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1壓降的蓬勃發(fā)展

液體傳動(dòng)裝置的方法論此基礎(chǔ)是由電液推桿供貨商17世紀(jì)帕斯卡提出的帕斯卡定律為奠基石,之后贏得了快速發(fā)展,特別是被20世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭(zhēng)的激勵(lì),取得了很大進(jìn)展,整體上經(jīng)歷了開關(guān)控制、伺服控制、壓降3個(gè)階段。壓降技術(shù)是20世紀(jì)60年代末人們開發(fā)的一種可靠、價(jià)廉、控制精度和響應(yīng)特性,均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)際需要的控制技術(shù)。當(dāng)時(shí),電液伺服技術(shù)已日趨完善,但電液伺服閥成本高、應(yīng)用和維護(hù)條件苛刻,難以被工業(yè)界接受。希望有一種價(jià)廉、控制精度能滿足需要的控制技術(shù)去替代,這種需求背景導(dǎo)致了比例技術(shù)的誕生和發(fā)展。1967年瑞士某公司生產(chǎn)的KL比例復(fù)合閥標(biāo)志著壓降技術(shù)在油壓系統(tǒng)中應(yīng)用的正式開始,主要是將比例型的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器(比例電磁鐵)應(yīng)用于工業(yè)油壓閥,到80年代,隨著微電子技術(shù)和數(shù)學(xué)方法論的發(fā)展,壓降技術(shù)已達(dá)到比較完善的程度,主要表現(xiàn)在3個(gè)方面:首先是采用了壓力、流量、位移、動(dòng)壓等反饋及電校正手段,提高了閥的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì),這些標(biāo)志著壓降設(shè)計(jì)原理已經(jīng)完善;其次是比例技術(shù)與插裝閥已經(jīng)結(jié)合,誕生了比例插裝技術(shù)，再是以壓降泵為代表的比例容積元件的誕生。

2比例閥的特與種類點(diǎn)

電液比例閥是壓降系統(tǒng)中的主要功率放大元件,按輸入電信號(hào)指令連續(xù)地成比例地控制油壓系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)。與伺服控制系統(tǒng)中的伺服閥相比,在某些方面還有一定的性能差距,但它顯著的優(yōu)點(diǎn)是抗污染能力強(qiáng),大大地減少了由污染而造成的工作故障,提高了油壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性;另一方面比例閥的成本比伺服閥低,結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單,已在許多場(chǎng)合贏得廣泛應(yīng)用。

比例閥按主要功能分類電液推桿供貨商,分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥三大類,每一類又可以分為直接控制和先導(dǎo)控制兩種結(jié)構(gòu)形式,直接控制用在小流量小功率系統(tǒng)中,先導(dǎo)控制用在大流量大功率系統(tǒng)中。比例閥的輸入單元是電液機(jī)械轉(zhuǎn)換器,它將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械量。轉(zhuǎn)換器有伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、力馬達(dá)和力矩馬達(dá)、比例電磁鐵等形式。但常用的比例閥大都采用了比例電磁鐵,比例電磁鐵根據(jù)電磁原理設(shè)計(jì),能使其產(chǎn)生的機(jī)械量(力或力矩和位移)與輸入電信號(hào)(電流)的大小成比例,再連續(xù)地控制油壓閥閥芯的位置,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)地控制油壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量。比例電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它由線圈、銜鐵、推桿等組成,當(dāng)有信號(hào)輸入線圈時(shí),線圈內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)銜鐵產(chǎn)生作用力,銜鐵在磁場(chǎng)中按信號(hào)電流的大小和方向成比例、連續(xù)地運(yùn)動(dòng),再通過固連在一起的銷釘帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng),從而控制滑閥閥芯的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用最廣泛的比例電磁鐵是耐高壓直流比例電磁鐵。比例電磁鐵的類型按照工作原理主要分為如下幾類:

(1)力控制型　這類電磁鐵的行程短,只有115mm ,輸出力與輸入電流成正比,常用在比例閥的先導(dǎo)控制級(jí)上;

(2)行程控制型　由力控制型加負(fù)載彈簧共同組成,電磁鐵輸出的力通過彈簧轉(zhuǎn)換成輸出位移,輸出位移與輸入電流成正比,工作行程達(dá)3 mm,線性好,可以用在直控式比例閥上;

(3)位置調(diào)節(jié)型　銜鐵的位置由傳感器檢測(cè)后,發(fā)出一個(gè)閥內(nèi)反饋信號(hào),在閥內(nèi)進(jìn)行比較后重新調(diào)節(jié)銜鐵的位置。閥內(nèi)形成閉環(huán)控制,精度高,銜鐵的位置與力無(wú)關(guān),精度高的比例閥如德國(guó)的博世、意大利的阿托斯等都采用這種結(jié)構(gòu)。

