液压换向阀的线性应用方法研究螺纹机

液压换向阀的线性应用方法研究

液压换向阀的线性应用方法研究 2012 1 水轮机调速器位置伺服系统 现代水轮机调速器由微机调节器串联电液位置倒服系统组成，微机调节器完成机组转速、功率的调节运算，输出调节信号作为电液位置倒服系统的给定，电液位置倒服系统使油缸跟随调节信号，控制水轮机进水量，实现对水轮机的转速与功率的控制。 电液位置倒服系统是由电气信号放大电路、液压换向阀、油缸和位移传感器组成的反馈控制系统构成，其构成如图1所示。

在水轮机调速器电液位置倒服系统中，液压换向阀常采用比例换向阀或电磁换向阀。阀对流量的控制可以分为两种：一种是开关控(如电磁换向阀、)：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态；另一种是连续控制(如比例阀、)：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小。 比例换向阀采用比例电磁铁，在一个电压区间里，阀芯位移与电磁铁电压成线性(比例、)关系，由电气信号补偿中位死区后，电液倒服系统等效信号图如图2所示。

电磁换向阀采用普通电磁铁，通常用开关式控制，电液倒服系统等效信号图如图3所示。

比例阀线性控制方法精度高、动态特性好、无响声，但成本较高；电磁阀开关控制方法满足精度要求、动态特性较好、成本低，但有时产生油击响声。仔细研究电磁阀的电压位移特性后，虽然电磁阀的位移动作特性线性度不如比例阀，单调特性区间较窄，由于电液倒服系统为反馈校止控制系统，仍然可以应用比例阀的类似方法控制电磁阀，消除油击现象，并获得与应用比例阀一样的动态特性。2 比例阀与电磁换向阀的特性比较

水轮机调速器位置伺服系统中，电磁换向阀和比例换向阀都采用三位四通滑阀型式。虽然电磁换向阀和比例换向阀的阀芯结构不同，但其根本差别是：电磁换向阀使用的是一般电磁铁，而比例阀使用的是比例电磁铁。 在工作行程范围内，比例电磁铁的磁通气隙为一常数，电磁力与线幽电流成比例，电流一定时，电磁力不随阀芯位移而改变。但是由于复位弹簧弹力与位移成止比，在某一位移处与电磁力平衡，所以阀芯位移与电磁力成正比，即正比于线网电流，在线围电阻一定时，也正比于线围电压。 一般电磁铁在阀芯位移变大时磁通气隙变小，电流一定时，电磁力随阀芯位移变大，所以在工作行程范围内阀芯位移与线幽电压不成正比，线围电压较大时，阀芯位移加速达到最大值。只有一小段阀芯位移与线围电压近似成正比。 在实际应用中，对于比例阀，通常关注它的线性区间，做线性连续控制；对于电磁换向阀，通常关注它的全开、全关电压，做开关控制。 电磁换向阀做开关控制：通过设置死区和定脉宽变剧期式PWM方式实现电磁换向阀的开关控制。例如：工程中常设定误差≤O．5％时，停止开关动作，每次开关线包时间固定为60mS。方案缺点：突然开断会产生油击现象，因动作频繁会引起设备密封元件松动和油管的疲劳损坏。

比例阀做连续控制：比例阀为线性元件，能根据给定值与实际值之间误差大小实现比例调节，误差大则输出流量大，误差小则输出流

量小，无突然开断，能消除油击现象。方案缺点：因为线性要求高，一般价格较为昂贵，在小型液压控制系统中增加了较多的设备成本。3 电磁换向阀的位移特性及应用 由于电磁阀在近似线性区间的动态漂移过程速度相当慢，忽略其过程，得到4WE6电磁换向阀位移一电压关系特性实测结果如表1所示，图4给出了电磁换向阀和比侈0阀的特性曲线。

根据实测结果可知：电磁换向阀在9．6～1 4V之间有一段单调上升区间。可以利用这段单调上升特性实现电磁阀的近似线性控制。 水轮机控制系统由微机控制器、位置倒服系统、水轮机组三个部分组成。水轮机调速器包括前两个部分。位置倒服系统中，通过死区补偿和线幽电流线性放大的方法，将微机控制器的输出电压和位移传感器电压的偏差放大，对电磁换向阀作线性控制。 如实测结果所示，在电压约＜9．6 V时，电磁换向阀无动作；在电压约>9．6 V时，电磁换向阀开始动作。若要实现给定值与实际值之间误差的准线性调节，必须进行死区补偿使误差出现时，线包电压>9．6 V，电磁换向阀开始动作。4 应用电磁换向阀的系统特性测试

应用电磁换向阀的水轮机调速器与水轮机计算机仿真系统连接，可以对控制性能进行仿真检测，通常以机组甩负荷控制特性曲线为主要检测项目，观察机组频率、油缸行程的动态调节过程及整个调节系统的性能。 应用电磁换向阀时的特性曲线如图5所示，应用比例换向阀时的特性曲线如图6所示。 由动作特性曲线可知，用电磁换向阀控制水轮发电机和用比例换向阀控制水轮发电机相比，其动态调节过程基本一致，油缸动作连续平滑，电磁阀完个可以代替比例阀用于水轮发电机的控制，以降低成本。数百台调速器的实际应用也充分证明了这一点。5 结束语

电磁换向阀的位移一电压关系特性在9．6～14 V之间有一段近似线性区间，充分利用这一特性，对液压油缸进行线性控制，获得了比较满意的效果，有效地解决了用开关控制方式时的油击现象，提高了可靠件，同时可获得与采用比例阀控制近似的调节品质，有效地降低了小型水轮机微机调速器的成本。实际使用中，由于电磁换向阀的通流量比相同通径的比例阀大一个等级，应选用较小通径的电磁换向阀。

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