液動(dòng)閥門(mén)電液控制系統的分析與研究

　　介紹了閥門(mén)電液控制系統的類(lèi)型、功能特點(diǎn)、工作原理和選用方法，分析了液動(dòng)閥門(mén)電液控制系統自動(dòng)化智能化控制的工況條件的閥門(mén)特性要求，提出了電液控制裝置的選用、使用與維護的建議。

1、概述

　　電液控制技術(shù)對機械設備實(shí)現智能化起到十分重要的作用。機械、電子和液壓控制技術(shù)相結合，會(huì )使機械設備的控制更加靈活，方便與微型計算機或PLC 工控機等電子設備對接。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為電液控制技術(shù)也影響著(zhù)液動(dòng)閥門(mén)產(chǎn)品的技術(shù)水平。

2、液壓驅動(dòng)方式

　　液動(dòng)閥門(mén)的驅動(dòng)方式有液壓油缸直接推拉式、液壓馬達驅動(dòng)式、齒輪齒條擺動(dòng)油缸驅動(dòng)式和螺線(xiàn)式擺動(dòng)油缸驅動(dòng)式。

　　(1) 液壓油缸

　　將油缸置于閥門(mén)上方，閥桿與油缸活塞桿連接，活塞運動(dòng)帶動(dòng)閥桿上下運動(dòng)，實(shí)現閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。液壓油缸直接推拉驅動(dòng)裝置常用于閘閥、截止閥等閥門(mén)的驅動(dòng)。

　　(2) 液壓馬達

　　將液壓馬達置于閥門(mén)上方，閥門(mén)閥桿與液壓馬達輸出軸中的螺母嚙合，液壓馬達旋轉驅動(dòng)閥桿上下運動(dòng)，實(shí)現閥門(mén)的啟閉。液壓馬達驅動(dòng)裝置常用于大中口徑的閘閥、截止閥和節流閥等升降桿式閥門(mén)的驅動(dòng)。

　　(3) 齒輪齒條擺動(dòng)式油缸

　　將擺動(dòng)式油缸置于閥門(mén)上方，閥門(mén)閥桿插入并固定在擺動(dòng)式油缸齒輪軸孔中，油缸活塞桿運動(dòng)，帶動(dòng)齒條及嚙合在齒條上的齒輪產(chǎn)生旋轉，實(shí)現閥門(mén)的啟閉，齒輪齒條擺動(dòng)式油缸驅動(dòng)裝置常用于大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥等閥門(mén)的驅動(dòng)。

　　(4) 螺線(xiàn)式擺動(dòng)油缸

　　將螺線(xiàn)式擺動(dòng)油缸置于閥門(mén)上方，將閥桿插入并固定在油缸輸出軸孔中，油缸活塞中的推力通過(guò)大角度螺旋線(xiàn)結構使油缸行程及推力轉換成擺角和轉矩、活塞上下運行使輸出軸產(chǎn)生旋轉，實(shí)現閥門(mén)的啟閉，螺線(xiàn)式擺動(dòng)油缸驅動(dòng)裝置常用于大中口徑蝶閥、球閥和旋塞閥等閥門(mén)的驅動(dòng)。

3、電液控制系統

　　電液控制系統分為開(kāi)關(guān)式控制系統、比例控制系統和伺服控制系統。

　　(1) 開(kāi)關(guān)式控制系統

　　開(kāi)關(guān)式控制系統的電控部分由開(kāi)關(guān)和電磁鐵等元器件通過(guò)繼電器控制形式所組成，控制液壓系統中常規電磁換向閥的通、斷，以控制油缸、液壓馬達的前進(jìn)( 正轉) 、后退( 反轉) 或停止�？刂葡到y中添加壓力繼電器、行程開(kāi)關(guān)和時(shí)間繼電器等元器件可實(shí)現對液壓系統的順序控制，驅動(dòng)和控制液動(dòng)閥門(mén)中的油缸、液壓馬達完成閥門(mén)開(kāi)啟、停止和關(guān)閉所需的動(dòng)作和時(shí)間。

