楊森林海申機(jī)電總廠（象山）

智能液壓調(diào)節(jié)閥門設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析

楊森林
海申機(jī)電總廠（象山）

摘要：調(diào)節(jié)閥門市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大，企業(yè)對(duì)閥門有著不同的性能要求，本文主要介紹智能液壓調(diào)節(jié)閥門的工作原理和技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為閥門行業(yè)發(fā)展提供可參考性文獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能液壓；調(diào)節(jié)閥門；關(guān)鍵技術(shù)

閥門系統(tǒng)集成化智能發(fā)展呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，在行業(yè)裝備條件和技術(shù)水平逐步提升的今天，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品有著不同性的要求，因而需要調(diào)節(jié)閥門產(chǎn)品有較高的技術(shù)含量，讓其具備高參數(shù)、長(zhǎng)壽命和智能化的發(fā)展?jié)撃埽钱?dāng)前閥門行業(yè)必然發(fā)展趨勢(shì)。

一、智能液壓調(diào)節(jié)閥門的工作原理

（一）液壓調(diào)節(jié)閥門的工作原理

智能液壓調(diào)節(jié)閥門的主要控制因素有三方面分別是閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制部分，如果從功能角度考慮問(wèn)題可以分為閥門單元、控制單元和減速單元三個(gè)相互獨(dú)立作用的功能單元，主要的工作原理是借助齒輪帶動(dòng)齒條，讓閥桿作用在閥體上面，讓整個(gè)機(jī)械不斷的運(yùn)作，這樣的控制方式可以讓閥瓣組建的開合程度逐步加大，調(diào)節(jié)流量，作用于不同壓力下，閥瓣組件受到壓力的影響，開合度也會(huì)有不同的變化，因而產(chǎn)生不同的流量。內(nèi)部的密封裝置運(yùn)用o型圈和螺紋，這樣的設(shè)計(jì)能夠承載30MPa。

（二）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理

智能液壓調(diào)節(jié)閥門主要是在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下讓諧波減速器不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，這類說(shuō)的諧波轉(zhuǎn)動(dòng)減速器其英文名字是harmonic gear drive，主要的構(gòu)建部分是波發(fā)生器、柔性齒輪、剛性齒輪，其工作原理是在波發(fā)生器的作用下，讓柔性齒輪開展轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生可控性的變形裝置，剛性齒輪和柔性齒輪彼此之間的咬合作用，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械運(yùn)作。

圓柱自齒輪帶動(dòng)齒條做部分直線運(yùn)動(dòng)，連接齒條和閥桿的工具是連接銷，主要的功能是連接兩者后，帶動(dòng)其做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制好閥瓣的組件開合狀態(tài)，讓閥門靈活的開啟或者關(guān)閉，起到控制流量的作用。

讓傳感器的出口流量不斷做出反饋，設(shè)定比較值，控制閥瓣組件，讓組件可以在控制過(guò)程中開大或者是縮小，出口在這個(gè)過(guò)程中就能通過(guò)恒定流量值做出初步判斷，電動(dòng)舵機(jī)的正反方向也能調(diào)整開合度的大或者小。

（三）控制器的工作原理

控制器配合專用設(shè)備，是完成智能液壓調(diào)節(jié)閥門的關(guān)鍵，所以在各類工況的控制中，讓控制器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂破髦饕饔檬墙邮芸刂浦行膫魉偷降母黝惷钚畔ⅲ谶\(yùn)轉(zhuǎn)換算的基礎(chǔ)上可以接收各類信號(hào)，角度傳感器在這類也充當(dāng)智能調(diào)節(jié)閥的作用，每次電壓信號(hào)的開度都要做對(duì)應(yīng)信號(hào)運(yùn)算，然后把信號(hào)傳送到顯示器上面，同時(shí)一部分結(jié)果會(huì)直接傳送到控制中心，顯示器內(nèi)的信號(hào)和控制中心的信號(hào)作對(duì)比，通過(guò)執(zhí)行比較結(jié)果，將電動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)中的正反方向確定好，或者繼續(xù)工作或者停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這是實(shí)現(xiàn)閥門開、關(guān)或者停的控制關(guān)鍵，并且在這個(gè)過(guò)程中能夠及時(shí)的檢查到智能液壓調(diào)節(jié)閥門故障，同時(shí)根據(jù)情況做出及時(shí)的預(yù)警。

