电子人社区网讯：
摘 要：针对车辆、工程机械领域应用广泛的高速开关阀，分析了常闭型二位二通高速开关阀的结构及工作原理，设计了高速开关阀流量特性实验台，并进行其静态特性试验。试验结果表明：控制高速开关阀通断的脉宽调制信号频率对开关阀的流量影响不大，尤其在占空比为20%～80%时，几乎没有影响；对流量随占空比变化曲线的线性度影响较大，频率越大，线性度越高；相同占空比下，高速开关阀流量随阀口压力的增大而增加；反向得出了该试验用高
关键字：高速开关阀 流量特性 等效流通面积
0 前言
高速开关阀是一种新型的数字式电液转换控制元件，采用脉冲流量控制方式，直接根据一系列脉冲电信号进行开关动作，具有可靠性好、结构简单、价格低廉、抗污染能力强、对电子控制回路要求低等特点。高速开关阀主要有锥阀式和球阀式两种，球阀式高速开关阀由于其密封性好、反应灵敏、动态响应好而得到普遍应用。在新型气动元件电－气比例调压阀、风力机制动系统、液压系统的数字式变量泵以及车辆换挡品质的改善方面均用高速开关阀进行控制。目前已广泛应用于航空航天、汽车、冶金、农业机械、工程机械等重要领域。例如用高速开关阀取代传统的电液比例阀，与多路阀构成数字电液比例换向阀，实现对装载机的数字化电液比例控制。文中对高速开关阀静态特性进行了试验研究，分析了系统压力、控制信号频率等因素对高速开关阀流量的影响规律。
1 高速开关阀的结构及工作原理
图1为某二位二通常闭型高速开关阀的结构简图，当高速开关阀线圈通电时，衔铁1在电磁力的作用下，克服弹簧力、摩擦力和液动力，推动顶杆6带动供油球阀7向右运动，从而使阀口打开；当线圈断电时，供油球阀在液动力和弹簧力的共同作用下向左运动，最终压紧在供油球阀密封座上，阀口关闭。利用单片机及驱动电路产生的脉宽调制（PWM）信号来控制高速开关阀通断，当信号频率一定时，通过信号的占空比变化改变阀开启、关闭的时间。
2 高速开关阀流量特性试验
高速开关阀的流量特性是高速开关阀的重要静态特性之一，可以反映阀对系统压力的控制能力。图2是高速开关阀流量特性的试验台原理图。通过变频器调节电机的转速控制输入流量的大小；单片机通过驱动电路产生不同频率的PWM信号控制高速开关阀的启闭；数据采集系统通过压力、流量传感器采集高速开关阀压力、流量参数。试验台所用设备及型号见表1。
图2 高速开关阀空载流量特性实验台简图
表1 试验设备
3 试验结果分析
3.1 压力对高速开关阀流量特性的影响
选取工作频率为25、50Hz，开展不同压力下流量随占空比的变化规律试验，试验结果如图3所示。图3（a）为工作频率25Hz、系统压力分别为1.6、1.0MPa时，流量与占空比的变化曲线；图3（b）为工作频率40Hz时的试验曲线。
由图3（a）可得：压力为1.6MPa、工作频率为25Hz、占空比在20%～80%期间，流量特性线性度为7.4%；压力为1.0MPa、工作频率为25Hz、占空比在20%～80%期间，流量特性线性度为4.8%。试验结果表明：（1）流量与压力的大小成正比；（2）占空比、信号频率一定时，压力与流量的线性度成正比。
3.2 频率对高速开关阀流量特性的影响
在高速开关阀的有效工作频率范围内，选择25、40、50Hz3种脉宽调制频率开展高速开关阀流量Q随占空比τ变化规律的试验。图4是最大压力为1.6MPa时，高速开关阀的流量随占空比变化的关系曲线。
由图可得：（1）不同工作频率下，相同占空比的流量变化很小，最大偏差为0.067L/min，频率对流量的影响很小，在占空比为20%～80%时，影响更小。（2）在工作频率为25Hz、占空比为5%时，油液流量为0.073L/min，高速开关阀基本没有死区；而工作频率为50Hz、占空比为5%时，油液流量为基本为0。由此可见高速开关阀的响应特性与控制信号的频率密切相关，频率越高，一个脉宽周期内通断电时间越短，阀的死区及饱和区越大。（3）工作频率分别为25、40、50Hz时，流量随占空比变化曲线的线性度依次是7.4%、8.35%、8.8%，即工作频率与曲线的线性度成正比。
3.3 高速开关阀等效流通面积的确定
高速开关阀是一种小巧精密的元件，在做仿真模拟时需要阀的一些具体尺寸，很重要的一个参数是阀的等效流通面积A。高速开关阀平均流量公式为：
![]() （1）
式中：Cd为流量系数；A为高速开关阀流通面积，mm2；ρ为液压油密度，kg/m3；Δp为高速开关阀前后压差，MPa；τ为占空比。
由高速开关阀平均流量公式（1）可以得出
![]() （2）
图5为高速开关阀阀口全开即占空比为100%、信号频率为25Hz时，流量与压力的变化曲线。在系统压力为0.7～1.6MPa时，流量随压力基本成线性变化。根据试验数值得到 ![]() 随系统压力的变化曲线，如图6所示。由图可知 ![]() 值基本是一个定值0.625，这对于高速开关阀等效流通面积的确定提供了重要依据。代入公式（1），得到Cd·A=0.3mm2。
图5 频率一定时流量随压力变化曲线
4 结论
文中开展了某常闭型二位二通高速开关阀流量特性的试验研究，通过不同参数对比分析，得出以下结论：（1）其他条件一定时，高速开关阀流量与压力的大小成正比； （2）高速开关阀流量的线性度与压力大小成正比；（3）控制信号频率对流量影响很小，但阀的线性度随频率的增加而增大； （4）信号频率越高，阀的死区、饱和区范围越大；当高速开关阀控制信号的占空比一定时，流量随压力的增加而增大；（5）通过试验反向测得高速开关阀等效流通面积，方便仿真、研究使用。
来源：网络转载
转载请注明：电子人社区 | 
发表于 2016-6-1 09:49:12
收藏
分享
赞同
反对
