新型高精度大通径电液比例调速阀的研究

　　当前国内外研制生产的电液比例调速阀,常用的方案是将具有压力补偿功能的定差减压阀与传统的比例节流阀串联在一起构成比例调速阀。这种阀精度低、在启动和负载阶跃扰动时产生过大的流量超调,在控制大流量的情况下更是如此,因此难以适应大流量的精确控制。

　　调速阀直接控制的对象是流量,如能以流量为直接检测和反馈的对象,当然是最好的流量控制途径,但目前对流量的动态检测仍十分困难,且流量传感器要与节流阀串联在一起,在大流量控制的情况下,流量传感器的尺寸势必很大,结果是整机的结构庞大。这是流量反馈型比例调速阀的缺点。针对上述比例调速阀的缺点,我们根据电液比例系统的特点和控制要求,利用了一种当调速阀进出口压差波动时,调速阀阀口开度也作相应改变,从而使通过阀的流量保持恒定的原理(即所谓的压差)电气)面积补偿原理),开发了能对大流量实现精确控制的电液比例调速阀。

　　1 基于压差)电气)面积补偿原理的流量控制算法

　　根据节流调速原理,通过节流阀的流量

　　式中Cd--流量系数

　　A--节流口的通流截面积

--节流阀进出口压差

　　Q--油液密度

　　要使Q保持恒定,方法一是调定面积A不变的情况下,通过压力补偿的办法使不变,这就是上述常用的压差补偿法。方法二是变化时,调节节流口的通流截面积,使Q保持恒定。这可以通过把变化引起的流量变化,用改变输入的控制电压信号以使流量得到补偿的方法来实现,也即是所谓的压差)电气)面积补偿法。

　　为实现压差)电气)面积补偿,需寻求一个算式,使动态检测到节流阀两端压差时,能通过这一算式求得节流阀阀口的开度,进而控制输出流量.

　　采用矩形的阀口结构设计,可使节流阀的通流截面积A与节流阀阀芯的位移x(即节流阀阀口开度)成正比,那么,由式(1),可以得到:

　　式中K--节流阀的面积梯度,常数

　　x--节流阀阀芯的位移量

　　式(2)是调速阀实际流量的表达式,假设设定流量为Q0,要使实际流量Q保持为设定值,须使:

　　由式(3)可知,当变化时,节流阀阀芯位移x就会作出相应的调整,使并且式中的阀口开度x、压差$P都是通过传感器检测到的,与比例电磁铁的输出电流无关,这就克服了比例电磁铁的非线性和磁滞的影响,从而大大提高了阀的控制精度。

　　可采用闭环控制来实现节流阀阀芯位移x动态跟随压差的变化,这时需要动态检测到两个变量:节流阀阀芯位移x和节流阀进出口压差。对x变量,可以用位移传感器检测到。对压差,由于目前的差压传感器量程最大的只有2~4MPa,明显不适于大流量、高压差的控制要求,所以要在进出油口处各装一个压力传感器,并在比例放大器中设置相应的运算电路来求得压差。