OpcServer在永新纸业纸卷输送系统中的应用

收稿日期:2010-05-25作者简介:焦云月(1955-)，男，工程师，研究方向为二通插装阀、球式电磁换向阀、液压集成块设计，及液压控制系统原理图设计、自动化PLC编程等.技术篇2010年第五期49数字压力阀性能优势和结构研究焦云月(上海航海设备有限责任公司，上海200136)摘要:为使更多的工程设计人员对新型液压阀—数字阀的设计和应用有一个较全面的认识和提高，详细介绍了数字阀的性能优势及机械结构原理、控制方式及应用场合.关键词:数字压力阀;结构;控制中图分类号:TH137.521文献标识码:A文章编号:1PerformanceAdvantageandStructuralResearchofDigitalPressureValveJIAOYun-yue(ShanghaiNavigationGearCo.，Ltd，Shanghai200136，China)Abstract:Asanewkindofhydraulicpressurevalve，thispaperhasresearchedtheadvantageperformance，thetheoryofmachinestruc-ture，controlmethodandapplicationoccasionofdigitalpressurecontrolvalve.Itwillmakeengineersacompre-hensivecognitionandimprovementtothedesignandapplicationofthedigitalpressurecontrolvalve.Keywords:digitalpressurecontrolvalve;structure;control0引言目前在国内液压行业中，对系统压力动态控制，通常采用模拟量控制的电液伺服阀和比例阀.数字阀是国外公司从20世纪90年代发展起来的采用数字控制的液压阀.数字阀的控制信号只有“开”和“关”两种状态，因而控制起来比较方便，与电液伺服阀或比例阀相比，数字阀具有结构简单、工艺性好、价格低廉，控制方便、灵活、抗电磁干扰及抗油液污染能力强、工作稳定可靠、重复性好以及放大器功耗小等优点，已经越来越受到相关行业工程设计人员的重视.1数字压力阀结构数字压力阀结构见图1，机能符号见图2.2工作原理压力油从P口进入锥阀座(2)中，通过锥阀(3)与调压弹簧(4)形成力的平衡.程序控制器输出脉冲，经驱动器放大，作用于步进电机(11).步进电机每得到一个脉冲信号，便沿着控制信号给定的方向旋转一个固定的角度.步进电机转角步数与输入的脉冲数成正比，带动滑块(10)，推动调压头(9)从而调节调压弹簧的弹力.检测开关(8)用于步进电机的找零.P口油压力与弹簧的弹力之间的关系如下:P-T口截止条件Pp*SPf(1)P-T口导通条件Pp*S≥Pf(2)式中，Pp为P口的油压力;Pf为弹簧力;S为锥阀座与锥阀接触的圆形面积.从式(1)和式(2)可知，只要调整弹簧力的大小，收稿日期:2010-05-25作者简介:焦云月(1955-)，男，工程师，研究方向为二通插装阀、球式电磁换向阀、液压集成块设计，及液压控制系统原理图设计、自动化PLC编程等.技术篇2010年第五期49就能控制阀口的通断条件，从而调节P口的压力.S为常数，则Pp与Pf成正比关系.由此得到步进电机接收到的单位时间脉冲数与液压系统压力的对应关系(见图3).1.块体;2.锥阀座;3.锥阀;4.调压弹簧;5.弹簧座;6.密封圈;7.轴套;8.检测开关;9.调压头;10.滑块;11.步进电机;12.端盖;13.销;14.连接螺钉;15.密封圈图1数字压力阀结构图2机能符号图3单位时间脉冲数与液压系统压力的对应关系从图3中可看出，脉冲数决定压力大小，时间决定加压快慢.由于步进电机的步距角(输入1个脉冲，电机转过的角度)经细分，可以做到很小:α1=α/K(3)α1为细分后的步距角(°)，K为细分值(常数:常用细分有64、128、256、512)，α为两相混合式步进电机步距角为1.8°.则细分后的步距角为:(K取256)α1=1.8°/256=0.007°步距角与弹簧的压缩量的关系式为:L=α1/360*h(4)L为弹簧的压缩量(mm)，h为螺距(滑块中螺纹转360°，h=0.8mm).