数字流量阀的设计与应用

　　数字流量阀的结构如图1所示,其是在传统节流阀的基础上,连接步进电机控制节流阀阀芯开度大小而实现节流调速。对于节流阀和步进电机之间的连接机构而言,其主要功能是将步进电机的回转运动转换为节流阀阀芯的往复运动。而步进电机要实现精确的回转角度以控制阀芯的移动距离,则需要控制装置提供精确数量的控制脉冲以及对控制脉冲进行分配,即实现数字控制。

　　1　设计方案的确定

　　通过对回转运动转换为往复运动的机构和步进电机控制系统的分析,确定方案如图2所示。原理是:高压油从进油口进入流量阀,由节流口流出流量阀出油口;步进电机通过连接套与螺杆连接;螺杆通过弹簧使节流阀阀芯始终压紧在螺杆上。当需要调节流量时,由PLC输出1个脉冲信号使步进电机转过1个步距,通过螺杆与螺母使节流阀阀芯产生1个轴向移动,从而改变节流口的通流截面积来调节流量。改变输入电机的脉冲数目,即改变了电机的转角,从而改变阀芯的位置,也就改变了其流量的大小。改变脉冲的频率,即可改变电机的速率,也就可以控制阀达到一定开度的时间。

　　2　节流口形式及选择

　　下面为几种常见的节流口形式。

　　图3为针阀式节流口,其通道长,湿周大,容易堵塞,流量受油温影响较大,一般用于对性能要求不高的场合。图4为偏心槽式节流口,其性能与针阀式节流口相同,容易制造;缺点为阀芯的径向力不平衡,旋转阀芯时较费力,一般用于压力较低、流量较大和流量稳定性要求不高的场合。

　　图5为三角槽式节流口,其结构简单,水力直径较大,可以得到较小的稳定流量,调节范围较大,但节流通道有一定的长度,温度变化对流量有一定的影响,目前被广泛应用。图6为周向缝隙式节流口,沿阀芯周向开有一条宽度渐变的狭槽,转动阀芯可改变开口大小,阀口做成薄刃形,通道短,水力直径大,不易堵塞,温度变化对流量影响小,因此性能接近于薄壁小孔,适用于低压小流量场合。

　　3　步进电机的选择

　　步进电机的主要选择依据是转矩和转动惯量大小以及电机的工作频率。在该设计中,电机工作所需要的转矩很小,因此对电机转矩和转动惯量要求不高。考虑到该设计中阀芯的左右移动只有1 mm左右,而且移动比较频繁,因此所选之步进电机要满足步距角小、快速启停好的要求。

　　设计中主要考虑的问题是电机的相数和尺寸大小的选择。因为3相电机比较容易实现控制脉冲环形分配和正反转控制,故采用3相电机。此外,电机的尺寸有一定的限制,为了跟节流阀的大小和螺旋副的大小相匹配,其直径尺寸应该限制在60~70mm,长度应该限制在65~75 mm。3相VRDM366型步进电机的直径为64 mm,长度为70 mm,可满足要求。