作負(fù)載的情況下在于臺架及其他部位的部件在增加速度或減少速度過程當(dāng)中產(chǎn)生的慣性載荷。 因為水平方向上的軌道很光滑，

40、并且在其使用材料為鑄鋼的情況下，不妨設(shè)他們之間的滾動摩擦系數(shù)d =0.04 ，重力加速度g = 9.68m /s2，機(jī)械效率m =0.95 ，容積效率 v =1。當(dāng)時 由公式 F=（dmg+mamax）/mv 得到Fmax59KN該輸出力大于臺架的質(zhì)量(7500Kg)與最大的加速度( 0.6g)所得慣性力(52KN)。通過上面算得數(shù)據(jù)的比較得出的結(jié)果符合設(shè)計的要求，故上述數(shù)據(jù)可以采用。2.3液壓系統(tǒng)原理設(shè)計 在地震體驗裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，一般要按照以下幾條來操作，這些操作步驟綜合考慮所涉及系統(tǒng)的具體參數(shù)和性能要求，同時還要注意系統(tǒng)的具體應(yīng)用場合等情況。(1)在組合基本回路時，要保證不會相互

41、干擾彼此的工作，其工作能正常進(jìn)行不會出現(xiàn)故障。(2)防止液壓過度的沖擊。對于高壓大流量的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該用液壓換向閥替代電磁換向閥，從而減慢換向的速度;采用蓄能器或增設(shè)緩沖回路，以便消除液壓沖擊。閥塊設(shè)計的總體思路為：1.明確安裝內(nèi)容 2.確定元件尺寸 3.建立空間模型 4.確定空間模型以后，按照閥的實際尺寸及位置關(guān)系，初步確定集成塊的總體尺寸。(3)提高系統(tǒng)的工作效率，防止系統(tǒng)過熱。 (4)按照液壓傳動原理和所安裝的液壓元件不同，在各個面上加工出相應(yīng)的通油孔道以實現(xiàn)系統(tǒng)傳動要求。此外，還應(yīng)具有互鎖裝置和一些安全措施。(5)這樣不但便于選擇，也便于維護(hù)。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計，減少專用件設(shè)計

42、。 系統(tǒng)功能設(shè)計主要通過引入系統(tǒng)功能分析的方法，并綜合考慮功能和結(jié)構(gòu)兩方面因素的作用，提出一種度角度進(jìn)行的激勵分析的功能需求所產(chǎn)生的設(shè)計方法，達(dá)到功能擴(kuò)展，功能裁剪，功能分割，功能替代的水平。 我的液壓系統(tǒng)設(shè)計主要的原理圖可以看到，在液壓系統(tǒng)油源控制的部分，它的中心功能為激振液壓缸提供液壓動力;包括由三位四通換向閥控制的鎖緊缸，主要實現(xiàn)減振模式和非減振模式的控制;包括過濾器、蓄能器和其他的液壓輔助裝置;還有2D換向閥被作為電液伺服閥對液壓激振缸的控制;本文所研究的也是2D數(shù)字換向閥的控制下相關(guān)部位的工作效率的功能要求。 因為我所設(shè)計的地震體驗系統(tǒng)設(shè)置是室內(nèi)裝置，需要有很大的空間進(jìn)行拜訪，需要特

43、別的線路進(jìn)行簡化處理。大功率的容積調(diào)速部分小比節(jié)流調(diào)速要高很多。主要表現(xiàn)在負(fù)載變化與速度沒什么相關(guān)性。容積調(diào)速雖然成本較高，但是功率消耗小，效率高，而且發(fā)熱和泄漏較少?？傮w比較來說開式容積調(diào)速回路更加有優(yōu)勢，所以選擇開式的容積調(diào)速回路。 通過分析地震體驗裝置液壓系統(tǒng)的原理，可以采用的動力源為恒壓油源，雖然恒壓油源效率相比恒流油源的效率低，可是當(dāng)油源壓力恒定時，閥壓力的流量特性的曲線趨于穩(wěn)定。順序閥和換向閥操縱柱塞缸對復(fù)位彈簧的控制?？刂品绞降墓ぷ髟斫Y(jié)構(gòu)簡圖。2. 缸體回轉(zhuǎn)軸心3.液壓泵斜盤4.斜盤操縱臂8.變量柱塞。 4和8在復(fù)位彈簧的作用下停在平衡點，當(dāng)斜盤傾角Y最大時，液壓泵會全排量供油

