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        討論用于精密運動控制的電液控制閥

        2021-02-05 10:50:25

        想要在你的應用中得到平滑的,有效的液壓運動控制系統嗎?如果你對閥的選擇經驗很豐富,那么這,就會顯得與眾不同了。

        高性能控制閥是液壓運動控制系統中工作負荷最 大的元件。選擇合適的閥使得在機器設備優異的工作性能,低的維護和導致生產大量的次品,需要大量的關注之間大不相同。

        本文想討論的是一個基本指導,即關于如何選擇和應用這些閥,使得你的液壓運動控制系統免維護。該指導主要討論那些市面上具有伺服品質的四通閥,其利用運動控制器提供的±10V的指令信號,實現對液壓油缸的運動控制。

        油缸運動典型的采用四通閥。主要有兩種類型-關于其術語,在工業上還沒有形成完全的統一意見,但是下面的分類似乎基本可以涵蓋:

        ? 伺服品質的比例方向閥是通用的類型,采用力馬達,強電磁鐵,或者音圈來推動閥芯運動。這類閥通常無需調節。

        ? 電流驅動的伺服閥,這種“最初的”伺服閥,包含射流管型或者噴嘴擋板型,由電流驅動,典型的電流范圍從±10 mA 到±200 mA。這些閥需要周期性的重新調整零位或者中位。

        在工業上,現在越來越多的使用伺服品質的比例閥。其通常比傳統伺服閥性能更高,更緊湊。

        線性閥

        運動控制器采用的算法通常假定系統是一種線性響應,意味著給閥2V的指令信號,其得到的速度將是1V信號時的兩倍。為了實現良好控制,閥的流量與指令信號也應該是線性的(圖1)。

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        圖1:零遮蓋閥芯-流量與指令信號的線性關系

        諸如“kink”,“knee”和“progressive”的術語指的是非線性閥。非線性閥肯定可以用,但是其需要在運動控制器進行更多的設置,也就是需要用線性化算法補償器非線性過程。傳統的,非線性閥(圖2和圖3所示)非常適合于提供高的速度控制以及低速時的精密調節。需要注意的是,如果非線性閥在零位時性能并不好,其優勢就蕩然無存了。

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        圖2:非線性閥芯-雙增益?

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        圖3:非線性閥芯-拋物線(Curvilinear)型,指令信號增加,流量變化加快

        零遮蓋,正遮蓋和負遮蓋閥芯

        零遮蓋的閥芯意味著一旦有電壓輸入,液壓油就會有輸出流動。對需要快速改變油液方向的動態系統,這是極其重要的。正遮蓋閥芯(圖4)意味著當閥芯移動一定距離之后,油液才會開始流動,也就是說流量的輸出需要等待一段時間。正遮蓋閥芯在反向運動時沒有延時是不可能的。

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        圖4:正遮蓋閥芯-有死區,指令大于2V時,才有流量輸出

        在某些情況,特別是壓力控制,負遮蓋就非常適合。負遮蓋閥芯的特點就是,在中位,會有極少的壓力油P與A和B相通,且與T相連。這種設計使得系統從關到開的系統響應過渡很平滑。

        OBE集成放大器

        帶集成放大器OBE的閥不需要獨立的放大電路板。典型的,對于一個好閥,你不需要調節集成放大器。對于運動控制,閥芯位置反饋是必須的-集成放大器利用反饋,提供指令信號所需的精確流量。

        不同性能的閥

        閥的制造商提供不同性能的閥。舉個例子,BOSCH的4WREE比4WRPEH便宜且響應更慢。如樣本上所示,便宜些的閥其電磁鐵更小,頻寬更低,響應更慢,線性略差,所有這些都使得控制變得困難。

        而且,便宜些的閥在節流邊用更高的壓差作為流量的限定,也就是指P口與A、B口的壓差,A、B口與T口的壓差。這是因為閥體里面的伯努利力比電磁鐵力更大,閥趨向于關閉,破壞了控制環。這與很多人的直覺相反。除非你能夠意識到這一點,困惑自然就沒有了。

        頭疼的權衡

        如果選擇了一種低性能正遮蓋閥芯(閥響應時有死區),且是非線性閥芯的閥,其伯努利力就會導致很多問題。

        然而,如果客服了這些問題就可以節省成本,特別是對于OEM用戶來說。諸如這樣的應用-當你需要經過一次艱苦繁雜的設置以及精密的調節過程,之后就可以應用于批量,這種情況就值得去做-優化設定一個并沒那么好的閥。相反,如果量不大,或者只是一次性的應用,則就應該考慮用一個更高品質的閥。

        控制閥的技術發展水平

        想要對不同制造商的閥進行精確的對比是比較難的,因為閥本身的說明就有很多不同。然而,對于大多數需要快速的動態響應和精密的運動控制(0.001 inch或更少)應用來說,一個在-3dB頻率響應(5%幅值)具有100Hz或更高,階躍響應10ms或更少的閥是很不錯的。

        一些最新出品的閥性能有了很大提高,如某款NG6產品,流量40~60lpm,上述同樣的條件頻寬達到400Hz,階躍響應5ms。

        Delta測試了不同制造商的不同的閥,因此積累了相當多的技術數據和曲線,可以很方便的給客戶提供專業的建議。

        Atos SpA—兩種閥DLHZO-TEB和DLKZOR-TEB。單級閥,尺寸有NG6和NG10。訂貨號Part number中的字母L代表閥套,其可以提供更精密的控制和更快速的響應。

        DPZO-LEB是兩級閥,尺寸從NG10到NG35。EB表明其是基本的積分數字驅動器。

        ATOS有一種漸進式閥芯(progressive-spool)的閥,在零位附近表現也非常好。

        BoschRexroth—4WRREH閥只有NG6規格。其響應快速,階躍響應約5ms。4WRPEH具有NG6和NG10兩種規格。NG6響應不如4WRREH,但也是相當的好。

        4WRVE規格從NG10到NG35。其比4WRLE具有更高的性能。4WRLE規格也從NG10到NG35。

        Eaton— 可提供NG6和NG10的高頻響控制閥:KBS-03和KBS-05。

        Moog— D661具有很高的響應,D681至D685系列可提供更大的流量??商峁┓螴SO4401規格05至10。D633/634和D636/637也有很好的測試效果。

        Moog的79系列閥具有極高的響應,即使在大流量的場合。

        Parker Hannifin—DFPlus音圈閥具有很高的響應。D1FP和D3FP分別對應NG6和NG10。D1FH性能不如D1FP,但性能同樣很好。

        ALA 工業 (Yuken Kogyo)—Yuken的LSVG-01-EH和LSVG-03-EH帶集成放大器,響應快,輸出線性,但是D03和D05系列閥的限制輸出流量只有60L/min。YUKEN也提供同樣高頻的閥D05閥SE1024,流量可達130L/min。YUKEN甚至提供更快速響應的不帶集成放大器的閥,其允許更高的電壓輸入。

        結論

        設計一個滿足你的應用需求的液壓運動控制系統需要多方面的考慮。選擇一個合適的閥是必須的,也期望通過上述的羅列對你經驗的提升有更好的幫助。

        其它的一些重要的因素包括選擇合適的位置、壓力或者力傳感器;閥盡可能的靠近油缸即控制器只控制油缸(無油液或者軟管的膨脹或壓縮);選擇合適的運動控制器等等。

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