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                        球閥,蝶閥,截止閥,氣動球閥,氣動角座閥

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                        電液伺服技術用于球閥等閥門的高精度流量控制

                        電液伺服控制蝶閥精度高、線性度好、滯回小、頻響可根據工程實際進行設定,調整方便。測試標明除蝶閥外,電液伺服技術也可用于球閥等閥門的高精度流量控制。

                        將電液伺服技術應用于蝶閥蝶板的高精度控制,給出高精度電液伺服控制蝶閥的結構,利用AMESim軟件建立仿真模型,探討各主要結構參數對其動靜態特性的影響,并進行動靜態試驗。理論分析和試驗結果表明:電液伺服控制蝶閥精度高、線性度好、滯回小、頻響可根據工程實際進行設定,調整方便。目前,該蝶閥已在工程中應用。除蝶閥外,電液伺服技術也可用于球閥等閥門的高精度流量控制。

                          蝶閥由于其結構緊湊、啟閉迅速、流阻小、流量系數大,容易實現大口徑、大流量的流體輸送等特點,廣泛應用于煉鋼、電力、水利、化工等領域。目前,蝶閥主要應用于啟閉控制,隨著生產過程精度控制要求越來越高,還要求通過控制蝶閥蝶板的轉動角度來控制輸送的流量。隨著計算機技術的發展和電液伺服技術的廣泛應用,高精度流量控制的蝶閥成為一種可能。

                          基于電液伺服技術響應快、精度高、體積小、輸出力矩大等特點,作者提出了一種電液伺服控制蝶閥的結構,并根據其結構建立了AMESim仿真模型,對其動靜態特性進行仿真分析,探討系統各主要參數對動靜態特性的影響,并進行試驗驗證。

                        1、閥門高精度流量控制工作原理
                          電液伺服控制蝶閥控制所需油液很少,不必單獨增設液壓源,壓力油可直接從主液壓系統引入,并利用單向閥、蓄能器、減壓閥等元件,可減少主液壓系統壓力波動對電液伺服控制蝶閥系統的性能影響。主系統油泵9經減壓閥7將液壓油減壓輸送至伺服閥5,在輸入信號作用下,伺服閥5的閥芯移動,高壓油進入液壓缸4的一端,另一端通過伺服閥接回油,在壓差的作用下,使液壓缸活塞運動,并通過銷與撥叉3,驅動蝶閥閥桿轉動,使蝶板2轉動。蝶板的轉角由角度傳感器1檢測并反饋回輸入端,與輸入信號相比較得出誤差信號,經放大器放大后輸入伺服閥5,使蝶板的轉動角度與輸入角度相吻合。
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                        、閥門高精度流量控制建模與分析
                          為了更準確地反映系統的運動規律,利用AMESim軟件,建立了如圖2所示的液壓系統仿真模型。
                        當對仿真模型輸入階躍信號時,角度傳感器的輸出響應曲線如圖3所示??梢姡寒旊A躍信號為420mA時,蝶閥蝶板實現了90°的轉動,開啟響應時間約0.92s,關閉響應時間約0.97s。
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                        、閥門高精度流量控制仿真分析
                          系統的主要仿真參數有:減壓閥調定壓力、系統壓力、增益K、液壓缸活塞油壓作用面積、模擬負載扭矩等?;诮⒌姆抡婺P?,探討各主要參數對動態特性的影響,從而進行優化設計。改變上述參數,對動態特性進行仿真分析,仿真結果表明:
                        1)隨著減壓閥3調定壓力的增大,階躍響應時間逐漸縮短。當減壓閥調定壓力過低時,系統無法將蝶閥開啟;而當減壓閥調定壓力過高時,蝶板則轉動太快。因此,應根據應用場合選擇合適的減壓閥調定壓力,該系統減壓閥調定壓力范圍為615MPa。
                         (2)通過調整仿真模型中溢流閥6的壓力,模擬主系統油源壓力波動,系統壓力對響應的影響如圖5所示??梢姡?/span>3條反饋電流信號曲線基本重合,即由于系統采用了單向閥、蓄能器、減壓閥等元件,使減壓閥出口壓力保持不變,蝶板的角度控制特性不受系統壓力變化的影響。
                        (3)
                        蝶板轉動的階躍響應時間隨放大器增益K的增大而縮短。K值太小,響應過慢;K值太大,則蝶板轉動太快。當減壓閥調定壓力為15MPa時,增益K0.83,開啟響應時間約1.270.51s,關閉響應時間約1.120.49s。
                        (4)
                        液壓缸活塞油壓作用面積對蝶板響應特性的影響如圖7所示??梢姡呵€2的作用面積過小,產生的力不足以推動閥門啟閉,而曲線4的作用面積過大,在流量相同的情況下,運動速度相對較慢,響應時間較長。因此,該系統中選用活塞直徑40mm。
                        (5)
                        隨著模擬負載扭矩的增大,階躍響應速度減慢,當負載扭矩增大到一定值后,蝶板將無法開啟。該系統中模擬負載扭矩取200N·m。
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                        、閥門高精度流量控制試驗分析
                          在上述仿真分析的基礎上,搭建試驗系統對電液伺服控制蝶閥液壓系統進行了動靜態試驗驗證。試驗系統原理如圖9所示,信號發生器發送階躍或正弦信號,經直流電源偏置后,由采樣電阻采樣并輸送至示波器讀出;驅動電流與反饋電流比較后,經伺服放大器放大輸入伺服閥;伺服閥驅動液壓缸使撥叉轉動,撥叉帶動蝶閥蝶板轉動,轉動角度由角度傳感器測量并反饋,經采樣電阻采樣后由示波器讀出。
                        減壓閥調定壓力為15MPa時的電流蝶板轉角靜態特性試驗與仿真曲線如圖10所示。3條曲線(仿真曲線、蝶板轉角上升曲線、蝶板轉角下降曲線)基本重合,說明蝶閥蝶板的轉動與驅動電流呈良好的線性關系,且滯回很小,并驗證了仿真模型。
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                        、電液伺服技術用于球閥等閥門的高精度流量控制結束語
                          理論分析與試驗結果表明:將電液伺服技術應用于蝶閥流量高精度控制是可行的。除蝶閥外,也可應用于球閥等閥門。目前,該蝶閥已成功應用于鋼廠熱軋系統中。

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