7.4电液数字控制阀 7.4.1电液数字控制阀的工作原理 电液数字控制阀(简称数字阀)是用数字信号直接控制阀口的开启与关闭,从而达到控制液流的方向、压力和 流量目的的阀类。与电液伺服阀和比例阀相比,数字阀的突出特点是:可直接与计算机接口,不需DA转换器,结 构简单;价格低廉;抗污染能力强;操作维护方便:而且数字阀的输岀量准确、可靠地由脉冲频率或宽度调节控 制,抗干扰能力强,可得到较高的开环控制精度等,所以得到了很快发展。在计算机实时控制的电液系统中,已部 分取代比例阀。根据控制方式的不同,电液数字阀分为增量式数字阀和脉宽调节(PWM)式高速开关数字阀两大 1.增量式电液数字阀 增量式数字阀是采用脉冲数字调制演变而成的增量控制方式,以步进电机作为电气一机械转换器,驱动液压阀 芯工作,因此又称为步进式数字阀。增量式数字阀控制系统工作原理如图7-23所示。微型计算机发出脉冲序列经 驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件,根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调 制法演变而成的一种数字控制方法,是在脉冲数字信号的基础上,使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数 上,增加或减少一些步数,而达到需要的幅值:步进电机转角与输入的脉冲数成比例,步进电机每得到一个脉冲信 号,便得到与输入脉冲数成比例的转角,每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一固定的布距角,再通过机械转换器 (丝杄一螺母副或凸轮机构)使转角转换为轴冋位移,使阀口获得一相应开度,从而获得与输入脉冲数成比例的压 力、流量。有的数字阀还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。 脉严 位移 微型 ↑源[步进L△。机械式L△液压阀[△a 流液山 计算机□和号动器 电积 转换器 土体韭方及拨 △p 图7-23增量式数字阀控制系统工作原理图 2.脉宽调节(PWM)式高速开关数字阀 脉宽调节式高速开关数字阀(简称高速开关数字阀)的控制信号是一系列幅值相等、而在每一周期内宽度不同 的脉冲信号,其工作原理如图7-24所示。微机输出的数字信号通过脉宽调制放大器调制放大后使电气一机械转换 器工作,从而驱使液压阀工作。由于作用于阀上的信号为一系列脉冲,因此液压阀只有与之相对应的快速切换的开 和关两种状态,而以开启时间的长短来控制流量或压力。高速开关数字阀的结构与其他阀不同,它是一个快速切换 的开关,只有全开和全闭两种工作状态。电气一机械转换器主要是力矩马达和各种电磁铁 怏速开关式效了阂 做型 电/机 液压阂 液区[被控 计算机 放大器 转换器 主体 执行器 传感品 图7-24脉宽调节式高速开关数字阀控制系统工作原理图 7.4.2电液数字控制阀的的典型结构
7.4 电液数字控制阀 7.4.1电液数字控制阀的工作原理 电液数字控制阀（简称数字阀）是用数字信号直接控制阀口的开启与关闭，从而达到控制液流的方向、压力和 流量目的的阀类。与电液伺服阀和比例阀相比，数字阀的突出特点是：可直接与计算机接口，不需D/A转换器，结 构简单；价格低廉；抗污染能力强；操作维护方便；而且数字阀的输出量准确、可靠地由脉冲频率或宽度调节控 制，抗干扰能力强，可得到较高的开环控制精度等，所以得到了很快发展。在计算机实时控制的电液系统中，已部 分取代比例阀。根据控制方式的不同，电液数字阀分为增量式数字阀和脉宽调节（PWM）式高速开关数字阀两大 类。 1.增量式电液数字阀 增量式数字阀是采用脉冲数字调制演变而成的增量控制方式，以步进电机作为电气—机械转换器，驱动液压阀 芯工作，因此又称为步进式数字阀。增量式数字阀控制系统工作原理如图7—23所示。微型计算机发出脉冲序列经 驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件，根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调 制法演变而成的一种数字控制方法，是在脉冲数字信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数 上，增加或减少一些步数，而达到需要的幅值；步进电机转角与输入的脉冲数成比例，步进电机每得到一个脉冲信 号，便得到与输入脉冲数成比例的转角，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一固定的布距角，再通过机械转换器 （丝杆—螺母副或凸轮机构）使转角转换为轴向位移，使阀口获得一相应开度，从而获得与输入脉冲数成比例的压 力、流量。