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直动式比例阀和伺服阀的区别
编辑:创尔特热能科技(中山)有限公司   时间:2019-09-01

与同规格的伺服阀相比,比例阀的成本大约是其50%。然而,伺服阀依然应用在具有精密位置控制和速度控制的场合,诸如航空,航天和汽轮机等。

 

比例阀可用于流量和压力控制,但是大多数情况下还是作为方向控制阀。尽管比例方向阀的设计会因不同厂商而已,但它们基本上都是完成同样一种功能:控制液压缸或马达的方向和速度。通过使用反馈装置诸如线性位移传感器或者旋转编码器,执行器的位置可以被精确控制。

 

直动式比例方向阀
直动式方向阀用于流量大约至100L/min或更少的场合。两级阀,其集成了先导阀和主级阀,用于有更高流量要求的场合。

为了诊断比例阀和系统,你必须能够正确的解读液压系统原理图。图1,显示的是直动式比例方向阀。注意符号中的四个方框,它们代表阀芯能够移动的工作位置数量。当阀线圈没有供电时,弹簧推动阀芯至左边。这就是所谓的“故障安全“位。在此条件下,通过阀的所有流量被阻止。

 

图1 直动式比例方向阀
电磁线圈的符号表示阀工作于连续可变的电信号。其通常是0-10V或某些情况下是4-20mA。阀上的符号“S/U”表示线性可变差动变压器(LVDT),其用于指示阀芯的位置。从LVDT来的反馈通常是直流(DC)电压信号。在图2的剖面图中,可以看到比例阀中每个实际的组件。

 

图2 比例阀组件
阀能够工作,必须具有放大器并对其供电。典型的供电一般是24V,并接至放大器。指令电压来自PLC,其决定了阀芯的位置。“使能”信号来自PLC。在某些情况下,可以不用使能信号。

 

当供电接通而使能信号没有时,LVDT将反馈一个大约-12V的电压信号至放大器,提示阀芯处于“故障安全”位(图3)。一旦使能接通,电流信号即可输送至电磁铁线圈。

 

图3 阀芯处于“故障”位
电流在线圈中产生磁力,其驱动阀芯运动。当指令电压为零时,阀芯将继续移动,直至LVDT显示反馈电压为零。阀芯将被移动至“电气关闭”位置-中位(图4)。

 

图4 阀芯处于“电气关闭”位-中位
为了使线性位移传感器显示305mm的移动距离(图5),PLC需要一个指令信号。放大器把指令电压信号转换成电流信号,输送给电磁线圈。6V的指令电压输给放大器,放大器将产生一个更高的电流(2.16mA)给电磁线圈。

 

图5 线性位移传感器移动305mm
此时,阀芯将移至平行位工作。这个位置通常称作“A”位。电流升高,导致阀芯移动,直至LVDT反馈-6V的电压信号。阀芯将停止移动并保持。油液经过阀芯并进入液压缸的无杆腔。

 

液压缸的运动速度取决于阀芯的移动量。在这个例子中,如果阀大流量是38L/min,当指令电压为6V时,则大约有23L/min的油液流经阀芯。

 

当液压缸运动时,位移传感器发送一个模拟的或者数字的反馈信号至PLC。例如,如果每运动0.0254mm发送一个数字脉冲至PLC,活塞杆运动直至得到12000个的脉冲反馈,表明运动了305mm。指令电压接着降为零,比例阀阀芯再次运动至“电气关闭”位置。液压缸保持位置,直至改变指令移动至新的位置之前。

 

系统故障诊断
如果使用一个外置放大器(图6),面板上的灯可显示系统中的故障。当供电接通并且使能信号起作用时,灯“on”将会变绿闪烁。使能电压范围大约在8.5-40V之间,但是10V比较常见。

 

图6 外置独立式放大器
如果灯不闪烁,则需要检查放大器上的使能和供电电压的接线。如果使能信号输入电压没有,则应从PLC端检查接线和输出信号。

 

如果供电降到21V一下,灯“UB”将变成红灯。这通常意味着供电电压接线有故障。当供电正常时(图7),放大器上将显示24V。

 

图7 放大器显示24V供电正常
放大器面板底部的黄灯用以显示LVDT故障或其连接电缆有问题。简单的判定到底是哪一个故障的办法就是,拆掉现有阀体的LVDT电缆连接器,把其插入新阀。

 

如果黄灯熄灭,则旧阀上的LVDT必定有故障,此时需要更换为新阀了。如果当插入新阀时,还是显示黄灯,则问题就应该出现在电缆或插头。需要检查电缆的连续性(完整性)。如果当设备运行时,灯闪烁,这通常表明电缆松动了。

 

放大器前面板具有调零装置。当放大器指令信号为零时,液压缸依然还会运动,此时就需要调零。如果负载在运动,阀芯并不在“关闭”位置,这通常是由于LVDT超出位置所致。旋转跳零装置,直至线性定位器停止漂移或振动。

 

如果速度控制或者定位精度出现了问题,则应该检查放大器上指令信号和LVDT信号的接线。如果这些都没有问题,问题有可能就是出现在液压系统或位移传感器。

 

带集成电子放大器的阀
目前的趋势是把放大器集成安装在比例阀上面。这通常被叫做On Board Eletronic(OBE)。阀的工作原理与外置放大器一样。常用的OBE采用7针连接器。供电输入在针脚“A”和“B”。

 

进入放大器的指令电压经过针脚“D”和“E”。为了确认这些电压,可以采用比例阀测试仪,通过把红色和黑色的接头插入适当的位置。为了验证供电电压,红色接至针脚“A”,黑色至针脚“B”。

 

为了从PLC检查指令电压,针脚“D”插入的是红色,针脚“E”插入的是黑色。取决于来自PLC的信号,指令电压应该在0-10V之间。

测试盒(图8)可以用于验证阀是否正常工作。来自PLC的电缆插入测试盒,测试盒的电缆接入比例阀。

 

图8 比例阀测试仪
当系统已经工作,供电电压,指令电压和LVDT电压都应该会显示出来。通过把“Command Select”切换至内部控制,也可以通过测试盒来驱动阀的工作。通过“Drive”调节旋钮,就可以控制阀了。

 

如果线性定位器有漂移,LVDT就有可能不会在正确的位置。为了对阀调零,就需要拆除LVDT保护盖。LVDT对中的调整需要慢慢的细调,直至漂移停止。

 

油液清洁度
比例阀阀芯和阀体之间具有非常高的公差要求。公差范围典型的在3-8μm之间。必要的是,制造商生产的阀必须满足油液进入的要求。ISO4406定义了特定阀的油液清洁度要求。

 

因此有必要采用3μm的过滤器,β值达到75或者更高。油液样品需要定期检查,确保系统满足要求。更高的ISO 4406代码意味着过滤器更换频率不够,过滤精度太低,β值低或者需要增加额外的过滤装置到系统中来。

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