数字式大流量压力控制阀设计研究

　　1 前言

　　目前的电液控制中,虽然模拟控制仍占主导地位,但随着现代工业自动化程度的发展,液压技术与计算机技术、电子技术的结合已成为必然的趋势,人们越来越注意到数字化控制系统的重要性。高速电磁阀作为一种新型的数字式电液转换控制元件得到了快速的发展,它采用调制脉冲宽度的方法进行控制,放大器结构简单、功耗小,在数字化控制领域得到了广泛应用。但由于高速电磁阀的流量较小,在很多领域并不能很好地满足实际工程中数字化控制的需要,研制一种新型的数字式大流量压力控制阀势在必行。

　　2 高速电磁阀的压力特性^[1、2]

　　在高速电磁阀中,阀口一般为锥阀或球阀结构。阀芯在启闭过程中,会与阀座间形成一个环形节流缝隙。电磁铁每接受1个脉冲信号(本研究中采用脉宽PWM调制),阀口就打开1次,流体经过阀在出口处产生1个脉冲流,这样在连续的脉冲信号作用下,电磁阀会输出连续的脉冲流。这样,阀的流量特性为:

　　式中Q--流过节流口的流量,L/min

　　Cd--流量系数

　　A--为阀口过流面积, mm²

　　pS--阀的入口压力, MPa

　　p--阀的出口压力, MPa

　　Q--液体的密度, kg/m³

--脉冲信号占空比,=ton/T,T为脉冲信号周期,ton为脉宽,是1个周期内高电平持续时间

　　由上述流量特性推导可知,二位三通阀的进油流量特性为:

　　式中Q1--流过进油节流口的流量, L/min

　　Q2--流过卸油节流口的流量, L/min

　　p1--阀的进油口压力, MPa

　　p2--阀的控制油口压力, MPa

　　p3--阀的卸油口压力, MPa,p3=0

1--进油脉冲信号占空比,1=ton/T

2--卸油脉冲信号占空比,2=toff/T=1-ton/T=1-1

　　当式(2)和式(3)中Q1=Q2时上述公式转换为压力特性公式:

　　由公式(4)可得出占空比和压力的特性曲线,如图1a所示。

　　由图1a可知,在进油口压力p1恒定时,控制口压力p2与占空比1的变化趋势相同,即p2随着占空比1的增加而增加,随着占空比1的减小而减小。

　　3 减压阀的压力开度特性^[3]

　　减压阀通常为滑阀结构。减压阀在工作时,控制信号使阀芯沿轴向运动,进油腔和回油腔形成两个环形节流口。形成进油口流量Q1、控制口流量Q2和回油口流量Q3。有流量平衡方程式:

　　式中Q1--进油口流量, L/min

　　Q3--回油口流量,L/min

　　Cd--流量系数