基于DSP控制的2D数字溢流阀性能研究

　　引 言

　　在液压系统中，溢流阀作为压力控制阀在液压设备中主要起定压溢流和安全保护作用。本文中的2D 数字溢流阀是数字阀的一种，其本身具有数字阀所具备的不需要 D/A 转换器,结构简单、工艺性好、价格低廉、抗干扰及抗污染能力强、重复性好、工作稳定可靠、功率小等优点[1]。所以相比于其他种类的溢流阀，2D 数字溢流阀的稳定性和动态响应特性更加地突出。

　　1 阀工作原理

　　2D 调压螺旋机构是2D 溢流阀机械结构设计的重要基础和关键，其工作原理是将电机械转换器带动的旋转运动转化为阀芯的直线运动，以此来调节阀口开度，以实现调压的目的。图1 所示是2D 数字溢流阀的工作原理图。

　　由图1 知，在溢流阀的阀芯左端开有一道螺旋槽，在阀芯上开有轴对称的高压孔和低压孔，其中高压孔通过阀芯内部流道与溢流阀的高压腔和液压系统的旁路相连，低压孔通过阀芯内部的流道与回油箱相连。当阀芯处于初始工作位置，高压孔与低压孔分别处于螺旋槽的两侧, 并与螺旋槽之间各形成微小的弓形缝隙的面积相等。采用该工作结构，使得溢流阀的结构更为简单，同时使得性能更加优秀。电机械转化器通过齿轮传动机构来控制阀芯的角位移。当液压系统压力不足，需要升压时，电机械转换器控制阀芯逆时针转动，使得高压孔和螺旋槽的重叠面积增加，低压孔与螺旋槽构成的重叠面积减小，此时，敏感腔的压力升高，在敏感腔油液压力的作用下，阀芯向右运动，使得溢流口的开口减少，高压腔内的压力上升，直到上升到给定的压力值。反之，若系统压力太高，需要降压时，则控制电机械转换器使得阀芯顺时针转动，使低压孔和螺旋槽的重叠面积增加，高压孔与螺旋槽的重叠面积减小，此时，敏感腔的压力降低，在压力差的作用下，阀芯向左移动，使溢流口的开口增加，高压腔压力下降，直到下降到给定的压力值。

　　2 运动转换机构工作原理

　　运动转换机构采用步进电机代替电-机械转换器，将 PWM 驱动信号转换为步进电机的角位移，由于电机的转子和齿轮是过盈配合，所以电机转子的角位移分毫不差地传递到齿轮上，并且在齿轮上开三个限位孔，通过限位销来限制电机转子最大角位移，转换为阀芯的直线位移，也就是阀芯直线位移的幅值。然后通过和摆轮的连接传递到溢流阀的阀芯上，以此将步进电机转子的角位移精确转换为阀芯的角位移，通过 2D 调压螺旋机构来实现阀芯的直线位移，从而实现调压的目的，如图2 所示。

　　3 数学模型