流量控制閥在壓力控制系統中的應用

2013-08-14 房小立 武漢科技大學機械自動化學院

  在實際液壓系統中,一些伺服閥由于長期的磨損,泄漏量會增大,不能滿足生產的需要。根據壓力形成的原理,可以利用這些泄漏量大的伺服閥作為壓力控制系統的控制元件。

1、液體壓力的形成原理

  液體壓力的形成與變化的快慢與流過控制體積邊界的流量大小有關。在實際的液壓系統中,沒有絕對封閉的容腔,只有存在液體流動狀態的壓力容腔。容腔的界面上有流量通過,假設流進一個封閉容腔的流量為qv1,流出這個容腔的流量為qv2,那么這個封閉容腔的壓力就與qv1和qv2有關系。可以通過控制qv1與qv2的大小來控制這個封閉容腔的壓力變化。

2、對零開口滑閥進行壓力控制的分析

  一個理想的零開口滑閥閥口示意圖如圖1所示,當閥芯處于中位時,油口P、A、B、T相互都不通。

圖1 零開口滑閥閥口示意圖

  圖2是一個使用了一段時間之后的零開口滑閥的閥口示意圖。可以看到:閥芯與閥套之間的間隙明顯增大,導致該閥的泄漏量增大,不能夠在位置控制系統中精確地控制位置。此時當閥芯處于中位時,P與A、B相通,A、B都與T通。關閉A、B口,調節零偏,使閥芯處于左位或右位時,P只與A或B通,A與B都與T通,這剛好形成兩個封閉容腔。以閥芯處于右位為例,此時,P與A通,A與T通,對A容腔,既有流量流進,又有流量流出,這符合液體壓力形成的原理,可以進行壓力控制。

圖2 磨損后閥口示意圖

  如圖3所示,只要控制閥芯位移,改變qv1和qv2的大小就可以控制A腔壓力的變化。

圖3 密閉容腔液體壓力形成示意圖

3、壓力控制實驗

  采用一個泄漏量已經達到20L/min的伺服閥(型號為MOOGD634)作為壓力控制系統的控制元件,實驗系統圖如圖4所示。

圖4 壓力控制系統實驗原理圖

  如圖4所示,壓力控制是一個閉環控制。一個給定的輸入對應一個輸出壓力,當輸出壓力與給定信號不對應時,反饋與給定控制對應的閥芯位移,調節qv1與qv2的大小使輸出壓力與給定信號相對應。

  Kp為壓力控制系統閉環增益,當Kp=0.16時監測給定ug、輸出壓力p與反饋電壓Up,得到如表1所示的實驗數據。

表1 測試實驗數據

  根據表1,得到ug與p的關系如圖5所示。

圖5 給定ug與輸出壓力p的關系圖

  通過圖5可以看出,輸出壓力p與ug給定成線性關系,說明用這種泄漏量大的伺服閥進行壓力控制的方案是可行的。

4、結論

  實驗證明,采用泄漏量大的伺服閥進行壓力控制是可行的。實際上,用泄漏量小的零開口或正開口的流量控制閥也可以進行壓力控制,不過這時泵站的功率損失增大,溫度上升快,不能應用于需要長時間進行壓力控制的場合。