直控式水压数字节流阀的研究

论文摘要

水液压技术是以水取代矿物油作为工作介质的一门新技术,其具有抗燃、无污染、节约能源、成本低等显著特点,特别适用于钢铁工业、核工业、医药、食品加工以及海洋开发等。该技术最符合环境保护、安全可靠作业和可持续发展的要求,具有十分广阔的应用前景,已成为目前流体传动领域的前沿性课题。数字化是现代液压技术的一个重要发展方向,为现代液压技术带来了节约能源、灵活控制、提高自动化程度等很多优点。随着计算机的迅速发展,液压元件的发展已从模拟元件转向数字元件,数字化已逐渐成为现代化液压技术的主流。水压数字阀可直接与计算机接口,不需要D/A转换,价格低廉,功耗小,阀口对污染不敏感,是水液压技术与计算机技术、电子技术结合的关键元件,具有广阔的应用前景,是目前流体传动发展的一个重要方向。本课题所研究的直控式水压数字节流阀是利用步进电机接受单片机控制,并驱动液压阀阀芯产生移动,从而改变节流口的通流面积进行流量调节,达到控制精度高的目的。本文对水压节流阀的设计理论和方法进行了研究,阐述了水压节流阀设计的关键技术,提出了解决措施;对其结构做了分析,对主要尺寸进行了设计。设计了数字节流阀的结构,建立其系统控制模型,对其进行特性分析,在MATLAB下进行了动态性能仿真分析,得出了影响阀体稳定性的主要因素。在此基础上,研究了单片机控制步进电机的原理及软、硬件设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源、背景和意义
• 1.2 水的理化特性
• 1.3 国内外研究应用现状与发展趋势
• 1.4 课题研究的难点及关键技术
• 1.5 论文的研究内容
• 2 水液压阀材料的特性分析
• 2.1 水环境中金属的腐蚀特性
• 2.1.1 金属腐蚀机理
• 2.1.2 水腐蚀的形式
• 2.2 不锈钢的耐蚀特性
• 2.3 铝及铝基合金的耐蚀特性
• 2.4 陶瓷材料的耐磨性
• 2.5 材质配对的实验分析
• 2.6 本章小结
• 3 水压节流阀的结构设计与研究
• 3.1 水压节流阀的结构设计
• 3.1.1 水压节流阀的设计要求
• 3.1.2 阀口形式的选择
• 3.1.3 水压节流阀的结构型式设计
• 3.2 水压节流阀的设计计算
• 3.2.1 节流阀几何尺寸的确定
• 3.2.2 节流阀阀芯的受力分析
• 3.2.3 节流阀性能计算
• 3.2.4 节流阀主要部件的力学分析
• 3.3 本章小结
• 4 数字节流阀的动态特性研究与分析
• 4.1 数学建模方法
• 4.2 数字节流阀数学模型的建立
• 4.2.1 信号输入方程
• 4.2.2 阀芯的位移
• 4.2.3 步进电机的数学模型
• 4.2.4 液压节流阀的数学模型
• 4.2.5 阶跃响应
• 4.2.6 数字节流阀频率特性
• 4.3 数字节流阀的仿真研究
• 4.3.1 仿真技术分析
• 4.3.2 Simulink 技术特点
• 4.3.3 基于Simulink 建模的一般步骤
• 4.3.4 数字节流阀闭环控制系统的仿真模型
• 4.4 本章小结
• 5 单片机控制水压数字节流阀的设计与研究
• 5.1 数字控制技术
• 5.1.1 间接数字控制技术
• 5.1.2 直接数字控制技术
• 5.2 步进式数字电－机械转换元件
• 5.2.1 步进式数字电－机械转换元件的特点
• 5.2.2 步进电机的工作原理
• 5.2.3 步进电机工作方式的选择
• 5.2.4 步进电机的选择
• 5.3 数字节流阀的研究
• 5.3.1 数字阀及其控制系统
• 5.3.2 数字节流阀结构及工作原理
• 5.3.3 数字节流阀控制原理
• 5.4 单片机控制步进电机的原理和设计思路
• 5.4.1 单片机控制步进电机
• 5.4.2 单片机的控制布局
• 5.4.3 单片机控制步进电机的程序的编制
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录