随着我国航空、航天、核电、石化等重要行业的飞速发展,对特殊工件的加工要求越来越高,而能够加工这类零件的设备也愈发重要。其中,巨型模锻液压机等大型锻压设备更是衡量一个国家重工业实力的重要方面。我国的模锻液压机在吨位上逐步提升,但是相关配套仍然处于落后水平。我国大吨位模锻液压机的整个液压系统设计、液压关键元器件严重依赖进口。本文将以某巨型模锻液压机的需求为中心,对其超高压液压系统中额定压力为700bar的超高压大流量比例溢流阀和节流阀两个核心元件的关键技术进行系统的研究,主要内容如下:第一章,概述了当前国内外的超高压液压技术;对目前国内外的超高压大流量比例溢流阀结构形式、性能与研究进行了综述;对超高压大流量比例节流阀的反馈型式、仿真建模以及控制算法进行了综述;介绍了本课题的来源,在国内外研究的基础上,提出了本文的主要研究内容。第二章,设计了适用于超高压大流量工况的超高压大流量比例溢流阀的工作原理、三级结构和关键结构参数;超高压大流量比例溢流阀采用插装式主体结构,通过放大级的设计将面积比缩小,先导级采用高压比例减压阀,实现了压力降级设计;在ANSYS软件中对超高压大流量比例溢流阀承受超高压的部分结构进行了静力学仿真分析,指出了所设计的结构尺寸和配合关系合理,能够满足超高压工况;最后,设计了先导级比例减压阀的阀控缸式的电液比例调节机构。第三章,建立了超高压大流量比例溢流阀比例调节机构使用的高频响比例阀的非线性数学模型与仿真模型,通过试验验证了模型的准确性,然后建立了超高压大流量比例溢流阀的整体数学模型与仿真模型,通过仿真结果与原理样机的试验结果,发现了设计中存在压力稳定性的问题;针对该问题,并考虑超高压大流量比例溢流阀工况对其快速开启的要求,从主级结构出发,设计了主级定向阻尼结构,并采用等效阻尼系数的概念来设计其结构尺寸,通过仿真和试验验证了主级定向阻尼的在高压工况下的有效性;为改善超高压工况下的压力稳定性问题,从先导级结构出发,设计了先导级定向阻尼结构,通过仿真和试验验证了其在超高压工况下的有效性;为超高压大流量比例溢流阀设计了基于stm32微处理器的数字式控制器,并设计了适用于先导位移闭环控制的带饱和的分段连续PID算法和适用于先导压力闭环控制的前馈补偿的带饱和分段连续PID算法,通过超高压试验验证了其性能;为超高压大流量比例元件设计了能够实现1.5倍工作压力的耐压试验台,以伺服电机驱动超高压小流量泵十旁路阻尼调节静态工作流量的设计,采用闭环控制,实现了超高压的比例控制;设计了多组超高压小流量泵合流提供稳态试验流量、多组蓄能器实现超高压大流量瞬态供油的超高压大流量型式试验台;最后,对所设计的超高压大流量比例溢流阀进行了性能试验,结果表明,在先导压力闭环控制下,主阀进油口压力线性度为-1.59%～1.97%,滞环为2.31%,开启率为99.44%,闭合率为88.45%,各方面性能指标能够满足设计要求。第四章,设计了三级功率放大结构的超高压大流量比例节流阀的工作原理、基本结构和关键结构参数;在多种大流量比例节流阀的反馈原理中,选取了适用于超高压大流量工况的主级位置跟随反馈,第二级与第一级位移-电反馈的工作原理,设计了带有球面副能够自对中的先导阀杆,并增加了先导阀杆的运动阻尼;对超高压大流量比例节流阀承受超高压的零部件在ANSYS中进行了静力学仿真,验证了所设计的结构参数以及配合尺寸的可行性。第五章,建立了超高压大流量比例节流阀的非线性数学模型和仿真模型,并通过仿真与试验结果的对比验证了模型的正确性;基于仿真分析对超高压大流量比例节流阀的关键结构参数进行了分析,选取了合理的结构参数;针对传统PID控制下超高压大流量比例节流阀性能不能够满足要求,存在着响应与超调不可调和的矛盾、动态跟踪误差大问题,提出了基于双误差驱动拓展干扰观测器的非线性控制算法;该算法在超高压大流量比例节流阀先导阀杆频响远大于先导高频性比例阀的前提下,将其模型进行了简化,并对建模误差、外干扰、系统不确定性集总到两个不确定项中,在拓展干扰观测器中进行观测,同时获取先导高频响比例阀阀芯速度信号,结合采用Lyapunov稳定性理论和反步控制技术设计了非线性控制算法,从理论上证明了该算法具有稳定的跟踪性能和良好的瞬态性能,并通过仿真与试验验证了该算法的有效性;最后,对所设计的超高压大流量比例节流阀进行了性能试验,试验表明其主阀阀芯开启时间43.5ms,关闭时间44.1ms,线性度-0.36%～0.74%,滞环0.8%,通流能力等各方面性能满足设计要求。第六章,对用于巨型模锻液压机的单缸超高压液压系统,将超高压大流量比例溢流阀应用于主缸调压,超高压大流量比例节流阀应用到主缸调速以及泄压,并对其进行了仿真研究;将超高压大流量比例溢流阀和节流阀的仿真模型进行打包,放入到整个液压系统的仿真模型中,建立了单缸超高压液压系统的仿真模型;对其快下-慢下-压制下行-保压-泄压的工作流程进行了仿真分析,验证了本文所设计的超高压大流量比例溢流阀和节流阀的有效性;最后,在800MN模锻液压机上对本文所设计的超高压大流量比例溢流阀和节流阀进行了实际压制的工况试验,试验结果表明,两阀的设计满足系统使用要求。