44、。當(dāng)系統(tǒng)壓力略高于順序閥1的設(shè)定壓力時，打開順序閥1，同時使換向閥7換向，系統(tǒng)的壓力油進(jìn)入柱塞缸6，變量柱塞8克服復(fù)位彈簧5的作用力，改變斜盤傾角Y，使液壓泵實現(xiàn)變量供油。如果系統(tǒng)壓力再度增高，變量柱塞缸6內(nèi)的壓力也會再增高，使Y角接近0，當(dāng)有油的泄露時，排除Y接近0，液壓泵即保持一定壓力，泵的運動就是液壓泵在壓力狀態(tài)下的卸載(,N=P×Q，當(dāng)Q0時，N0)。原理圖的換向閥7在對系統(tǒng)大量用油時，可以提高變量柱塞8復(fù)位的響應(yīng)速度。在系統(tǒng)壓力降低后，變量柱塞8立即恢復(fù)原始狀態(tài)。這種控制被稱為恒壓變量的控制。 由圖可以看出A-B段是全排量供油的部分，B-C段是變量的部分，C是在壓力工作狀態(tài)

45、下的卸載點，被叫做“待用壓力”。B-C的變量段的壓力工作范圍很小，在壓力狀態(tài)下的90%之內(nèi)提供全排量的供油狀態(tài)，并且可以十多個執(zhí)行器同時啟動，具有很高的效率?，F(xiàn)在液壓泵的工藝水平已經(jīng)達(dá)到了比較高的程度，單泵性能足以滿足系統(tǒng)性能的要求。從成本控制等各方面進(jìn)行綜合考慮，使用液壓源，其中二位四通換向閥可以實現(xiàn)油泵的空載啟動，之后大約10秒左右自動關(guān)閉，從而達(dá)到延長電機(jī)的使用壽命的效果。系統(tǒng)設(shè)置溢流閥和單向閥作安全閥使用，為了使油源部分的管路結(jié)構(gòu)簡單，擬設(shè)計一液壓集成塊，將在下文詳細(xì)介紹。 蓄能器在液壓系統(tǒng)作用是將液壓系統(tǒng)中的壓力油儲存起來，當(dāng)需要壓力時又重新放出，蓄能器的作用表現(xiàn)在如下五個方面：1.

46、作輔助電源2.作緊急動力源3.補(bǔ)充泄漏和保持恒壓4.吸收液壓沖擊5.吸收脈動、降低噪聲。蓄能器的種類有氣體加載式、重錘式和彈簧式。它們各自都有各自的特點和用途，在這里我就不一一說明了。激振模塊主要由電液數(shù)字閥、伺服油缸、位移傳感器及油缸支架等構(gòu)成。它安裝在主測控模塊與其他模塊之間，產(chǎn)生軸向激振力，將震動立場加入到體驗裝置中，實現(xiàn)一系列的激振運動，是進(jìn)行廣義流變學(xué)研究的功能模塊。上圖左邊是無激振作用的效果圖，右邊是振幅在1mm，振動頻率=20Hz的效果圖。驅(qū)動伺服油缸的活塞和驅(qū)動連接機(jī)構(gòu)剛性連接的臺架根據(jù)地震波形和頻率進(jìn)行運動，仿波形與實際地震波形進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)電液伺服閥修正輸出流量以保證活塞

47、及臺架的運動波形與地震波形一致, 驅(qū)動連接機(jī)構(gòu)。其他液壓部分元件的設(shè)置和選用會在下一章節(jié)介紹。2.4本章小結(jié) 該章節(jié)首先設(shè)計了地震體驗裝置液壓系統(tǒng)的振動最大位移、振動的有效質(zhì)量、最大速度、控制測量精度、溫度控制、控制方式、冷卻方式、壓力波動等重要的技術(shù)性指標(biāo)，根據(jù)5.12大地震的參考數(shù)據(jù)，給了設(shè)計中該液壓系統(tǒng)運用的加速度值和頻率。考慮了液壓執(zhí)行器的受力情況和運動情況的分析，最后進(jìn)行了液壓系統(tǒng)原理設(shè)計方案。第三章 液壓泵和電機(jī)，液壓缸和閥的選取3.1液壓泵和電機(jī) 液壓泵在這個設(shè)計中的作用的重要性是不言而喻的。液壓泵是夜壓系統(tǒng)的動力元件，作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵

