水压数字节流阀微机控制的设计研究

　　1 概述

　　水压传动是国际上流体传动及控制领域的发展方向之一,在国防及民用工业部门有着广泛的应用前景。节流阀是液压系统中重要的元件,可用于执行元件的速度调节或作为加载阀调节系统工作压力。本文对采用单片机控制的由水作为工作介质的直控步进式数字节流阀进行了研究。

　　2 水液压技术的特点

　　水液压是以纯水(不含任何添加剂,包括淡水和海水)为工作介质的液压传动技术。水液压技术是一门具有高度创新性的工业技术,适用于钢铁、冶金、矿山、海洋工业、食品工业、纺织机械、消防及军工等行业或部门,符合环境保护、安全作业和可持续发展等方面的需要,具有十分广阔的应用前景。

　　纯水的物理化学性能与液压油有着较大的区别(表1),与矿物油为介质的液压系统相比,水液压技术具有许多特点。

　　(1)纯水成本低廉,资源丰富,随地可取。特别是大型的液压系统,可以节省大量的液压油,经济效益可观。

　　(2)压缩系数小,这样可以补偿一部分由于泄漏增加而造成的容积损失。因此,可使控制系统的执行器精度更高。

　　(3)抗燃性好,安全性高,大大拓宽了液压系统的应用领域,特别是在高温明火的场合,更显示出其优越性。

　　(4)在水下作业时,可以省去回油管道和水箱等,使系统简化。另外,纯水液压系统维修方便,工作介质中的杂质易于处理,维护成本较低。

　　(5)工作环境干净,无异味,无刺激性,环保性能好,在泄漏时不会产生污染,特别适用于食品、纺织、制药及家具制造等行业。

　　水液压技术也带来一些问题。由于水容易使材料表面脆弱化,受损的表面组织会脱落,加速表面磨损,而且,水的pH值、硬度及水中寄生的微生物也会对系统和元件产生不良的影响。但是随着现代制造技术的发展和研究的深入,加之新型耐腐蚀材料的出现、精密加工技术的进步和新结构的液压元件研制成功,基本可以克服水压传动存在的不足。

　　3 数字节流阀的控制

　　节流阀是液压系统中控制执行元件运动速度的一种器件,主要应用在回路中与定量泵和溢流阀组成节流调速回路,通过改变回路中节流阀通流面积的大小来控制流入执行元件或自执行元件流出的流量,以调节其运动速度。近年来,随着数字控制技术的不断发展,电液控制技术也在向数字控制方式发展,由步进电机直接接受微机控制并驱动液压阀而实现的直接式数字阀,能充分利用步进电机的快速启停性能好,位置精度高,并省略一般的D/A转换器,达到直接控制方便的目的。