大流量三通电液伺服插装阀的设计与动态特性研究

摘要

压铸机是压铸生产过程中重要的基础技术装备，压铸机压射过程中速度和压力的实时控制对提高铸件的质量和精度有着至关重要的作用。大流量二通电液伺服插装阀由于具备快速的阶跃响应速度和巨大的通流能力，因而被广泛应用于压铸机的压射系统，对压射锤头的位置和速度进行精确的控制，从而保证多次压铸工艺参数的一致性。但是该阀无法对增压过程的压射压力进行闭环控制。目前标准的三通电液伺服插装阀虽然能够实现压力闭环控制，但由于其主阀行程对称设计，通流能力不够大，不能完全满足大型压铸机压铸速度控制段高速大流量的需求。本课题着力优化自主研发的80通径二通电液伺服插装阀，解决该阀在压铸过程中出现的低速爬行，高速抖动的问题，并以该阀为基础，设计与压铸系统需求相匹配的大流量三通电液伺服插装阀，实现压铸低速、高速和压射压力的连续闭环控制。
　　论文第一章简要的介绍了压铸工艺以及大流量电液伺服插装阀在压铸系统中的运用，总结了国内外对二通、三通大流量电液伺服插装阀的研究现状，结合自主研发的二通大流量电液伺服插装阀在压铸过程中存在的不足，提出研究目标和研究内容。
　　论文第二章首先对二通电液伺服插装阀的爬行现象进行了详尽的分析，结合ANSYS仿真分析以及实验验证，最终确定阀口段的最佳配合间隙;然后对主阀芯环形面积上所受液压干扰力进行分析，建立二通电液伺服插装阀和压射系统的仿真模型，仿真研究发现在高压大流量的工况下，主阀芯阀口环形面积上的液压干扰力是造成主阀芯抖动的原因。考虑到压铸低速段对泄漏要求不高，把主阀口设计为滑阀形式，并进一步减小主阀芯控制腔面积，提高主阀响应速度。
　　论文第三章根据压铸工艺的需求，对三通电液伺服插装阀进行方案设计，并对主要参数进行设计计算，重点对主阀芯所受液动力进行分析，指导主阀控制腔面积的设计。之后，搭建三通伺服插装阀、压射系统、增压系统等模型，对压射压力进行闭环控制仿真，仿真结果表明该阀可在30ms内控制压射压力达到所需的设定值，并可根据需要，设定压射压力的升压斜率和最终值。
　　论文第四章对设计的二通大流量电液伺服插装阀和三通大流量电液伺服插装阀在压射试验台上进行试验研究。优化后的二通电液伺服插装阀和原阀对比，响应速度明显提升，并且低速段无爬行，高速段无抖动;对三通大流量电液伺服插装阀进行阶跃响应和滞环测试，结果均能满足设计要求，并且该阀低速测试无爬行，高速测试无抖动，验证该阀结构设计的合理性。
　　论文第五章对本课题做了全面总结，指出本课题研究中还未解决的问题，提出以后研究工作的重点。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究背景

1．1．1 压铸工艺简介

1．1．2 大流量电液伺服插装阀在压铸系统的运用

1．2 国内外对大流量电液伺服插装阀的研究现状

1．2．1 国外二通大流量电液伺服插装阀的研究

1．2．2 国外三通大流量电液伺服插装阀的研究

1．2．3 国内对大流量电液伺服插装阀的研究

1．3 本课题研究意义及目标

1．4 本课题研究内容

1．5 本章小结

第2章 80通径二通电液伺服插装阀的优化设计

2．1 80通径二通电液伺服插装阀的组成和工作原理

2．2 80通径二通电液伺服插装阀低速爬行现象的机理及解决方法

2．2．1 爬行机理分析

2．2．2 阀口变形仿真分析

2．2．3 测试并实验验证

2．2．4 改进措施

2．3 80通径二通电液伺服插装阀高速抖动现象机理及解决方法

2．3．1 主阀芯环形面积上所受液压干扰力分析

2．3．2 AMEsim仿真分析

2．3．3 Matlab仿真分析

2．3．4 改进措施

2．4 本章小结

第3章 80通径三通电液伺服插装阀的设计

3．1 80通径三通电液伺服插装阀的组成和工作原理

3．1．1 三通电液伺服插装阀的组成

3．1．2 三通电液伺服插装阀的工作原理

3．2 80通径三通电液伺服插装阀主要参数设计与计算

3．2．1 三通电液伺服插装阀的基本设计要求

3．2．2 主阀口过流面积的设计计算

3．2．3 主阀口面积梯度的计算

3．2．4 主阀液动力的仿真分析

3．2．5 主阀先导控制腔面积的计算

3．2．6 先导流量的计算

3．2．7 先导阀的选择

3．2．8 主阀结构参数汇总

3．3 增压段压射压力闭环控制仿真

3．3．1 压射仿真模型

3．3．2 设定目标值的压射仿真

3．3．3 设定目标曲线的压射仿真

3．3．4 三通电液伺服插装阀控制增压与传统放氮气增压对比

3．4 本章小结

第4章 试验研究

4．1 试验台的设计

4．2 电控系统的设计

4．2．1 电控系统的需求分析

4．2．2 测控系统关键元件的选型

4．2．3 测控系统的架构75

4．3 程序设计开发

4．3．1 程序开发环境介绍

4．3．2 程序功能设计

4．4 实验研究

4．4．1 二通电液伺服插装阀阶跃响应测试

4．4．2 二通电液伺服插装阀低速段测试

4．4．3 二通电液伺服插装阀高速段测试

4．4．4 二通电液伺服插装阀零位泄漏测试

4．4．5 二通电液伺服插装阀实验小结

4．4．6 三通电液伺服插装阀阶跃响应测试

4．4．7 三通电液伺服插装阀滞环测试

4．4．8 三通电液伺服插装阀低速段测试

4．4．9 三通电液伺服插装阀高速段测试

4．4．10 三通电液伺服插装阀实验小结

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介