307数字压力阀性能优势和结构研究

1、数字压力阀性能优势和结构研究焦云月(上海航海设备有限责任公司，上海200136)摘要:为使更多的工程设计人员对新型液压阀一数字阀的设计和应用有一个较全而的认 识和提高，详细介绍了数字阀的性能优势及机械结构原理、控制方式及应用场合.关键词:数字压力阀;结构;控制中图分类号:th137.521文献标识码:a文章编号:1performance advantage and structural research ofdigital pressure valvejiao yun-yuc(shanghai navigation gear co. / ltd, shanghai 200136, china)

2、abstract:as a new kind of hydraulic pressure valve, this paper has researched the advantage performance, the theory of machine struc ture, control method and application occasion o f digital pressure control valve.lt will make engineers a compre- hensive cognition and improvement to the design and a

3、pplication of the digital pressure control valve.key w()rds：digital pressure control valve;structure;control0 引言冃前在国内液压行业中，对系统压力动态控 制，通常采用模拟量控制的电液伺服阀和比 例阀数字阀是国外公司从20世纪90年代 发展起来的釆用数字控制的液压阀.数字阀 的控制信号只有“开”和“关”两种状态， 因而控制起来比较方便，与电液伺服阀或比 例阀相比，数字阀具有结构简单、工艺性好、 价格低廉，控制方便、灵活、抗电磁干扰及 抗油液污染能力强、工作稳定可靠、重复性 好以及放大器功

4、耗小等优点，已经越來越受 到相关行业工程设计人员的重视.1 数字压力阀结构数字圧力阀结构见图1,机能符号见图 2.2 工作原理压力汕从p 口进入锥阀朋(2)屮，通过 锥阀(3)与调压弹簧(4)形成力的平衡.程序控制器 输出脉冲，经驱动器放大，作用于步进电机 (11).步进电机每得到一个脉冲信号，便沿 着控制信号给定的方向旋转一个固定的角 度.步进电机转角步数与输入的脉冲数成正 比，带动滑块(10),推动调压头(9)从而调 节调压弹簧的弹力.检测开关(8)用丁步进 电机的找零p 口油压力与弹簧的弹力z间 的关系如下：pt' 口截止条件pp*s<pf(l)p-t 口导通条件pp*s2

5、pf(2)式中,pp为p 口的油压力;pf为弹簧力;s 为锥阀座与锥阀接触的圆形面积.从式(1)和式(2)可知，只要调整弹簧力的人 小，就能控制阀口的通断条件，从而调节p 口的 压力.s为常数，则pp与pf成正比关系.由此得到 步进电机接收到的单位时间脉冲数液压 系统压力的对应关系(见图3).40.56?1171701.块体;2锥阀座;3.锥阀;4调压弹簧;5弹簧座6密封圈；7.轴套;&检测开关;9.调压 头；10.滑块;11.步进电机;12.端盖；13.销；14.连接螺钉；15.密封圈图1数字压力阀结构图2机能符号图3单位吋间脉冲数打液压系统压力的对应 关系从图3中可看出，脉冲数决定

6、压力大小，时 间决定加压快慢.由于步进电机的步距角 (输入1个脉冲,电机转过的角度)经细分, 可以做到很小：al=a /ka 1为细分示的步距角(° ), k为细分值(常 数：常用细分冇64、128、256、512), a为 两相混合式步进电机步距角为1.8。.则细分后的步距角为：(k取256)a 1=1.8° /256=0. 007°步距角与弹簧的压缩量的关系式为：l=a l/360*h(4)l为弹簧的压缩量(mm), h为螺距(滑块中螺 纹转 360° , h二0.8mm).则1个步距角转换成弹簧的压缩量为： l=a l/360*h二0. 007/3