48、，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的工作原理是運動帶來泵腔容積的變化，從而壓縮流體使流體具有壓力能。它的功能是把動力的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 挑選合適的液壓泵時，要從液壓系統(tǒng)的壓力和流量上考慮，再結(jié)合大體考慮液壓系統(tǒng)的成本需要和使用要求，可選擇BOSCH-REXROTH公司生產(chǎn)的AlOVBH型軸向柱塞泵，規(guī)格為135，為了便于以后進(jìn)行相應(yīng)的升級和測試，可以選用DFR(壓力/流量控制)型。 底部的機(jī)械限位用來調(diào)整流量大小，緊固螺栓可以減少流量。因為當(dāng)前只需要用到恒壓油源控制的變量控制方式，所以將流量控制閥關(guān)掉就可以了。 再由系統(tǒng)的液壓泵的最大排量

49、和工作壓力，選取的液壓泵額定功率為100KW。由轉(zhuǎn)速和功率的參數(shù)，選取Y310V-5型電機(jī)，電機(jī)額定功率為110kW，轉(zhuǎn)速1500r/min。 3.2液壓缸的選取 液壓缸三維圖 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運動或擺動運動的液壓執(zhí)行元件。它具有性能可靠，結(jié)構(gòu)也相對簡單的優(yōu)點。利用它進(jìn)行往復(fù)的運動時，無需獨立的減速裝置，就可以式的設(shè)計的液壓系統(tǒng)平穩(wěn)高效的工作。液壓缸活塞有效面積和輸出力，在其兩邊的壓力之差成正比；液壓缸是由缸蓋和缸筒、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置、活塞和活塞桿組成。在該地震體驗裝置中，激振液壓缸在激振缸支架之上，利用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得連接部分隨著臺架等部位的位移而發(fā)

50、生變化。在另外的一頭裝有位移傳感器，隨時可以測出活塞桿的運動位移，振動位移。 不妨取液壓缸安全系數(shù)n為5，無縫鋼管材料采用45鋼，缸體端部采用焊接式，其，。由參數(shù)設(shè)入液壓缸缸體壁厚10.4mm，外徑D1=120mm。根據(jù)當(dāng)時的測量數(shù)據(jù)，其額定工作的壓力為MPa。額定工作的壓力滿足公式（并算得）； 可知額定工作的壓力完全滿足其彈性塑性變形壓力的范圍內(nèi)。 由于 PPL一缸體塑性變形的壓力 此外，缸體徑向變形D滿足: >>式中 一缸筒材料泊桑系數(shù)取0.3 ;PT一缸筒耐壓實驗壓力(MPa)；PE一缸筒的爆裂壓力； E一缸筒材料彈性模數(shù)(MPa)。 查表可得，工作壓力下在D沒有超過密封圈的

51、允許范圍內(nèi)，可以省去驗算步驟。 缸體選用45鋼，液壓缸缸體底部厚度設(shè)為，根據(jù)厚度公式可以算得：: 式中為缸體材料的許用應(yīng)力MPa，=MPa。取為15mm。缸蓋一般用焊接件進(jìn)行處理，舉后端蓋一例，結(jié)構(gòu)如圖: 缸筒和導(dǎo)向套采用焊接進(jìn)行連接，由焊縫應(yīng)力的公式： 算得 ，取D2=114mm 其中焊縫拉應(yīng)力可取95MPa;D1一液壓缸外直徑;一焊接效率可取0.65;D2一焊縫底直徑;Fpm,一液壓缸輸出的最大推力。 傳感器所選取為伸縮式位移傳感器，磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮原理來進(jìn)行位移測量的新型位移高效傳感器，型號為MHR021 ODM611 S411010，精度0.lmm。液壓缸是自己設(shè)計的，

