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=CIT
式中:q為比例閥的導通流量;IT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生交變磁動勢。由實驗選擇合適的補償線圈電流,使其產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。