螺纹插装旋转电液伺服阀的设计研究

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电液伺服阀作为一个将机电液系统集成为一体的复杂元件,在民用军工等方面都有着广泛的应用。然而,目前电液伺服阀所存在的结构复杂、加工及维护成本高、抗污染性差以及集成化低的缺陷,限制了其在航空航天,机器人等复杂多变的环境空间下的工作。针对目前电液伺服阀存在的这些问题,提出了对螺纹插装旋转电液伺服阀的设计研究。本文阐述了电液伺服阀的发展概述,分析了现阶段电液伺服阀在驱动元件、结构上的优缺点,提出了直驱式螺纹插装旋转伺服阀的设计方案。在对直驱式螺纹插装旋转伺服阀的结构以及工作原理进行阐述后,针对其中的重要尺寸参数进行了设计计算。然后,根据流体力学、摩擦学建立直驱式螺纹插装旋转伺服阀阀体力矩平衡方程,基于Clarke与Park坐标变换建立直驱式螺纹插装旋转伺服阀电机组件的力矩平衡方程、电压平衡方程。随后基于两者的数学模型推导出直驱式螺纹插装旋转伺服阀的三闭环系统控制模型,并采用SVPWM方法进行驱动控制。紧接着,应用CFD技术对直驱式螺纹插装旋转伺服阀流场中的流速、压力、液动力等特性进行了仿真分析,在验证了直驱式螺纹插装旋转伺服阀流场结构合理性的同时,确定了直驱式螺纹插装旋转伺服阀控制模型中的相关参数。之后在Simulink平台系统中搭建直驱式螺纹插装旋转伺服阀的三闭环控制系统模型,对直驱式螺纹插装旋转伺服阀的流量输出特性以及动态特性进行分析研究。并通过试制样机以及搭建直驱式螺纹插装旋转伺服阀性能测试平台对直驱式螺纹插装旋转伺服阀的静态性能、动态性能进行试验测试。测试结果不仅与仿真结果一致,还证明了直驱式螺纹插装旋转伺服阀具有良好的性能表现。最后,通过对实验结果进一步分析,为了进一步提高螺纹插装阀的性能,提出了螺纹插装旋转伺服阀的改进方案,在对新型阀体结构进行结构优化后,通过实验证明了与直驱式螺纹插装旋转伺服阀相比,改进后的新型螺纹插装旋转伺服阀具有更为优越的动态特性。
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