比例流量閥的數字化改造

為實現液壓系統的全數字控制，有必要對液壓元件進行數字化改造。改進后的數字控制流量閥具有許多優點，如極易與計算機連接、價格低廉、抗污染和傳統型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數是固定的，流量與抗干擾能力強、流量特性有顯著提高。

1. 數字控制閥的改進方法和工作原理

傳統型電液比例流量閥的流量公式為

Q=CI_T

式中：q為比例閥的導通流量；I_T為比例閥電磁鐵線圈的電流；C為常數。

比例閥的流量特性曲線如圖39所示。由圖39 (a)可見，傳統型比例流量閥電磁鐵線圈的匝數是固定的，流量與比例電磁鐵線圈電流或電磁力的大小成正比，因此傳統型比例流量閥是通過改變輸入比例電磁鐵的電流，來控制輸出流量的大小的。如用計算機來控制，需要有數模( D/A)轉換裝置把數字信號轉換成模擬信號后，再輸入電控放大器。

傳統型電液比例流量閥比直接用數字信號控制的流量閥，其成本高，可靠性和重復精度差，而且模擬量的控制復雜，因此對傳統型電液比例流量閥進行了數字化改進，其結構原理如圖40所示。將電磁鐵線圈按等匝數均勻設置若干抽頭分別與電子開關相連。根據電磁學可知，電磁鐵的電磁力由式(8-17)計算，即

  F=(107/8π)BS(N)    (8-17)

      B=(μ/L)IN       (8-18)

  F=(107μS/8πl)IN    (8-19)

由式(8-19)可知，電磁鐵的電磁力F與線圈的安匝數IN成正比，當線圈以恒流供電時，只要改變電磁鐵線圈的匝數N就可改變電磁鐵電磁力的大小。這樣用數字信號控制電子開關，使電磁鐵線圈的抽頭按實際需要通電或斷電，便可改變電磁鐵電磁力的大小，從而控制輸出流量的大小，實現流量的數字控制。

2．電磁鐵線圈的控制電路

比例磁鐵線圈控制電路如圖40所示，將電磁鐵線圈按等匝數均勻設置16個抽頭分別與(K0～K15) 16個電子開關相連接，穩流電源分別通過這16個電子開關給線圈提供恒定的電流。16個電子開關的工作狀態由4～16譯碼器CC4514的16個輸出端控制，譯碼器CC4514輸出為高電平有效，即當Yi=1時電子開關Ki閉合，i的取值為0～15。當計算機從“0000-1111”范圍內的4位數中，選擇實際需要流量所對應的4位數字信號，送到譯碼器的4個輸入端時，譯碼器的16個輸出端子當中，僅有一個與輸入的4位數據對應的端子輸出高電平，該端子所連接的電磁鐵線圈通電，產生相應的電磁力來控制流量閥得到所需要的流量。通過流量閥的流量就按計算機輸出的數據變化而交化，實現了由數字信號來控制流量閥的目的。

電磁鐵線圈的抽頭也可取8、32等，抽頭個數越多，流量梯度越小。為改善流量閥的性能克服流量控制死區，設計時在電磁鐵線圈一端增加一組電磁鐵補償線圈如圖39(b)所示，給電磁鐵補償線圈通交流電源產生交變磁動勢。由實驗選擇合適的補償線圈電流，使其產生的交變磁動勢大小等于數字流量閥閥口處于臨界開啟狀態所需的電磁力，調試好后固定封裝，使數字流量閥流量特性的“死區”得以消除，數字閥的流量特性得到進一步提高。

3．總結

該數字控制流量閥控制電路簡單，易于將電路與閥門組裝在一起成為電液一體化閥門，并且與微機接口非常方便，可直接用數字信息控制，大大降低了成本。閥的補償裝置可消除流量控制死區，提高了閥的響應速度和靜態控制精度；同時閥的重復精度、可靠性也得到了提高。