7、60*0. 8=1. 6*105 (mm)弹簧力公式:pf二p *l(5)pf为弹簧力(n), p'为弹簧刚度(n/mm,数 字阀中的弹赞刚度一般収1015n/mm.本例 取15n/mm).则细分后1个步距角引起弹簧 力的变化为:pf=p ' *215*1.6*10 5=0. 00024(n)由于pf很小，所以可以把图3 的曲线看成是一条平滑的压力曲线，见图4. 般数字压力阀流量较小，通常用于压力先 导级控制.数字阀的汕口安装面采川 is04401-ab-03-4-a、 din24340 及 gb2514, 实际应用'11可与二通插装阀y型盖板配合使 用，可以控制通经最

8、大为50mm系统压力最 大为31.5mpa的油路系统.根据川户系统工 况需要，实现多级实时调压见图5(占一f)壬乘出集控制原理见图6.图6控制原理图阀芯所受的合力(铅垂方向)为:£f=pa*aa-px*ax-fk-fh其中：pa为阀芯底部油口 a处的压力，aa为阀 芯底部油口 a处的承压面积，px为阀芯控制腔x 处的压力，ax为阀芯控制腔x处的承压面 积，fk为弹簧力，fh为阀口液动力.与液压力相比，弹簧力和阀口液动力很 小，均可忽略不计，故有：z f=pa*aa-px*ax(6)压力阀工作吋，主阀芯应开启，并在阀 口处形成压降，此时阀芯处于静力平衡状 态,即：e f=pa*aa-p

9、x*ax=()同时，由于aa:ax1:1,即aa=ax, 所以pa=px.|(lj px受控于数字压力阀，故 调节数字压力阀，即可调节油口 a处的液压 力.用户系统工作框图见图7.图7开环控制系统程序控制可以是家用电脑、单片机或 plc控制器等.驱动器用于驱动步进电机.执行机构为汕缸、汕马达等.信号反馈可以是:位置反馈，如接近开 关、光电开关、光栅尺及行程开关等压力反 馈，如压力继电器、电接点压力表等. 3数字阀性能特性数字阀的静态特性主要有:重复精度 高，非线性误差小，定位精度高，分辨率高. 打比例电磁铁比，滞环小无累积误差，重复 性好.数字控制可对瞬态过程进行编程控制, 实行无冲击起动、制

10、动、换向，这是模拟量 控制难以实现的.数字量控制的抗干扰能力 远大于模拟量.数字阀、比例阀、电液伺服阀性能比较 见表1.5结束语数字阀对国内来说,是一新型阀种.在设 计和应用中，难免冇一个了解、掌握、提高 的过程随着设计水平的提高，以及成功应用 的案例增多，相信数字阀(下转笫57页)大为0.013mpa,英压降与同流虽下的理论计算值0.0142mpa比较接近.1601o4 2 o.0 oooo-x 6 o o o o ().().4 2 o o- o o-00.l2姚培，潘文群，李恩出.输送油管网式 过滤器压降的试验研究j.管道技术与设 备,2008, 3:32-33.3 徐君，张贤明.真空滤

11、油机中金属波纹 板填料压降计算与试验研究j.重庆工商 大学学报(自然科学版),2008,25(2):324-327.4 杨国华，周江华.双层滤料过滤床的压 降特性研究j.热能动力工程,2007, 22(3): 267-269.510152025流量m-mi图4网式过滤器的流量-压降特性线图3结论木文采用的网式过滤器压降计算方法 与实际测(上接第51页)表1数字阀、比例阀和电液伺服阀性能比较数字阀比例阀电液何服阀介质过滤精度/um25203滞环、重复蒂度/%<0.133抗干扰能力强屮中温度標移 (20-60t)/%26-82-3控制方式简单较简单较复杂动态响应低屮高中位死区有无结构简单简单复杂功耗中中低价恪因子113在液压系统自动化控制屮，显现越來越人的 优势.参考文献：1 雷天觉.新编液压工程手册m 北京:北京理工大学岀版社，199&2 路甬祥.液压气动技术手册m. 北京:机械工业出版社，2002.3 王春行.液压伺服控制系统第二版m 北京:机械工业出版社,1989.4 王庆国，吴建胜.二通插装阀控制系 统设计时蛊婆注意的几个问题j.液压与 气动，2000, (4):23-24.5 李壮云,葛宜远