基于插裝式流量反饋型電液比例流量閥的設(shè)計(jì)

基于插裝式流量反饋型電液比例流量閥的設(shè)計(jì)

基于流量反饋的流量控制新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)電液比例流量閥是電液控制技術(shù)的重要部件之一。在電液循環(huán)系統(tǒng)中，通過流量控制對元件的速度和位移、角度和傾角進(jìn)行調(diào)整。為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,論文在流量反饋調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,提出新的結(jié)構(gòu),將檢測主閥的位移傳感器調(diào)整為檢測先導(dǎo)閥芯位移,降低整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、制造難度和成本,使流量閥的穩(wěn)態(tài)控制精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及系統(tǒng)的可靠性得到明顯改善。1工作原則1.1or型可連續(xù)比例控制的插裝閥20世紀(jì)80年代初,瑞典學(xué)者安德森發(fā)明了Valvisitor型可連續(xù)比例控制的插裝閥,其核心是將電子技術(shù)晶體三極管的放大原理引用到流量閥中,主閥的流量由先導(dǎo)閥控制按比例輸出此閥主要有三部分組成:主閥芯、主閥芯上的節(jié)流槽以及先導(dǎo)閥1.2先導(dǎo)閥控制如圖2所示,當(dāng)未給比例電磁鐵控制線圈輸入電流時(shí),先導(dǎo)閥芯在彈簧力的作用下處于關(guān)閉狀態(tài),從液壓泵輸出的油液通過主閥閥芯到達(dá)主閥上腔。由于主閥芯上腔的面積A當(dāng)給比例電磁鐵控制線圈輸入一定電流時(shí),電磁力推動(dòng)先導(dǎo)閥芯移動(dòng)y,油液從主閥下腔經(jīng)過節(jié)流槽到達(dá)上腔。此時(shí)主閥上腔的控制壓力p將位移傳感器設(shè)置在先導(dǎo)閥的出口處以檢測先導(dǎo)閥的位移,比例放大器接收采集到的信號(hào),經(jīng)過信號(hào)處理后與先導(dǎo)閥的電磁力進(jìn)行比較,調(diào)整先導(dǎo)閥的開口量。當(dāng)先導(dǎo)閥處于穩(wěn)態(tài)時(shí),主閥芯的閥口開度不變,比例流量閥輸出穩(wěn)定的流量。流過先導(dǎo)閥的流量為:式中,Cwy——先導(dǎo)閥芯位移,(m);ρ——液體密度,(kg/mpp主閥芯上反饋節(jié)流槽通過的流量為:式中,Cwx——主閥芯位移,(m);xp穩(wěn)態(tài)時(shí),流經(jīng)反饋節(jié)流槽與先導(dǎo)閥的流量相等,即:忽略主閥所受液動(dòng)力、彈簧力可得,主閥芯的位移量為:由式(4)可知,主閥芯位移正比于先導(dǎo)閥芯,通過控制先導(dǎo)閥芯位移可以方便地控制主閥芯的位移。此外,流量閥中設(shè)置的位移傳感器提供的檢測數(shù)據(jù)成為先導(dǎo)閥反饋的重要依據(jù)。2比例流量閥的仿真分析根據(jù)流量閥的工作原理圖,本文采用SimulationX仿真軟件建立該閥的仿真模型并對其進(jìn)行仿真分析。圖3為比例流量閥的仿真模型。電液比例元件的關(guān)鍵性能主要是穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性。本文研究流量閥的穩(wěn)態(tài)控制、負(fù)載特性和階躍響應(yīng)特性(使用該軟件調(diào)整各部分參數(shù)后進(jìn)行仿真)。2.1閥有死區(qū)情況下的流量圖4是在系統(tǒng)壓力為5MPa下仿真得到的穩(wěn)態(tài)控制特性曲線。如圖4所示,系統(tǒng)的最大流量可以達(dá)到450L/min左右(公稱流量),基本滿足了系統(tǒng)的要求。從圖4中可以看到,由于閥有死區(qū)行程主閥芯的位移和通過主閥芯位移的流量在起始階段均為0。而仿真模型中對于靜摩擦力,彈簧的彈性滯環(huán)以及比例電磁鐵的磁滯效應(yīng)等因素并沒有考慮,故該曲線并不能顯示出閥的滯環(huán)特性。2.2等位移特性圖5是閥的穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性仿真曲線。使主閥口壓差從可控的最小值變大(調(diào)整該閥的開口量以由大變小地改變閥的出口壓力);此時(shí),在系統(tǒng)壓力為16MPa的系統(tǒng)壓力下給定5個(gè)不同的控制電壓信號(hào),使主閥芯處于不同的開口位置。從圖5的仿真曲線可以看出,該閥具有較高的等位移特性。由式(4)也可以得到主閥芯位移只與先導(dǎo)閥位移有關(guān)(即與控制電信號(hào)有關(guān))。主閥出口流量受負(fù)載壓力變化的影響,可通過增加流量傳感器或壓力補(bǔ)償器,保證其不受外負(fù)載壓力變化的影響2.3位移傳感器的使用在系統(tǒng)壓力給定16MPa的條件下,輸入控制信號(hào)使先導(dǎo)閥開始動(dòng)作,分別得到開環(huán)和電閉環(huán)的主閥芯位移階躍響應(yīng)特性曲線如圖6所示。從仿真曲線可以看出,位移傳感器對主閥芯的開關(guān)時(shí)間,穩(wěn)定性都有重要的作用。主閥芯的開啟和關(guān)閉時(shí)間約為35ms和25ms,位移最終穩(wěn)定在6.4mm左右(未加入位移傳感器)。之后,主閥芯開啟時(shí)雖然有些超調(diào),但是很快就穩(wěn)定工作了,而且關(guān)閉時(shí)間為20ms(加入位移傳感器)。由電壓階躍響應(yīng)特性曲線可以得出,增設(shè)位移傳感器的流量閥較之傳統(tǒng)的Valvisitor型插裝閥具有更好的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。3增設(shè)位移傳感器與pid控制器本文采用SimulationX軟件進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明,檢測先導(dǎo)流量并增設(shè)位移傳感器與PID控制器的流量閥,