　　(2) 比例控制系統

　　比例控制系統的電液比例控制核心是比例閥。比例閥是在普通液壓閥基礎上用比例電磁鐵取代液壓閥的手動(dòng)調節機構和普通電磁鐵。采用微電子信號給比例放大器，控制信號放大后給比例電磁鐵，即電子放大器根據輸入的電壓信號( 大小) ，輸出轉換成相應的電流信號( 如1mV = 1mA) 。電流信號送入比例電磁鐵，電磁鐵將根據電流大小轉換成位移或力，電信號的變化對應著(zhù)力或位移的變化。用不斷輸入的電信號實(shí)現對比例液壓閥的連續控制，從而實(shí)現對液壓參數中壓力、流量和方向的無(wú)級調節及控制。此外，還能對相應的時(shí)間過(guò)程，例如在一段時(shí)間內對執行機構( 油缸、液壓馬達) 中的流量變化、加速度變化、減速度的變化等進(jìn)行無(wú)級調節。輸入電信號方式有手調輸入式、程序輸入式和模擬輸入式。

　　(3) 伺服控制系統

　　伺服控制系統的自動(dòng)控制領(lǐng)域是液壓伺服控制重要的組成部分，是生產(chǎn)設備的性能、機械化和自動(dòng)化的水平不斷提高的必要條件之一。液壓伺服系統是利用反饋控制的基本原理將被控制對象的輸出量(如位移，速度或力等) 自動(dòng)、快速而準確的回輸反饋到系統的輸入端，并與給定值進(jìn)行比較形成偏差信號，以施加產(chǎn)生對被控對象的控制作用，即連續不斷糾正偏差，使被控制對象的輸出量與反饋給定值之差保持在容許的范圍之內，此時(shí)，輸出功率被大幅度地放大，伺服控制系統一般按控制要求分為自動(dòng)調節系統( 其輸入量為常值或隨時(shí)間緩慢變化，系

　　統的主要任務(wù)是在受到干擾時(shí)，使系統的實(shí)際輸出量保持或接近于期望值) 、程序控制系統( 其輸入量的變化規律是事先確定的，系統將自動(dòng)地使輸出量盡可能準確地按事先給定的規律變化) 和伺服系統(其輸入量為任意的時(shí)間函數，系統應使輸出量以一定的精度跟隨輸入量的變化而變化，若系統的輸出量是位置或速度之類(lèi)的機械量，工程中通常稱(chēng)伺服控制系統) 。

4、工作原理

　　在大口徑流體管道中，蝶閥蝶板的角度θ 產(chǎn)生變化會(huì )起到調節流量qr的作用。蝶板轉動(dòng)是由液壓缸帶動(dòng)齒條和齒輪進(jìn)行連續控制( 圖1) �？刂葡到y的輸入量是給定電位器的給定值xi。對應的xi有一定的電壓輸給放大器，放大器將電壓信號轉換為電流信號加到伺服閥的電磁線(xiàn)圈上，使伺服閥芯相應地產(chǎn)生一定的開(kāi)口量xv。xv使液壓油進(jìn)入油缸上腔，推動(dòng)油缸向下移動(dòng)。油缸下腔的油液則經(jīng)伺服閥流回油箱。油缸的向下移動(dòng)，使齒條和齒輪帶動(dòng)蝶板產(chǎn)生偏轉。同時(shí)，油缸活塞桿也帶動(dòng)流量傳感電位器的觸點(diǎn)下移xp。當xp所對應的電壓與給定值xi所對應的電壓相等時(shí)，兩電壓之差為0。這時(shí)，放大器的輸出電流亦為0，伺服閥關(guān)閉，油缸帶動(dòng)的蝶板停在相應于管道流量為qr的位置( 圖2) 。

