比例流量閥的數(shù)字化改造

為實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的全數(shù)字控制，有必要對液壓元件進行數(shù)字化改造。改進后的數(shù)字控制流量閥具有許多優(yōu)點，如極易與計算機連接、價格低廉、抗污染和傳統(tǒng)型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數(shù)是固定的，流量與抗干擾能力強、流量特性有顯著提高。

1. 數(shù)字控制閥的改進方法和工作原理

傳統(tǒng)型電液比例流量閥的流量公式為

Q=CI_T

式中：q為比例閥的導通流量；I_T為比例閥電磁鐵線圈的電流；C為常數(shù)。

比例閥的流量特性曲線如圖39所示。由圖39 (a)可見，傳統(tǒng)型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數(shù)是固定的，流量與比例電磁鐵線圈電流或電磁力的大小成正比，因此傳統(tǒng)型比例流量閥是通過改變輸入比例電磁鐵的電流，來控制輸出流量的大小的。如用計算機來控制，需要有數(shù)模( D/A)轉換裝置把數(shù)字信號轉換成模擬信號后，再輸入電控放大器。

傳統(tǒng)型電液比例流量閥比直接用數(shù)字信號控制的流量閥，其成本高，可靠性和重復精度差，而且模擬量的控制復雜，因此對傳統(tǒng)型電液比例流量閥進行了數(shù)字化改進，其結構原理如圖40所示。將電磁鐵線圈按等匝數(shù)均勻設置若干抽頭分別與電子開關相連。根據(jù)電磁學可知，電磁鐵的電磁力由式(8-17)計算，即

  F=(107/8π)BS(N)    (8-17)

      B=(μ/L)IN       (8-18)

  F=(107μS/8πl(wèi))IN    (8-19)

由式(8-19)可知，電磁鐵的電磁力F與線圈的安匝數(shù)IN成正比，當線圈以恒流供電時，只要改變電磁鐵線圈的匝數(shù)N就可改變電磁鐵電磁力的大小。這樣用數(shù)字信號控制電子開關，使電磁鐵線圈的抽頭按實際需要通電或斷電，便可改變電磁鐵電磁力的大小，從而控制輸出流量的大小，實現(xiàn)流量的數(shù)字控制。

2．電磁鐵線圈的控制電路

比例磁鐵線圈控制電路如圖40所示，將電磁鐵線圈按等匝數(shù)均勻設置16個抽頭分別與(K0～K15) 16個電子開關相連接，穩(wěn)流電源分別通過這16個電子開關給線圈提供恒定的電流。16個電子開關的工作狀態(tài)由4～16譯碼器CC4514的16個輸出端控制，譯碼器CC4514輸出為高電平有效，即當Yi=1時電子開關Ki閉合，i的取值為0～15。當計算機從“0000-1111”范圍內的4位數(shù)中，選擇實際需要流量所對應的4位數(shù)字信號，送到譯碼器的4個輸入端時，譯碼器的16個輸出端子當中，僅有一個與輸入的4位數(shù)據(jù)對應的端子輸出高電平，該端子所連接的電磁鐵線圈通電，產(chǎn)生相應的電磁力來控制流量閥得到所需要的流量。通過流量閥的流量就按計算機輸出的數(shù)據(jù)變化而交化，實現(xiàn)了由數(shù)字信號來控制流量閥的目的。

電磁鐵線圈的抽頭也可取8、32等，抽頭個數(shù)越多，流量梯度越小。為改善流量閥的性能克服流量控制死區(qū)，設計時在電磁鐵線圈一端增加一組電磁鐵補償線圈如圖39(b)所示，給電磁鐵補償線圈通交流電源產(chǎn)生交變磁動勢。由實驗選擇合適的補償線圈電流，使其產(chǎn)生的交變磁動勢大小等于數(shù)字流量閥閥口處于臨界開啟狀態(tài)所需的電磁力，調試好后固定封裝，使數(shù)字流量閥流量特性的“死區(qū)”得以消除，數(shù)字閥的流量特性得到進一步提高。

3．總結

該數(shù)字控制流量閥控制電路簡單，易于將電路與閥門組裝在一起成為電液一體化閥門，并且與微機接口非常方便，可直接用數(shù)字信息控制，大大降低了成本。閥的補償裝置可消除流量控制死區(qū)，提高了閥的響應速度和靜態(tài)控制精度；同時閥的重復精度、可靠性也得到了提高。