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为了实现水压直驱式高速开关阀关键结构参数的优化，根据其结构原理，在AMESim仿真软件中构建了水压直驱式高速开关阀的AMESim仿真模型，如图3所示.其中，设置压力源大小为8MPa，即高速开关阀进口压力为恒定值，其中弹簧力起到阀芯的预紧作用，可忽略其对高速开关阀动态性能的影响.将在MATLAB/Simulink中求得的音圈电机数学模型与AMESim进行联合仿真，使水压高速开关阀在音圈电机推拉力的作用下能够快速开启、关闭.
在水压直驱式高速开关阀AMESim仿真模型的基础上，对开关阀的主要结构参数进行设置，开展开关阀的动态性能仿真研究.通过改变开关阀关键结构参数的大小，分析高速开关阀关键结构参数(如锥面阀芯直径、锥面阀芯锥角以及阀套孔直径等)对开关阀动态响应性能的影响，实现高速开关阀结构参数的优化，从而提高水压高速开关阀的动态性能。
水压直驱式高速开关阀采用音圈电机作为作动器，在结构上具有简单小巧、质量轻等特点，在控制上具有响应速度快、控制精度高以及力控制精确性高等优点，同时还具有使用周期长、运动频率高等特点，其结构原理如图1所示.音圈电机与开关阀阀芯通过螺钉固连在一起，能够实现音圈电机一开关阀阀芯的直接快速驱动控制，降低音圈电机动子和阀芯之间的振动冲击噪声。
水压高速开关阀阀芯采用分体平衡结构，即主阀芯和补偿密封活塞通过锁紧螺母压紧，锁紧螺母和补偿密封活塞之间由密封圈进行密封，保证流经阀口的介质不泄漏，最终在锁紧螺母的连接作用下使主阀芯和补偿密封活塞共同构成水压高速开关阀阀芯.该分体阀芯平衡结构能够保证水压高速开关阀在关闭状态下阀芯轴向面上保持压力平衡，使阀芯不受压力的作用，从而降低音圈电机的推拉力需求;同时在开启时保证作用在水压高速开关阀阀芯上的压力能够与作用在补偿密封活塞上的压力相抵消。
所研制的水压高速开关阀具有流量大、响应速度快等显著特点，在开启关闭过程中能够保证作用在阀芯上的压力平衡，同时可实现水压高速开关阀的快速开启和关闭.为了增强系统的抗污染能力，开关阀阀芯和阀座之间采用锥面密封结构，大大提高了阀口的密封可靠性 水压直驱式高速开关阀工作原理如图2所示.当水压高速开关阀关闭时(如图2(a)所示)，即音圈电机推动阀芯向下运动，流经进口的高压介质作用在阀芯的上端周向面上，阀芯在轴向方向不受介质压力作用，在音圈电机推力的作用下阀芯和阀座能够紧密关闭;当水压高速开关阀向上开启时(如图2 (b)所示)，即音圈电机拉动阀芯向上运动，此时音圈电机只需克服阀芯上下两端密封圈的摩擦力即可，使高速开关阀在音圈电机拉力的作用下快速向上开启;当开关阀开启后，由于阀芯下端密封直径和阀座与阀口上端密封处的直径相等，即阀芯下端A1环形作用面积与阀口处的A2轴向投影作用面积相等，因此流经阀口的高压介质作用在阀芯A1环形作用面积和A2轴向投影作用面积上的液压力大小相等，在音圈电机拉力的作用下高速开关阀阀口始终开启，此时当开关阀再次关闭时在音圈电机向下的推力作用下仅需克服密封圈的摩擦力即可，从而降低了音圈电机所需推力要求，保证水压高速开关阀在音圈电机推拉力的作用下快速开启、关闭，并且密封可靠。
水下机器人作为深海作业的重要工具，是海洋探索、海洋开发服务最为重要的装备.而由海水液压驱动的水下作业机器人研制必然为海底资源探测、海底打捞与救生、海底油气资源开发等提供有力而可靠的工具，成为深海无人作业的主力军，同时对海军军事建设等水下作业任务具有重要的意义.因此，提高我国水压机器人技术刻不容缓，具有一定的社会、经济和军事意义。