52、所收錄的參數(shù)便是根據(jù)論文中所給出的參數(shù)，也可考慮拉力和工作壓力等情況，選取其他符合要求的液壓缸型號。在不同的情況下，不同的液壓缸的型號會帶來誤差，所以在選擇液壓缸時一定要考慮它的工作符合度。該型號采用桿端外螺紋，不帶緩沖，油口連接型式為內(nèi)螺紋式。最好所選取的液壓缸為雙作用單桿活塞式液壓缸，其額定工作壓力為16MPa，在額定工作壓力下的拉力為95KN，足夠滿足一般的應(yīng)用及以后升級的需要。3.3 閥的選用3.3.1電液伺服閥 電液伺服閥可選用2D數(shù)字換向閥，2D數(shù)字換向閥利用雙級直接機(jī)械反饋式控制驅(qū)動方式，該閥具有頻響高、線性度好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高以及重復(fù)精度等優(yōu)點.2D數(shù)字換向閥特性指標(biāo)參考:

53、滯環(huán):無明顯滯環(huán)現(xiàn)象;重復(fù)精度:重復(fù)精度<0.105%; 線性度:線性度<0.675%; 響應(yīng)時間t/ms (100%信號變化):20ms;2D數(shù)字換向閥結(jié)構(gòu)如圖：2D數(shù)字換向閥在閥的左腔壓力是進(jìn)油壓力的40%時，那么螺旋槽與高低壓孔之間的微小弓形面積會相等。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動閥芯反方向轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)致當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動閥芯反方向轉(zhuǎn)動，則閥芯左移、左敏感腔的壓力下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動閥芯轉(zhuǎn)動使得高壓孔與螺旋槽之間形成的弓形面積增大、低壓孔與螺旋槽之間形成的弓形面積減小，則左敏感腔的壓力升高，閥芯所受的軸向力失去平衡，閥芯向右移動直到高低壓孔又回到靜止時與螺旋槽之間所處的相對位置。 由上面簡單的分

54、析，說明2D數(shù)字換向閥是一個雙級流量控制閥。而這種閥的作用從工程的控制方向來看，2D數(shù)字換向閥是一個螺旋伺服結(jié)構(gòu)，輸出為閥芯的線性位移，輸入為閥芯的角位移。 由于要分析響應(yīng)頻率和控制精度的數(shù)值，得到轉(zhuǎn)子的輸入角位移的實值，2D數(shù)字換向閥運了電動機(jī)輸入角位移和輸出線性唯一的控制方法。步進(jìn)電機(jī)角位移控制方法是:1個步進(jìn)周期內(nèi)利用2個相鄰的步進(jìn)相序通電時間的長短，利用步進(jìn)驅(qū)動器接收到的脈沖信號，就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)所，控制脈沖個數(shù)來控制角位移量設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，還可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 2D數(shù)字換向閥具有以下下特點:1、精度高2、抗干擾能力強(qiáng)3、

55、可以直接由脈沖信號控制。 除此之外，步進(jìn)電機(jī)具有對電源要才低、抗干擾能力強(qiáng)、可以直接用于開環(huán)位置控制、受摩擦力等非線性因素影響小等優(yōu)點。由于一些其他原因響應(yīng)了它的速度的表現(xiàn)力，故閥的響應(yīng)速度也受到了影響。2D數(shù)字換向閥控制有著量化誤差較大的弱點。 2D數(shù)字換向閥左右兩端都是敏感腔部位，它的左右兩側(cè)由伺服螺旋機(jī)構(gòu)的阻力半橋控制，受到伺服系統(tǒng)控制，其壓力變化的調(diào)節(jié)，即當(dāng)閥芯順時針轉(zhuǎn)時，左敏感腔壓力升高，右敏感腔壓力降低，閥芯左移。 對單作用和雙作用的伺服螺旋機(jī)構(gòu)，閥芯的軸向角位移與位移成正比關(guān)系。在靜態(tài)的工作情況下，伺服螺旋機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角位移與直線位移有如下關(guān)系: 其中 一螺旋槽升角 一閥芯的轉(zhuǎn)動角位移 r一閥芯臺階半徑 h0一初始重