数字阀

数字阀

数字式二通插装阀控制组件（液压工程手册1187）

1 数字式压力控制组件

图8。9－36是Rexroth公司的数字式压力控制组件。主级是普通的溢流阀组件，先导级由5个先导压力阀和5个先导电磁阀组成。先导压力阀的压力调定值如图8。9－36所示。能够组合成的压力等级为25－1＝31级.

这种机构的特点是简单、可靠，不需要特殊的控制器。此种原理也适用于减压阀。

2 数字式流量控制组件

根据上述原理也可以构成二通插装阀数字式流量控制组件。

9．2电液数字阀（液压工程手册11280）

用数字信息直接控制的阀，称为电液数字控制阀，简称是数字阀。在国外已有一些数字阀系列产品。在微机实时控制控制的电液系统中，它部分取代了比例阀或伺服阀工作，为计算机在液压领域的应用开拓了一种新的方向。

9．2．1数字阀控制系统的工作原理和组成

用数字量进行控制的方法有：

脉宽调制（PWM），

脉频调制（PFM）

脉数调制（PNM），

脉码调制（PCM）和

脉幅调制（PAM）等，如图9。2－1

其中，用得最多的是脉宽调制和由脉数调制演变而来的增量控制法。

1增量式数字阀控制系统

采用步进电机做D/A 转换器，是在脉数（PNM ）信号的基础上，使每个采样周期的步数是在前一步数的基础上增加或减少一些步数，从而达到需要的幅值，图9。2－2所示。

图9。2。－3是增量式数字阀控制的电液系统方框图。由计算机发出需要的脉冲序列，经驱动电源放大后使步进电机得到一个脉冲时，它便沿着控制信号给定的方向转一步。每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角。步进电机转动时，带动凸轮或螺纹等机构旋转角度Δθ转换成位移量Δx ，从而带动液压阀的阀芯（或档板等）移动一定的位移。因此根据步进电机原有的位置和实际走的步数，可得到数字阀的开度。计算机可按此要求控制液压缸（或马达）。

2 脉宽调制（PWM ）式数字阀控制系统

脉宽调制信号是具有恒频率、不同开启时间比率的信号，如图9。2－4所示，脉宽时间t p 对采样周期T 的比值t p /T 为脉宽占空比，用它来表征该采样周期的幅值。用脉宽信号对连续信号进行调制，可将图9。2－4中的连续信号图a 调制成脉宽信号图b 。若调制的量是

流量，则每个采样周期的平均流量为T t q q n n /

，与连续信号处的流量相对应。在需要作二个方向运动的系统中，要用二个数字阀分别控制不同方向的运动。控制系统的方框图如图

9。2－5。

9.2.2数字式电液控制阀

（1）增量式数字控制阀

就是用步进电机驱动的液压阀，国外已有数字流量阀、数字压力阀和数字方向流量阀系列产品。

1）数字流量控制阀

A 压力补偿型数字流量阀

图9。2－6所示，其中图a为减压阀式压力补偿型油路图，图b安全式压力补偿型油路图，图c是压力补偿型数字阀的结构原理图。其中P口通原理油，C口通负载压力腔。当计算机发出信号，步进电机相应转动，通过凸轮使挡板2作往复运动。这时挡板与喷嘴1间的距离改变。挡板左移则Ａ２处压力上升，推动控制阀阀芯3左移，打开卡和口，使P腔与C腔相通，阀芯运动直到使喷嘴与挡板间的距离与原来相同时，阀芯才停止运动。因此给步进电机一定的步数，相应于阀芯一定的开度。在图c下方表示压力补偿装置的结构原理。平衡补偿阀芯4将P腔与T腔关闭。补偿阀芯左端直接与压力油腔相通。带弹簧5的右端则经固定节流孔6再与压力油腔相通。当负载腔C的压力下降时，补偿阀芯向右移动。从而使P 腔与T腔通，压力下降，直到P腔与负载腔的压差维持不变时，补偿阀芯停止运动。这样，在不同负载时保证了控制阀芯节流口前后压差的恒定，从而使通过阀芯节流口的流量也保持恒定。

这种数字流量阀的静态性能好，但结构复杂，动态性能较差。

B 步进电机直接驱动的数字流量阀

图9。2－7所示，当计算机给出信号后，步进电机1转动，通过滚珠丝杆2使旋转角度转化为轴向位移，带动节流阀阀芯3移动，阀口开启。步进电机转动一定步数，相当于阀芯一定开度。这种结构可控制相当大的流量，可达3600L/min。

2）数字方向流量阀

数字方向流量阀的原理图如9。2－8所示，图a和b是无压力补偿和有压力补偿的数字方向流量阀油路图，图c是它的结构原理图。图中压力油由P口进入，A口及B口通负载腔。T 口回油，P.P口是先导级控制用的压力油口。

3）数字压力阀

图9。2－9所示，计算机发出脉冲信号，使步进电机1转动，带动偏心轮2转动顶杆3作往复运动，从而使弹簧的压缩量及先导级的针阀4开度产生相应的变化，也就是调整了压力。该数字阀的最高压力和最低压力取决于凸轮轴的行程和弹簧的刚度及压缩量。

（2）脉宽调制式数字阀

用脉宽调制原理控制的高速开关型数字阀由于只有“开”、“关”二种工作状态，因而有结构简单紧凑、价格低廉、抗污染能力强的优点。

用脉宽调制原理进行控制时，采样周期恒定，输出流量正比于脉宽占空比tp/T，计算机程序编制比较方便，控制精度较高。由于阀的动态性能的限制，即阀的开启和关闭需要时间。因此在起始阶段有死区，在终了阶段有饱和，可控部分只限于一定范围。

这种阀已有几种结构型式，也有一些应用，但尚未形成产品，现有的一些结构型式有：

1）盘式电磁铁――锥阀组合的高速开关型数字阀

2）螺管电磁铁和阀组合的高速开关型数字阀

3）球式高速开关型数字阀

4）压电晶体和滑阀组合的高速开关型数字阀

脉宽调制式数字阀，切换时间都在毫秒以内。流量也比较小。可用以控制较小的流量，也可用作先导级控制大流量的阀。

9．2．5数字阀的性能指标

数字阀的性能指标目前还没有统一的规定和标准。数字阀的性能指标既与阀的性能有关，也与放大器的结构、微机的软、硬件有关，所以实际上称为数字阀装置的性能指标更为恰当。主要从静态性能和动态性能两方面。