目前，国内外所研制的液压机械手主要以油压系统为主，其中的控制元件主要为油压比例阀或伺服阀，对传动介质的污染度提出了更高的要求，由于水液压比例阀或伺服阀至今发展并不成熟，限制了水液压系统在液压机械手中的应用.但是，以水为工作介质的锥阀类运动部件之间配合公差小、动作灵敏，可实现微小或零泄漏，同样可以满足机械手在控制精度和速度方面的要求。
与传统的高速开关阀相比较，新型直驱式开关阀利用推力较大的线性作动器直接推动阀芯，去掉了喷嘴一挡板等前置级，减少了先导级的泄漏问题，提高了其抗污染能力和工作可靠性，具有结构简单、响应速度快等特点，同时降低了生产加工成本.此外直驱式开关阀结构便于在阀芯上和位移传感器构成闭环控制系统，从而大大提高了开关阀的静态特性，在机器人控制领域具有十分广阔的前景，因此受到了国内外的广泛关注
通过音圈电机控制技术与水液压技术紧密结合，将音圈电机的高速、高精度、快响应与锥阀结构的密封可靠性相结合，提出一种音圈电机直接驱动式水压高速开关阀.为了实现大功率重载型水压机器人的高精度控制，需对水压直驱式高速开关阀的动态性能进行深人分析，以满足我国日益增长的海洋开发、海洋探索等重大装备的需求，促进我国海洋强国的发展。
水压直驱式高速开关阀是电、磁(音圈电机)和机、液(开关阀本体)紧密结合的非线性藕合系统.水压直驱式高速开关阀的动态特性与其关键结构参数紧密相关，因此，在进行动态特性分析时，需对其关键结构参数进行优化分析，选择出最佳的结构参数，从而提高开关阀的动态响应速度.由于所采用的音圈电机为商业化产品，为了仿真的准确性，在此直接利用其相关结构参数，不考虑其对水压开关阀动态性能的影响.
基于AMESim批处理的单参数影响分析
通过单参数对水压高速开关阀的动态特性的影响分析，研究不同参数变化与性能指标之间的关系曲线，不仅可得到不同参数变化对性能指标的影响趋势及影响规律，同时还可获得参数灵敏度的直观概念.所要研究的变化参数主要包括[ ;1)锥面阀芯直径;;2)锥面阀芯锥角;3)阀套孔直径，具体为:首先选择局部优化口标参数，同时假定水压高速开关阀的其他结构参数不变，设定口标参数最大值和最小值区间范围，进行批处理仿真分析，通过仿真结果观察口标参数对水压高速开关阀动态性能的影响，进而初步确定其最佳优化值.下面将对单参数与性能指标的变化关系加以分析，并得出其变化曲线.
锥面阀芯直径对开关阀动态性能的影响
根据开关阀额定流量要求，初步选取开关阀锥面阀芯直径为20,22,24,26,28 mm进行动态特性仿真分析，可得水压高速开关阀的出口流量曲线如图4所示，.由图4可见，开关阀出口流量随阀芯直径的增大没有明显变化，可知开关阀通流面积并未随阀芯直径的增大而改变，开关阀的动态响应随阀芯直径的增大而变快.因此，从减小开关阀体积和质量的角度对阀芯直径进行综合考虑，初步选取阀芯直径为24 mm.
在以上研究的基础上，研制了水压直驱式高速开关阀样机(如图18所示)，并在纯水液压阀性能试验台上对其进行了性能试验研究，试验系统原理如图19所示.所设计的水压直驱式高速开关阀采用耐海水腐蚀材料制造，设计额定压力为8 MPa，最大流量可达100 L/min.构建了水压直驱式高速开关阀性能试验台(如图20所示)，系统额定压力为8MPa，最大流量可达100 L/min.
同时没有安装冷却装置，造成电机发热明显，导致音圈电机在推拉开关阀阀芯运动时，出现严重的滞后现象，使水压直驱式高速开关阀动态响应时间变慢.
