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電氣比例閥、伺服閥的工作原理

發(fā)布日期:2022-03-08| 瀏覽:

  電氣比例閥和伺服閥按其功能可分為壓力式和流量式兩種。壓力式比例/伺服閥將輸給的電信號線性地轉(zhuǎn)換為氣體壓力;流量式比例/伺服閥將輸給的電信號轉(zhuǎn)換為氣體流量。由于氣體的可壓縮性,使氣缸或氣馬達(dá)等執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度不僅取決于氣體流量。還取決于執(zhí)行元件的負(fù)載大小。因此精地控制氣體流量往往是不要的。單純的壓力式或流量式比例/伺服閥應(yīng)用不多,往往是壓力和流量結(jié)合在一起應(yīng)用更為廣。

  電氣比例閥和伺服閥主要由電---機(jī)械轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)放大器組成。但隨著近年來廉價(jià)的電子集成電路和檢測器件的大量出現(xiàn),在1電---氣比例/伺服閥中越來越多地采用了電反饋方法,這也大大提了比例/伺服閥的性能。電---氣比例/伺服閥可采用的反饋控制方式,閥內(nèi)就增加了位移或壓力檢測器件,有的還集成有控制放大器。

  一、滑閥式電氣方向比例閥

  流量式四通或五通比例控制閥可以控制氣動(dòng)執(zhí)行元件在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度,這類閥也稱方向比例閥。圖示即為這類閥的結(jié)構(gòu)原理圖。它由直流比例電磁鐵1、閥芯2、閥套3、閥體4、位移傳感器5和控制放大器6等贊成。位移傳感器采用電感式原理,它的作用是將比例電磁鐵的銜鐵位移線性地轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出??刂品糯笃鞯闹饕饔檬牵?/p>

  1)將位移傳感器的輸出信號進(jìn)行放大;

  2)比較指令信號Ue和位移反饋信號Uf,得到兩者的差植U;

  3)將U放大,轉(zhuǎn)換為電流信號I輸出。此外,為了改善比例閥的性能,控制放大器還含有對反饋信號Uf和電壓差U的處理環(huán)節(jié)。比如狀態(tài)反饋控制和PID調(diào)節(jié)等。

  帶位置反饋的滑閥式方向比例閥,其工作原理是:在初始狀態(tài),控制放大器的指令信號UF=0,閥芯處于零位,此時(shí)氣源口P與A、B兩端輸出口同時(shí)被切斷,A、B兩口與排氣口也切斷,無流量輸出;同時(shí)位移傳感器的反饋電壓Uf=0。若閥芯受到某種干擾而偏離調(diào)定的零位時(shí),位移傳感器將輸出壹定的電壓Uf,控制放大器將得到的U=-Uf放大后輸出給電流比例電磁鐵,電磁鐵產(chǎn)生的推力迫使閥芯回到零位。若指令Ue>0,則電壓差U增大,使控制放大器的輸出電流增大,比例電磁鐵的輸出推力也增大,推動(dòng)閥芯右移。而閥芯的右移又引起反饋電壓Uf的增大,直至Uf與指令電壓Ue基本相等,閥芯達(dá)到力平衡。此時(shí)。

  Ue=Uf=KfX(Kf為位移傳感器增益)

  上式表明閥芯位移X與輸入信號Ue成正比。若指令電壓信號Ue<0,通過上式類似的反饋調(diào)節(jié)過程,使閥芯左移壹定距離。

  閥芯右移時(shí),氣源口P與A口連通,B口與排氣口連通;閥芯左移時(shí),P與B連通,A與排氣口連通。節(jié)流口開口量隨閥芯位移的增大而增大。上述的工作原理說明帶位移反饋的方向比例閥節(jié)流口開口量與氣流方向均受輸入電壓Ue的線性控制。

  這類閥的優(yōu)點(diǎn)是線性度好,滯回小,動(dòng)態(tài)性能高。

  二、滑閥式二級方向伺閥

  下圖所示為一種動(dòng)圈式二級方向伺服閥。它主要由動(dòng)圈式力馬達(dá)、噴嘴擋板式氣動(dòng)放大器、滑閥式氣動(dòng)放大器、反饋彈簧等組成。噴嘴檔板氣動(dòng)放大器做前置級,滑閥式氣動(dòng)放大器做功率級。

  這種二級方向伺服閥的工作原理是:在初始狀態(tài),左右兩動(dòng)圈式力馬達(dá)均無電流輸入,也無力輸出。在噴嘴氣流作用下,兩擋板使可變節(jié)流器處于全開狀態(tài),容腔3、7內(nèi)壓力幾乎與大氣壓相同?;y閥芯被裝在兩側(cè)的反饋彈簧5、6推在中位,兩輸出口A、B與氣源口P和排氣口O均被隔開。

  當(dāng)某個(gè)動(dòng)圈式馬達(dá)有電流輸入是(例如右側(cè)力馬達(dá)),輸出與電流I成正比的推力Fm將擋板推向噴嘴,使可變節(jié)流器的流通面積減小,容腔6內(nèi)的氣壓P6升高,升高后的P6又通過噴嘴對檔板產(chǎn)生反推力Ff。當(dāng)Ff與Fm平衡時(shí),P6趨于穩(wěn)定,其穩(wěn)定值乘以噴嘴面積Ay等于電磁力。另一方面,P6升高使閥芯兩側(cè)產(chǎn)生壓力差,該壓力差作用于閥芯斷面使閥芯克服反饋彈簧力左移,并使左邊反饋彈簧的壓縮量增加,產(chǎn)生附加的彈簧力Fs,方向向右,大小與閥芯位移X成正比。當(dāng)閥芯移動(dòng)到壹定位置時(shí),彈簧附加作用力與7、3容腔的壓差對閥芯的作用力達(dá)到平衡,閥芯不在移動(dòng)。此時(shí)同時(shí)存在閥芯和擋板的受力平衡方程式:

  Fs=KsX=(P6-P5)Ax

  Ff=P6Ay=KiI

  KS----反饋彈簧剛度

  Ax----閥芯斷面積

  Kf----動(dòng)圈式力馬達(dá)的電流增益。

  在上述的調(diào)節(jié)過程中,左側(cè)的噴嘴擋板終處于全開狀態(tài),可以認(rèn)為P5=0,代入后整理上述兩式可得

  X=(AxKi/AyKs)*I

  閥芯位移與輸入電流成正比。當(dāng)另一側(cè)動(dòng)圈式馬達(dá)有輸入時(shí),通過上述類似的調(diào)節(jié)過程,閥芯將向相反方向移動(dòng)壹定距離。

  當(dāng)閥芯左移時(shí),氣源口P與輸出口A連通,B口通大氣;閥芯右移時(shí),P與B通,A口通大氣。閥芯位移量越大,閥口開口量也越大。這樣就實(shí)現(xiàn)了對氣流的流動(dòng)方向和流量的控制。

  這類閥采用動(dòng)圈式馬達(dá),動(dòng)態(tài)性能好,缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。


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