二、智能液壓調(diào)節(jié)閥門的技術(shù)要點(diǎn)分析

（一）位移檢測(cè)和控制要素

檢測(cè)閥門位移的檢測(cè)工具是高精度的電位器，主要借助其采集性能，采集過(guò)程是先通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)接—齒輪會(huì)在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)—帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)—電壓信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)中輸出—濾波放大—AD轉(zhuǎn)換—輸出處理器—數(shù)據(jù)分析的處理，最終得到閥門的實(shí)際開度?？刂破鲗?duì)控制系統(tǒng)的介紹主要信號(hào)源是4-20MA信號(hào)，軟件的信號(hào)輸出能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)換情況，讓閥門完成預(yù)定的開合度。

比較設(shè)定的開度以及實(shí)際的開度，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，讓處理器輸入PWM波型電流，控制整體的云狀狀況。如果兩者的差值產(chǎn)生一定偏差，那么輸出的占比在大于PWM時(shí)，或者輸出的聯(lián)系高電壓與實(shí)際電壓持平后，兩著差值變小，整體的輸出比能夠達(dá)到PW4波，在PW4波控制時(shí)為了讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度加快，或者達(dá)到制定的位置后才能實(shí)現(xiàn)電機(jī)常規(guī)化工作要求。

（二）軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

使用時(shí)選擇MSP430系統(tǒng)主要芯片，該芯片的主要特點(diǎn)是能耗低、繼承狀況好、外圍狀態(tài)好。工作時(shí)電機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定型保障措施是運(yùn)用PID控制算法。

PID控制法的核心是通過(guò)比例、積分和微分三者的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)三者的協(xié)調(diào)發(fā)展，但是可以肯定的是被控制對(duì)象的特色控制要求，通過(guò)各類因素整合和重組，讓各個(gè)部分環(huán)節(jié)的機(jī)械實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的調(diào)配，其中包含比例積分控制因素（PI），比例微分控制（PD）因素等。比例作用是以誤差為前提開展的控制因素，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題偏差，讓控制量在可控范圍，其實(shí)也就是能夠起到一種線性的放大作用，最終能夠消除靜差于動(dòng)態(tài)能之間的差值，積分的作用是能保障對(duì)記憶的能力，對(duì)消除靜差有極大的幫助，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能在一定情況下能被處理，但是要考慮一點(diǎn)這是存在滯后性的，所以會(huì)在客觀上減低系統(tǒng)的整體響應(yīng)速度，對(duì)“記憶”的內(nèi)容也要做出適度的選擇，由于單獨(dú)使用會(huì)讓整個(gè)使用缺乏智能性，但是微積分的作用能夠減少超調(diào)量，提升動(dòng)作速度，逐步改善系統(tǒng)的動(dòng)能性質(zhì)，快速的處理誤差情況，體現(xiàn)出“預(yù)見(jiàn)性”，但是主要問(wèn)題就是缺失靈活性，同時(shí)對(duì)干擾也很敏感，根據(jù)上述問(wèn)題，可以知道未來(lái)大達(dá)到合理的控制效果或者控制要求，在實(shí)際施工過(guò)程中可以通過(guò)測(cè)試，整定PID的控制器。

結(jié)語(yǔ)

智能液壓調(diào)節(jié)閥門的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理念，相較于傳統(tǒng)閥門，可以在修改PID算法回路的前提下，調(diào)節(jié)智能液壓閥門的出口總流量，通過(guò)繼續(xù)檢測(cè)或者精準(zhǔn)策略，在適應(yīng)變化發(fā)展因素的同時(shí)，合理的控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳使用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)建文，劉家旭，陳汝昌，翟華，李貴閃，王玉山.智能液壓機(jī)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù).2013（02）：14-15

[2]楊茜.調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)研究[J].液壓與氣動(dòng).2014（01）:45-46

作者簡(jiǎn)介：楊森林（1984-），男，安徽桐城人，工程師，主要研究方向：機(jī)械工程，船舶工程。