高速开关阀
高速开关阀
HSV高速开关阀 1 贵州红林车用电控技术有限公司 HSV 系列开关式高速电磁阀 HSV 系列开关式高速电磁阀系列产品是我公司与美国 BKM 公司联合研制、生 产的快速响应开关式数字阀，是一种用于机电液一体化中电子与液压机构间理想的 接口元件。该系列产品结构紧凑、体积小、重量轻、响应快速、动作准确、重复性 好、抗污染能力强、内泄漏小、可靠性高。最显著的特点是该产品能够直接接受数 字信号对流体系统的压力或流量进行 PWM 控制，该特点为数字控制进入液压气动 领域提供了有效手段。 1992 年该产品被评为国家级重点新产品并获得贵州省科学技 术进步二等奖。 HSV 高速电磁阀系列产品具有两通常开、两通常闭、三通常开、三通常闭四个 系列近 200 个品种；材料有碳钢、不锈钢两种类别；工作方式可采用连续加载、脉 冲宽幅调制、频率调制或脉宽——频率混合调制。 HSV 高速电磁阀系列产品的上述特点使该电
螺纹插装式高速开关阀
螺纹插装式高速开关阀
螺纹插装式高速开关阀
2D气动高速开关阀是采用具有两个运动自由度阀芯的双级高速开关阀，该阀由双稳力矩马达驱动阀芯旋转实现导阀功能，由气体压力差推动阀的轴向运动。本文在介绍2D高速开关阀的基础上，对其动态特性进行实验研究，结果表明其具有很高的开关特性。
关健词 高速开关阀 力矩马达 动态特性
0引言
脉宽调制在流体动力系统应用的基本思想就是利用高速开关元件，通过控制其开关状态的占空比数的不同，从而控制阀口开度的时间平均值。对于流体控制系统，一般对其响应速度皆有一定的要求，因而在工作过程中调制频率应尽可能地高，即要求阀的开关时间很短。
此外，工程中的快速动作机构 如机车紧急刹闸、电路快速切断开关等 的主要特点是瞬时释放出大功率的能量 它们常用的驱动方式有直接电磁驱动、液压和气动三种方式。其性能对照见表1。从表中可以清楚看出，液压或气动系统瞬时释放大功率的特性远优于电磁驱动的方式。而液压或气动系统能量释放是由开关阀实现的，为了实现快速性，关键是提高阀的开关速度。
工程车辆的车闸
适用于各种机械安全防护装置、车闸
本文提出一种采用双自由度阀芯构成的双级气动高速开关阀，在介绍2D高速开关阀的基础上，对其动态特性进行实验研究。
1气动高速开关阀
2D气动高速开关阀采用双自由度的设计思想，将导阀与主阀做在一个阀芯上，导阀由阀芯的旋转自由度实现其功能，主阀口的开度大小由阀芯的轴向滑动控制，其基本结构见图1
图12D气动高速开关阀
阀芯的右腔为敏感腔，在阀芯的右端台肩上开设有a、b口，a口与Po相通 b口与大气Pa口相通 在阀座孔右端经通道c与敏感腔相通 阀左腔经通道d与PL相通 当力矩马达驱动阀芯转动，使a与c通时，则敏感腔处于高压状态，这时阀芯将在压力推动下左移，使Po与PL沟通 当b与c口沟通时，敏感腔处于低压，阀芯右移，PL与Pa沟通，阀芯是细长状的，转动惯量较小，容易实现快速摆动。该阀为一三通换向阀，若阀芯中间的台肩宽度大于阀孔环形槽的宽度，则该阀为二通型。这种结构的阀实际上为二级结构，PL口可以有较大的流量输出，若不需要大流量可将PL口堵死而直接从由端盖的e口引出压力信 。为了保证阀所受的径向力平衡，a、b和c口及通道均采用轴对称的结构。
阀芯的旋转运动由力矩马达驱动。力矩马达主要由衔铁、导磁体及磁钢构成，具有双稳记忆功能，其工作原理如下 衔铁与导磁体处于正常的工作位置时，形成四个工作系隙，衔铁上有一激磁线圈。磁钢在系隙中形成垂直向下方向的磁场，而当激磁线圈通电时，则产生两个环状的封闭的磁场，该磁场将使两个对角处的系隙的永磁体的磁场分别得以加强和削弱，其结果使衔铁快速摆动。当衔铁的端部到达闭合位置时，线圈的电流切断，衔铁在磁钢吸力的作用下，其位置保持不变。这便使得该力矩马达具有稳态记忆功能。当线圈通以相反方向的脉冲电流时，则衔铁反向摆动。由于该力矩马达具有稳态记忆功能，可由强电流脉冲驱动，因而可确保其快速响应特性。
2实验研究
将力矩马达与阀体相联构成双级高速开关阀，采用电涡流传感器测量阀芯位移，阀芯最大位移为0.5mm 用紫外线示波器记录输入电压U1、U2和线圈两端输出电压UL及电流IL的波形，实测的波形见图2。显而易见，阀芯与电磁铁相联后，衔铁的动作时间要略为多一些，但由于该阀芯的转动惯量仅为衔铁转动惯量的13，所以动作时间的增加并不多。相联后实测得力马达最大响应脉冲信 频率为190Hz 驱动电压30V 。
