基于PWM高速开关阀控制的旋转平台液压系统的研究

　　0 引言

　　旋转平台是高速线材生产中线卷的收集装置之一。 高速线材经风冷线冷却后的松散的线卷，通过辊道输送到收集区。 再通过鼻锥、芯杆、提升平台、旋转平台、倾翻装置、运卷小车等一系列装置，送到 C 型钩上运走。 旋转平台处于收集区域中部，它前承提升平台，后接倾翻装置。 其动作的快捷性和准确性影响到整个收集区的动作节奏和时间，是整个收集区的关键设备。本文针对旋转平台的工作特点， 拟采用高速开关阀控系统来控制旋转平台的顺时针和逆时针的往复旋转运动，来满足设计的要求。

　　1 旋转平台的结构、功能和动作

　　1.1旋转平台的结构

　　旋转平台的结构主要由 3 部分组成。

　　(1) 焊接结构的框式底座，它固定在水泥基础上 ，支撑运动部件和动力传递机构。

　　(2) 运动部分，包括焊接结构的 H 型旋转架，芯杆(工作时一个有线卷，一个无线卷)。

　　(3) 动力传递机构，包括减速机、传动齿轮、回转支承。

　　1.2旋转平台的功能和动作

　　旋转平台的功能是接收由提升平台送下来的收有线卷的芯杆(线卷呈盘状落到芯杆上)，并旋转 180°，将芯杆送到倾翻装置上。 同时旋转平台另一端无线卷的空芯杆也旋转 180°，送到提升平台上，由提升平台顶起来再去接收线卷。 根据工艺要求， 旋转平台最快要在10s 完成一个 0°～180°或者 180°～0°的旋转动作。

　　2 高速开关阀

　　高速开关阀简称高速阀， 它是用数字量控制的开关阀。 在液压系统中， 它可实现伺服阀或比例阀的功能。 与伺服阀和比例阀相比，它具有工作稳定可靠、功耗小、重复性好、抗污染能力强和价格低廉等优点，而且可直接与计算机接 El，不需 D/A 转换器，因此非常适用于计算机实时控制。 在国外， 高速开关阀已进入市场，应用于工程机械、农业机械及汽车等行业，随着计算机控制技术、机电一体化技术和自动化技术的进步，其发展将呈扩大趋势。

　　在国内，高速开关阀的应用还属于一个新的课题。由于高速线材生产工况条件恶劣，振动大、温度高、污染严重，所以传统的电液伺服系统，由于结构复杂、造价高和抗污染能力差面受到一定限制。 为此，我们果用高速开关阀替代传统电液伺服阀， 来满足高速线材生产的要求。

　　2.1高速开关阀的结构、原理及特性

　　高速开关阀的结构如图 1 所示。 它的控制方式是PWM(Pulse width Modulated)平方式，即脉宽调制式。其工作原理如下：当脉冲信号为高电平时，线圈通电，衔铁 1 产生的电磁推力通过顶杆 5 使球阀 6 向右运动，供油球阀 6 最终紧靠在供油球阀的密封座面上，使供油口与控制口断开，控制口没有液压油输出。 当脉冲信号为低电平时，线圈断电，供油球阀 6 在供油口和控制口压差的作用下向左运动，使供油球阀 6 打开，控制口有液压油输出。 这样，阀的平均流量 Q 与脉冲信号的占空比 τ 成正比：