电控定值器的设计

　　0　引言

　　在气动系统中,控制元件按功能和用途可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类。定值器是压力控制阀的一种,是一种高精度的减压阀,它使进入阀体的压力减低后输出并保持输出的压力为恒定值,常用于需要供给精确气源压力和信号压力的场合。传统定值器普遍采用手动方式,通过旋转手柄来调节出口压力,使输出压力控制在一定的范围之内,以达到所需要求。

　　气动行业的迅速进步要求控制元件向高质量、高精度、高速度、低功耗、小型化、轻量化、无给油化、复合集成化、机电气一体化等自动化方向发展,手动定值器显然难以适应这一要求。能实现实时自动控制,对冲击负载和过负载有较强适应能力的电控定值器设计与制造非常必要,其发展前景也十分广阔[1]。

　　1　工作原理及总体方案设计

　　电控定值器的工作原理是基于活塞与气流的动力学相互作用,如图1所示。其原理如下:电控定值器处于非工作状态时,由气源输入的压缩空气经过滤器过滤后进入A室和正室。主阀芯15在弹簧16和气源压力作用下压在阀座上,使A室与B室断开。进入A室的气流经由阀口(又称为活门) 10至F室,再通过恒节流孔11降压后,分别进入G室和D室。由于这时尚未对膜片6加力,挡板5与喷嘴7之间的间距较大,气体从喷嘴7流出时的气流阻力较小, G室及D室的气压较低,膜片9及12保持原始位置。进H室的微量气体主要经B室通过阀口14从排气口排出;另有一部分从输出口排空。此时输出口无气流输出,由喷嘴流出而排空微量气体是维持喷嘴挡板装置工作所必须的,因其为无功耗气量,所以希望其耗量越小越好。

　　电控定值器处于工作状态时,电控系统发出指令,压下弹簧1并推动膜片6连同挡板5一同下移,挡板5与喷嘴7的间距缩小,气流阻力增加,使G室和D室的气压升高。膜片15在D室气压的作用向下移,将阀口14关闭,并向下推动主阀芯15,打开阀口,压缩空气经B室和H室由输出口输出。与此同时, H室压力上升并反馈到膜片6上,当膜片6所受反馈作用力与弹簧力平衡时,定值器便输出一定压力的气体。当输入压力波动时,如压力上升, B室和H室气压瞬时增高、使6上移,导致挡板5与喷嘴7之间的间距加大, G室和D室的气压下降。由于B室压力增高, D室压力下降,膜片12在压差的作用下向上移动,使主阀口减小,输出压力下降,直到稳定到调定压力上。此外,在输入压力上升时, E室压力和F室瞬时压力也上升,膜片9在上下差压的作用下上移,关小稳压阀口10。由于节流作用加强, F室气压下降,始终保持节流孔13的前后压差恒定,故通过节流孔13的气体流量不变,使喷嘴挡板的灵敏度得到提高。当输入压力降低时, B室和H室的压力瞬时下降,膜片6连同挡板5由于受力平衡破坏而下移,喷嘴7与挡板5间距减小, G室和D室压力上升,膜片9和12下移。膜片12下移使主阀口开度加大,使B室及H室气压回升,直到与调定压力平衡为止。而膜片9下移,使稳压口10开大, F室气压上升,始终保持节流孔13前后压差恒定。同理,当输出压力波动时,将与输入压力波动时得到同样的调节[2-3]。