图22D双级高速开关阀的试验结果
表2给出阀动作时间与力马达初始系隙之间的关系 压力为0.8MPa 从表中可以看出当0为0.2度左右时，阀的动作时间最短。当系隙增大时，马达的动作时间增大 当系隙减小时，导阀开度较小，推动阀芯运动的供气不足，这两种因素皆使阀动作时间增大。
3结论
将双自由度的阀芯运用于气动高速开关阀的设计是成功的，它既适用于小通径也适用于较大通径。调整力矩马达的调隙螺钉可改变导阀 旋转自由度 开启面积大小。改变阀芯中央台肩的宽度变化，可使阀成为二通型或三通型。
阀门的通径为6，阀门的开关时间为1.3ms左右。导阀的开关时间随系隙调整螺钉的改变而变化，即调整衔铁的摆角行程可以改变开启时间。对导阀而言，行程越小则开关时间越短，然而对主阀却不是这样的，只有当衔铁的行程达到某一值时，主阀的开启时间最短。在机械加工精度保证的前提下，增大导阀的面积梯度，减小行程，可缩小阀的开关时间。
该阀速度较快的另一原因是回程采用脉冲电流驱动。一方面由于回程不存在弹簧，则力矩马达输出的机械功皆用于驱动阀芯，毋需克服弹簧力，从而使阀芯运动时间较短。另一方面采用瞬间通电，较大的瞬间电流使阀芯快速动作，又不会引起马达线圈发热过剧而烧坏。由于机构中没有弹簧，从而不存在弹性元件的疲劳破坏的问题，这一点对脉宽调制状态下工作的阀尤为重要。
综上所述，将双自由度的原理运用于高速气动开关阀的设计是成功的，所设计的高速开关元件具有良好的性能，这种性能还可随加工精度的提高而得到进一步提?配资炒股 http://www.pz21.com.cn/
油藏的驱动方式可以分为五类：水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动和重力驱动。实际上，油藏的开采过程中的不同阶段会有不同的驱动能量，也就是同时存在着几种驱动方式。
油藏开采后由于压力下降，周围水体(边水、底水、或人工注水)对油藏能量进行补给，这就是水压驱动。当油藏的边部或底部与较广阔的天然水域相连通时，油藏投入开采之后，含油部分产生的地层压降，会连续的向外传递到天然水域，引起天然水域内的地层水和储层岩石的累加式弹性膨胀作用，同时造成对含油部分的水侵作用。天然水域越大，渗透率越高，水驱作用越强依照能量补给而使油藏压力的保持情况不同，水压驱动又分为刚性水压驱动和弹性水压驱动两种。
刚性水驱：天然水域的储层与地面具有稳定供水的露头相连通，可形成达到供采平衡和地层压力略降的理想水驱条件，此时地层压力基本保持不变，此种情况称刚性水驱
弹性水驱：当边水、底水或注入水较小时，不能保持地层压力不变，则称弹性水驱。
直驱式机构应用在许多的产品中：
风扇：不需精准，转速依风扇而定，约在1000至12000 rpm之间。
硬盘：需非常精准，转速有5400、7200、10000、15000 rpm等。
录影机：需非常精准，转速1800 rpm（NTSC）或1500 rpm（PAL）。
缝纫机：依机种，转速可能是3000 rpm到5000 rpm。
数控机床：数控机床的转盘需要快而且精准。
洗衣机：最高到1600rpm。
软盘。
光盘驱动器：CD会直接耦合在转子上，播放音乐的转速是250至500rpm，若是配合电脑使用，转速会更高。
唱片留声机：速度需非常精准，速度会是78, 33 1/3或45 rpm。
望远镜架台：速度需非常精准，24小时会转一圈。
洗衣机：像Fisher & Paykel、LG集团、三星集团、惠而浦及东芝等厂商有生产直驱式的洗衣机，洗衣滚筒直接装在马达上，取代较低效率的皮带驱动或是配合减速机的机种。
火车：1919年的Milwaukee Road class EP-2电车是直接用马达驱动火车的轮轴。东日本旅客铁道（JR East）在2002年1月架设了实验性的JR东日本E993系电力动车组电联车（EMU），称为AC Train，测试在电联车使用直驱马达的可行性。此技术后来应用在JR东日本E331系电联车，在2007年开始在京叶线上行驶。
车辆：自19世纪后期开始就有车毂马达，在21世纪开始用电动车的概念上。
风力发动机（参考无齿轮风力发动机）：许多公司都有开发风力发电的直驱式发电机，目的是在提升效率，也降低维护成本。
车辆：例如单轮车、高轮单车及儿童的自行三轮车。
2D气动高速开关阀介绍与动态特性实验研究