有的数字阀还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。 图7-23 增量式数字阀控制系统工作原理图 2.脉宽调节（PWM）式高速开关数字阀 脉宽调节式高速开关数字阀（简称高速开关数字阀）的控制信号是一系列幅值相等、而在每一周期内宽度不同 的脉冲信号，其工作原理如图7—24所示。微机输出的数字信号通过脉宽调制放大器调制放大后使电气—机械转换 器工作，从而驱使液压阀工作。由于作用于阀上的信号为一系列脉冲，因此液压阀只有与之相对应的快速切换的开 和关两种状态，而以开启时间的长短来控制流量或压力。高速开关数字阀的结构与其他阀不同，它是一个快速切换 的开关，只有全开和全闭两种工作状态。电气—机械转换器主要是力矩马达和各种电磁铁。 图7-24脉宽调节式高速开关数字阀控制系统工作原理图 7.4.2电液数字控制阀的的典型结构
1.增量式电液数字控制阀结构 图7-25为增量式电液数字流量阀。步进电机1的转动通过滚珠丝杆2转化为轴向位移,带动节流阀阀芯3移动, 控制阀口的开度,从而实现流量调节。该阀的阀口由相对运动的阀芯3和阀套4组成,阀套上有两个通流孔口,左边 一个为全周开口,右边为非全周开口,阀芯移动时先打开右边的节流口,得到较小的控制流量,阀芯继续移动,则 打开左边阀口,流量增大,这种结构使阀的控制流量可达3600/mi。阀的液流流入方向为轴向,流出方向与轴线垂 直,这样可抵消一部分阀开口流量引起的液动力,并使结构紧凑。连杆5的热膨胀,可起温度补偿作用,减少温度 变化引起流量的不稳定。阀上的零位移传感器6用于在每个控制周期终了控制阀芯回到零位,以保证每个工作周期 有相同的起始位置,提高阀的重复精度。 区符号 图7-25增量式电液数字流量阀结构图 (a)结构图 (b图形符号 l—步进电机;2一滚珠丝杆;3—节流阀阀芯;4—阀套;5-连杆;6零位移传感器。 2.脉宽调节(PwM)式高速开关数字阀结构 高度开关式数字控制阀有二位二通和二位三通两种,两者又各有常开和常闭两类,为了减少泄露和提高压力, 阀芯一般采用球阀或者锥阀结构,也有采用喷嘴挡板阀 图7-26所示力矩马达驱动的球阀式二位二通高速开关数字阀,其驱动部分为力矩马达,根据线圈通电方式不 同,衔铁顺时针或逆时针方向摆动,输岀力矩和转角。液压部分有先导级球阀4、7和功率级球阀5、6。若脉冲信 号使力矩马达通电时,衔铁顺时针偏转,先导级球阀4向下运动,关闭压力油口P,L2腔与回油腔I接通,功率级球 阀5在液压力作用下向上运动,工作腔A与P相通。与此同时,球阀7受P作用于上位,L1腔与P腔相通,球阀6向下关 闭,断开P腔与I腔通路。反之,如力矩马达逆时针偏转时,情况正好相反,工作腔A则与I腔相通。 M+ m 据 图7—26力矩马达驱动的球阀式二位二通高速开关数字阀结构图 圈锥阀芯;2-衔铁;3、8-—推杆;4、7—先导级球阀;5、6—功率级球阀
1.增量式电液数字控制阀结构 图7-25为增量式电液数字流量阀。步进电机1的转动通过滚珠丝杆2转化为轴向位移，带动节流阀阀芯3移动， 控制阀口的开度，从而实现流量调节。该阀的阀口由相对运动的阀芯3和阀套4组成，阀套上有两个通流孔口，左边 一个为全周开口，右边为非全周开口，阀芯移动时先打开右边的节流口，得到较小的控制流量，阀芯继续移动，则 打开左边阀口，流量增大，这种结构使阀的控制流量可达3600l/min。阀的液流流入方向为轴向，流出方向与轴线垂 直，这样可抵消一部分阀开口流量引起的液动力，并使结构紧凑。连杆5的热膨胀，可起温度补偿作用，减少温度 变化引起流量的不稳定。阀上的零位移传感器6用于在每个控制周期终了控制阀芯回到零位，以保证每个工作周期 有相同的起始位置，提高阀的重复精度。 图7-25 增量式电液数字流量阀结构图 (a) 结构图 (b)图形符号 1—步进电机；2—滚珠丝杆；3—节流阀阀芯；4—阀套；5—连杆；6—零位移传感器。 2.脉宽调节（PWM）式高速开关数字阀结构 高度开关式数字控制阀有二位二通和二位三通两种，两者又各有常开和常闭两类，为了减少泄露和提高压力， 阀芯一般采用球阀或者锥阀结构，也有采用喷嘴挡板阀。 图7-26所示力矩马达驱动的球阀式二位二通高速开关数字阀，其驱动部分为力矩马达，根据线圈通电方式不 同，衔铁2顺时针或逆时针方向摆动，输出力矩和转角。液压部分有先导级球阀4、7和功率级球阀5、6。若脉冲信 号使力矩马达通电时，衔铁顺时针偏转，先导级球阀4向下运动，关闭压力油口P，L2腔与回油腔T接通，功率级球 阀5在液压力作用下向上运动，工作腔A与P相通。与此同时，球阀7受P作用于上位，L1腔与P腔相通，球阀6向下关 闭，断开P腔与T腔通路。反之，如力矩马达逆时针偏转时，情况正好相反，工作腔A则与T腔相通。 图7—26 力矩马达驱动的球阀式二位二通高速开关数字阀结构图 1— 线圈锥阀芯；2—衔铁；3、8—推杆；4、7—先导级球阀；5、6—功率级球阀