单片机控制数字流量阀的设计

　　在液压传动控制中，流量控制阀起着非常重要的作用。常规流量阀采用手动调节，因而不能满足液压系统在工作过程中的远距离自动调节和控制要求。近年来随着计算机技术的发展，把微处理器作为流量阀的控制单元变得简单而有效。微处理器作为数字阀的组成部分，其优点是降低成本和提高可靠性，并给系统带来许多必要的特性，如计算和编程功能，与计算机直接连接而无需模数转换等。基于上述优点设计了本流量控制阀。

　　1流量控制阀的结构及工作原理

　　1.1 阀体结构

　　数字流量阀由转阀、步进电机、单片机及驱动步进电机的电气回路组成。

　　转阀主要由阀体、阀套、阀芯和阀盖组成，其结构如图 1 所示。阀体及阀套上钻有小孔，小孔的两端与回油管路相通，以保持阀芯的轴向静力平衡。由于液流几乎是径向地从阀芯及阀套的径向孔流到界面圆周上，因而切向液动力小于相同容量轴向滑阀的轴向液动力，驱动阀所需要的步进电机功率也小于驱动相同容量轴向滑阀的电机功率。步进电机的轴直接与转阀的阀芯相连。所用步进电机的步距角为 1.8°，最大静力矩0.12N·m。

　　1.2 工作原理

　　数字流量控制阀的工作原理如下：阀体 1 上开有进油口 p1和出油口 p2，阀芯 3 中部开有矩形槽，槽的上部分截面形状为扇形，可封住矩形节流窗口。工作时阀芯转动一定角度，节流口打开，油液从进油口p1流入，经过节流口再从出油口p2流出进入执行器。当流量阀负载变化时，进、出口的压力差也会发生变化，压力传感器测得进、出口的压力后传给控制模块，控制模块计算出压力差，然后根据流量公式再计算得出开口面积，并控制步进电机，使其带动阀芯转动，通过改变节流口面积，即可达到控制出口流量的目的。当出口压力减小时，进出口压力差 △p 增大，此时电机会带动阀芯向使节流口面积减小的方向转动，从而保持输出流量不变;同理，当出口压力增大时，节流口面积增大，依然保持流量输出不变。

　　2理论模型

　　2.1流出量控制阀阀口流量方程

　　流出量控制阀阀口流量方程为：

　　式中：q 为压力流量阀阀口的流量(m3/s);Cd为流量系数;x 为开口量(m);p1为进口压力(MPa);p2为出口压力(MPa);ρ 为液压油的密度(kg/m3);l 为矩形节流口长度(m)。

　　流量控制阀节流口为薄壁矩形节流口，开口量随阀芯的转动而变化，如图 2 所示。当阀芯转过 α 时，开口量为x。

　　式中：r 为压力流量阀阀芯半径(m);α 为阀芯转角(°)。