则1个步距角转换成弹簧的压缩量为:L=α1/360*h=0.007/360*0.8=1.6*10－5(mm)弹簧力公式:Pf=P′*L(5)Pf为弹簧力(N)，P′为弹簧刚度(N/mm，数第五期2010年技术篇57字阀中的弹簧刚度一般取10～15N/mm.本例取15N/mm).则细分后1个步距角引起弹簧力的变化为:Pf=P′*L=15*1.6*10－5=0.00024(N)由于Pf很小，所以可以把图3的曲线看成是一条平滑的压力曲线，见图4.一般数字压力阀流量较小，通常用于压力先导级控制.数字阀的油口安装面采用ISO4401-AB-03-4-A、DIN24340及GB2514，实际应用中可与二通插装阀Y型盖板配合使用，可以控制通经最大为50mm、系统压力最大为31.5MPa的油路系统.根据用户系统工况需要，实现多级实时调压.见图5.图4压力曲线图5多级实时调压图控制原理见图6.图6控制原理图阀芯所受的合力(铅垂方向)为:∑F=PA*AA－PX*AX－FK－FH其中:PA为阀芯底部油口A处的压力，AA为阀芯底部油口A处的承压面积，PX为阀芯控制腔X处的压力，AX为阀芯控制腔X处的承压面积，FK为弹簧力，FH为阀口液动力.与液压力相比，弹簧力和阀口液动力很小，均可忽略不计，故有:∑F=PA*AA－PX*AX(6)压力阀工作时，主阀芯应开启，并在阀口处形成压降，此时阀芯处于静力平衡状态，即:∑F=PA*AA－PX*AX=0同时，由于AA:AX≈1:1，即AA=AX，所以PA=PX.而PX受控于数字压力阀，故调节数字压力阀，即可调节油口A处的液压力.用户系统工作框图见图7.图7开环控制系统程序控制可以是家用电脑、单片机或PLC控制器等.驱动器用于驱动步进电机.执行机构为油缸、油马达等.信号反馈可以是:位置反馈，如接近开关、光电开关、光栅尺及行程开关等.压力反馈，如压力继电器、电接点压力表等.3数字阀性能特性数字阀的静态特性主要有:重复精度高，非线性误差小，定位精度高，分辨率高.与比例电磁铁比，滞环小无累积误差，重复第五期2010年技术篇57性好.数字控制可对瞬态过程进行编程控制，实行无冲击起动、制动、换向，这是模拟量控制难以实现的.数字量控制的抗干扰能力远大于模拟量.数字阀、比例阀、电液伺服阀性能比较见表1.5结束语数字阀对国内来说，是一新型阀种.在设计和应用中，难免有一个了解、掌握、提高的过程.随着设计水平的提高，以及成功应用的案例增多，相信数字阀(下转第57页)大为0.013MPa，其压降与同流量下的理论计算值0.0142MPa比较接近.图4网式过滤器的流量-压降特性线图3结论本文采用的网式过滤器压降计算方法与实际测(上接第51页)表1数字阀、比例阀和电液伺服阀性能比较量结果基本吻合，这表明该理论计算方法是可行的，可以为网式过滤器设计提供设计参考.参考文献:［1］王宪成，高希彦，张豫南，等.丝网过滤器压降解析模型研究［J］.大连理工大学学报，2001，41(3):306-309.［2］姚培，潘文群，李恩田.输送油管网式过滤器压降的试验研究［J］.管道技术与设备，2008，3:32-33.［3］徐君，张贤明.真空滤油机中金属波纹板填料压降计算与试验研究［J］.重庆工商大学学报(自然科学版)，2008，25(2):324-327.［4］杨国华，周江华.双层滤料过滤床的压降特性研究［J］.热能动力工程，2007，22(3):267-269.在液压系统自动化控制中，显现越来越大的优势.参考文献:［1］路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京:机械工业出版社，2002.［2］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.［3］王春行.液压伺服控制系统第二版［M］.北京:机械工业出版社，1989.［4］王庆国，吴建胜.二通插装阀控制系统设计时需要注意的几个问题［J］.液压与气动，2000，(4):23-24.［5］李壮云，葛宜远，陈尧明.液压元件与系统［M］.北京:机械工业出版社，1999.［6］中船重工第七0四研究所.液压阀产品样本［M］.上海:中船重工第七0四研究所，2006.