1. 管道　2. 蝶板　3. 齒輪和齒條　4. 液壓缸　5. 流量傳感電位器　6. 給定電位器　7. 電液伺服閥　8. 放大器

圖1 液動(dòng)蝶閥控制管道流量的電液伺服系統

　　在液動(dòng)閥門(mén)電液控制系統中常用比例控制系統或伺服控制系統對閥門(mén)流量進(jìn)行精確控制，如燃油流量調節、冷卻水流量調節和風(fēng)門(mén)流量調節等。由于該項技術(shù)控制精度高，可靠性高、自動(dòng)化程度高和電液控制系統的技術(shù)含量高，使得設備的價(jià)格也高。

5、選用

　　選取液控閥門(mén)適宜的電液控制系統需掌握閥門(mén)特性、工況條件及對控制系統的要求。

　　5.1、閥門(mén)特性

　　(1) 閥門(mén)的用途及工作目的。

圖2 液動(dòng)蝶閥伺服系統實(shí)例

　　(2) 功能、性能及負載特性( 恒定負載、變化負載及沖擊負載) 、負載大小( 閥門(mén)操作力矩特性曲線(xiàn)及閥門(mén)力矩等) 、運動(dòng)方式( 擺動(dòng)、旋轉運動(dòng)、直線(xiàn)運動(dòng)) 、運動(dòng)量( 位移、速度、角度、角速度、加速度) 、慣性力、摩擦力( 靜摩擦力、動(dòng)摩擦力、粘性摩擦力) 、動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作特性及控制精度( 定位精度、重復精度、響應精度) 等。

　　(3) 閥門(mén)液壓驅動(dòng)裝置、電液控制系統之間連接條件，安裝上的限制條件等。

　　(4) 電源種類(lèi)及參數。如電流( 交流、直流) 、電流容量、電壓和穩定性( 是否有備用電源) 等。

　　(5) 控制操作方式( 手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)、近距離或遠距離) 和信號處理方式( 繼電器、邏輯電路、PLC可編程控制器或微型計算機) 。

　　(6) 循環(huán)時(shí)間( 管路系統中各液動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作順序及相互關(guān)系) 。

　　5.2、使用條件

　　(1) 工作時(shí)間( 工作制) 。

　　(2) 安裝使用場(chǎng)所( 室內、室外) 。

　　(3) 使用環(huán)境、環(huán)境溫度、濕度( 高溫、寒帶、熱帶) 、粉塵種類(lèi)和濃度( 防護、凈化等) ，腐蝕性氣體(所用元件的材質(zhì)，表面處理噴涂等) 、易燃易爆氣體( 防護措施) 、防振動(dòng)要求和噪聲限制。

　　(4) 安全性可靠性要求。

　　(5) 適用標準和法規。

6、建議

　　(1) 明確液動(dòng)閥門(mén)的特性，使用條件，安全性和可靠性要求及其它特殊要求。

　　(2) 對電液控制設計方案進(jìn)行交流完善。

　　(3) 對設備的布置，結構設計方案進(jìn)行明確。

　　(4) 液控閥門(mén)是機、電、液一體化產(chǎn)品，每部分專(zhuān)業(yè)性都很強，為保證產(chǎn)品質(zhì)量建議該產(chǎn)品應由電液控制系統專(zhuān)業(yè)設計制造商統一集成提供、產(chǎn)品中所采用的閥門(mén)信息應標注清晰。

　　(5) 出廠(chǎng)驗收大綱中的實(shí)驗方法及驗收內容要明確。

　　(6) 供方需提供現場(chǎng)電液控制系統的指導安裝調試服務(wù)。

　　(7) 培訓操作維修人員。

　　(8) 現場(chǎng)雙方驗收確認。

　　(9) 備品備件的準備。

　　(10) 設備投入運行。

7、結語(yǔ)

　　機、電、液一體化技術(shù)在閥門(mén)上的應用是科技現代化發(fā)展的需要，可以擴大閥門(mén)的使用功能，提高管道系統及裝備的的自動(dòng)化及智能化水平，使系統運行更安全、更可靠。