数字压力阀性能优势和结构研究

　　0 引言

　　目前在国内液压行业中，对系统压力动态控制，通常采用模拟量控制的电液伺服阀和比例阀. 数字阀是国外公司从 20 世纪 90 年代发展起来的采用数字控制的液压阀. 数字阀的控制信号只有“开”和“关”两种状态，因而控制起来比较方便，与电液伺服阀或比例阀相比，数字阀具有结构简单、工艺性好、价格低廉，控制方便、灵活、抗电磁干扰及抗油液污染能力强、工作稳定可靠、重复性好以及放大器功耗小等优点，已经越来越受到相关行业工程设计人员的重视.

　　1 数字压力阀结构

　　数字压力阀结构见图 1，机能符号见图 2.

　　2 工作原理

　　压力油从 P 口进入锥阀座(2)中，通过锥阀(3)与调压弹簧(4) 形成力的平衡. 程序控制器输出脉冲，经驱动器放大，作用于步进电机(11). 步进电机每得到一个脉冲信号，便沿着控制信号给定的方向旋转一个固定的角度. 步进电机转角步数与输入的脉冲数成正比，带动滑块(10)，推动调压头(9)从而调节调压弹簧的弹力. 检测开关(8) 用于步进电机的找零. P 口油压力与弹簧的弹力之间的关系如下:

　　P-T 口截止条件

　　Pp* S < Pf 　　(1)

　　P-T 口导通条件

　　Pp* S ≥ Pf 　　(2)

　　式中，Pp 为 P 口的油压力;Pf 为弹簧力;S 为锥阀座与锥阀接触的圆形面积.

　　从式(1)和式(2)可知，只要调整弹簧力的大小，就能控制阀口的通断条件，从而调节 P 口的压力. S为常数，则 Pp 与 Pf 成正比关系. 由此得到步进电机接收到的单位时间脉冲数与液压系统压力的对应关系(见图 3).

　　从图 3 中可看出，脉冲数决定压力大小，时间决定加压快慢. 由于步进电机的步距角(输入 1 个脉冲，电机转过的角度)经细分，可以做到很小:

　　α1 = α / K 　　(3)

　　α1 为细分后的步距角( °)，K 为细分值( 常数:常用细分有 64、128、256、512)，α 为两相混合式步进电机步距角为 1.8°.

　　则细分后的步距角为:(K 取 256)

　　α1 = 1. 8° /256 = 0. 007°

　　步距角与弹簧的压缩量的关系式为:

　　L = α1 /360* h 　　(4)

　　L 为弹簧的压缩量( mm)，h 为螺距( 滑块中螺纹转 360°，h =0.8mm).

　　则 1 个步距角转换成弹簧的压缩量为:

　　L = α1 /360 * h = 0. 007 /360 * 0. 8 = 1. 6 * 10^{－ 5}(mm)

　　弹簧力公式:

　　Pf = P′* L 　　(5)

　　Pf 为弹簧力( N)，P′为弹簧刚度( N / mm，数字阀中的弹簧刚度一般取 10 ～ 15N/mm. 本例取 15N/mm) .