比例流量閥的數(shù)字化改造

為實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的全數(shù)字控制，有必要對液壓元件進(jìn)行數(shù)字化改造。改進(jìn)后的數(shù)字控制流量閥具有許多優(yōu)點(diǎn)，如極易與計(jì)算機(jī)連接、價(jià)格低廉、抗污染和傳統(tǒng)型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數(shù)是固定的，流量與抗干擾能力強(qiáng)、流量特性有顯著提高。

1. 數(shù)字控制閥的改進(jìn)方法和工作原理

傳統(tǒng)型電液比例流量閥的流量公式為

Q=CI_T

式中：q為比例閥的導(dǎo)通流量；I_T為比例閥電磁鐵線圈的電流；C為常數(shù)。

比例閥的流量特性曲線如圖39所示。由圖39 (a)可見，傳統(tǒng)型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數(shù)是固定的，流量與比例電磁鐵線圈電流或電磁力的大小成正比，因此傳統(tǒng)型比例流量閥是通過改變輸入比例電磁鐵的電流，來控制輸出流量的大小的。如用計(jì)算機(jī)來控制，需要有數(shù)模( D/A)轉(zhuǎn)換裝置把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后，再輸入電控放大器。

傳統(tǒng)型電液比例流量閥比直接用數(shù)字信號(hào)控制的流量閥，其成本高，可靠性和重復(fù)精度差，而且模擬量的控制復(fù)雜，因此對傳統(tǒng)型電液比例流量閥進(jìn)行了數(shù)字化改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖40所示。將電磁鐵線圈按等匝數(shù)均勻設(shè)置若干抽頭分別與電子開關(guān)相連。根據(jù)電磁學(xué)可知，電磁鐵的電磁力由式(8-17)計(jì)算，即

  F=(107/8π)BS(N)    (8-17)

      B=(μ/L)IN       (8-18)

  F=(107μS/8πl(wèi))IN    (8-19)

由式(8-19)可知，電磁鐵的電磁力F與線圈的安匝數(shù)IN成正比，當(dāng)線圈以恒流供電時(shí)，只要改變電磁鐵線圈的匝數(shù)N就可改變電磁鐵電磁力的大小。這樣用數(shù)字信號(hào)控制電子開關(guān)，使電磁鐵線圈的抽頭按實(shí)際需要通電或斷電，便可改變電磁鐵電磁力的大小，從而控制輸出流量的大小，實(shí)現(xiàn)流量的數(shù)字控制。

2．電磁鐵線圈的控制電路

比例磁鐵線圈控制電路如圖40所示，將電磁鐵線圈按等匝數(shù)均勻設(shè)置16個(gè)抽頭分別與(K0～K15) 16個(gè)電子開關(guān)相連接，穩(wěn)流電源分別通過這16個(gè)電子開關(guān)給線圈提供恒定的電流。16個(gè)電子開關(guān)的工作狀態(tài)由4～16譯碼器CC4514的16個(gè)輸出端控制，譯碼器CC4514輸出為高電平有效，即當(dāng)Yi=1時(shí)電子開關(guān)Ki閉合，i的取值為0～15。當(dāng)計(jì)算機(jī)從“0000-1111”范圍內(nèi)的4位數(shù)中，選擇實(shí)際需要流量所對應(yīng)的4位數(shù)字信號(hào)，送到譯碼器的4個(gè)輸入端時(shí)，譯碼器的16個(gè)輸出端子當(dāng)中，僅有一個(gè)與輸入的4位數(shù)據(jù)對應(yīng)的端子輸出高電平，該端子所連接的電磁鐵線圈通電，產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力來控制流量閥得到所需要的流量。通過流量閥的流量就按計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)變化而交化，實(shí)現(xiàn)了由數(shù)字信號(hào)來控制流量閥的目的。

電磁鐵線圈的抽頭也可取8、32等，抽頭個(gè)數(shù)越多，流量梯度越小。為改善流量閥的性能克服流量控制死區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)在電磁鐵線圈一端增加一組電磁鐵補(bǔ)償線圈如圖39(b)所示，給電磁鐵補(bǔ)償線圈通交流電源產(chǎn)生交變磁動(dòng)勢。由實(shí)驗(yàn)選擇合適的補(bǔ)償線圈電流，使其產(chǎn)生的交變磁動(dòng)勢大小等于數(shù)字流量閥閥口處于臨界開啟狀態(tài)所需的電磁力，調(diào)試好后固定封裝，使數(shù)字流量閥流量特性的“死區(qū)”得以消除，數(shù)字閥的流量特性得到進(jìn)一步提高。

3．總結(jié)

該數(shù)字控制流量閥控制電路簡單，易于將電路與閥門組裝在一起成為電液一體化閥門，并且與微機(jī)接口非常方便，可直接用數(shù)字信息控制，大大降低了成本。閥的補(bǔ)償裝置可消除流量控制死區(qū)，提高了閥的響應(yīng)速度和靜態(tài)控制精度；同時(shí)閥的重復(fù)精度、可靠性也得到了提高。