比例閥有三大類:

(1)比例壓力閥,有溢流閥、減壓閥,分別有直動(dòng)和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu);

(2)比例方向閥,有直動(dòng)和先導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu),直動(dòng)閥有帶位移傳感器和不帶位移傳感器兩類;

(3)電液推桿供貨商比例流量閥,有比例調(diào)速閥和比例溢流流量控制閥。

比例閥與放大器配套使用,放大器采用電流負(fù)反饋,設(shè)置斜坡信號(hào)發(fā)生器,控制升壓、降壓時(shí)間或運(yùn)動(dòng)加速度及減速度。斷電時(shí),能使閥芯處于安全位置。

3壓降系統(tǒng)及應(yīng)用

1)比例環(huán)節(jié)

比例環(huán)節(jié)也稱為無(wú)慣性環(huán)節(jié),對(duì)于油壓缸或馬達(dá),忽略油壓油的可壓縮性和泄漏,油壓缸的流量Q=VA。其中V為活塞速度;A為活塞面積。

其傳遞函數(shù)為:

式中K為比例環(huán)節(jié)放大系數(shù)或增益,表示輸入量經(jīng)過放大K倍后輸出。

2)壓降系統(tǒng)

壓降系統(tǒng)根據(jù)有無(wú)反饋分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。如比例閥控制油壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等的控制,其控制系統(tǒng)方框圖如圖2a。

由于開環(huán)控制系統(tǒng)的精度比較低,只能應(yīng)用在精度要求不高并且不存在內(nèi)外干擾的場(chǎng)合,但開環(huán)控制系統(tǒng)一般不存在所謂穩(wěn)定性問題。而閉環(huán)控制系統(tǒng)(即反饋控制系統(tǒng))的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)內(nèi)部和外部干擾不敏感,但反饋帶來了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。只要系統(tǒng)穩(wěn)定,閉環(huán)控制系統(tǒng)可以保持較高的精度。因此,目前普遍采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(圖2b)。

3)比例閥的選用

(1)根據(jù)用途和被控對(duì)象選擇比例閥的類型;

(2)電液推桿供貨商正確介紹比例閥的動(dòng)、靜態(tài)指標(biāo),主要有額定輸出流量、起始電流、滯環(huán)、重復(fù)精度、額定壓力損失、溫飄、響應(yīng)特性、頻率特性等;

(3)根據(jù)執(zhí)行器的工作精度要求選擇比例閥的精度,內(nèi)含反饋閉環(huán)閥的穩(wěn)態(tài)性、動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。如果比例閥的固有特性如滯環(huán)、非線性等無(wú)法使被控系統(tǒng)達(dá)到理想的效果時(shí),可以使用軟件程序改善系統(tǒng)的性能;

(4)如果選擇帶先導(dǎo)閥的比例閥,要注意先導(dǎo)閥對(duì)油液污染度的要求。一般應(yīng)符合ISO18/ 15標(biāo)準(zhǔn),并在油路上加裝過濾精度為10μm以下的進(jìn)油過濾器;

(5)比例閥的通徑應(yīng)按執(zhí)行器在最高速度時(shí)通過的流量來確定,通徑選得過大,會(huì)使系統(tǒng)的分辨率降低;

(6)比例閥必須使用與之配套的放大器,閥與放大器的距離應(yīng)盡可能地短。

4)比例閥的應(yīng)用

電液比例閥是采用了壓降技術(shù)電液推桿供貨商,介于開關(guān)型油壓閥和電液伺服閥之間的一種油壓元件,在工業(yè)生產(chǎn)中贏得了廣泛的應(yīng)用,輸入的電信號(hào)有模擬式和數(shù)字式兩大類,可以用于控制位置(轉(zhuǎn)角)、速度(轉(zhuǎn)速)、加速度(角加速度)、壓力(壓差)、力(力矩)等參數(shù)。如陶瓷地板磚制坯壓力機(jī)、帶鋼軋機(jī)的帶鋼恒張力控制、壓力容器疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)、油壓電梯運(yùn)動(dòng)及控制系統(tǒng)、金屬切削機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制、軋鋼機(jī)壓下及控制系統(tǒng)、油壓沖床、彎管機(jī)、塑料注射成形機(jī)等。我們?cè)谖?、改造英?guó)進(jìn)口的板簧軋機(jī)和德國(guó)進(jìn)口的板簧予壓分選機(jī)時(shí),用比例閥替代了伺服閥,既保持了設(shè)備原有的精度和生產(chǎn)率,又降低了設(shè)備的故障率,延長(zhǎng)了設(shè)備的無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間。由于比例閥可以利用電信號(hào)調(diào)制的靈活性,非常容易實(shí)現(xiàn)一閥多用,或采用組合結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合功能,簡(jiǎn)化油壓系統(tǒng)的構(gòu)成。

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