插裝閥先導(dǎo)控制級集成設(shè)計研究

插裝閥先導(dǎo)控制級集成設(shè)計研究

0插裝閥的結(jié)構(gòu)20世紀70年代初，基于“安裝孔”的新元件開始了，該元件覆蓋了壓力、流量、方向和比例。插裝閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好、流動阻力小、通流能力大、響應(yīng)快、抗污染能力強、效率高、工作可靠、壽命長、密封性好、適用于水基介質(zhì)、具有多種機能、變型方便等優(yōu)點由于插裝閥技術(shù)的核心是采用先導(dǎo)控制方式,因此除了選擇合適結(jié)構(gòu)和尺寸的主級插裝閥外,選擇符合控制要求、結(jié)構(gòu)簡單的先導(dǎo)控制元件尤為重要根據(jù)WBacker教授所提出的“液阻理論”1制級狀態(tài)分析由于插裝閥的控制對象是執(zhí)行元件的“受控容腔”,因此對插裝閥先導(dǎo)控制級的狀態(tài)分析是基于“受控容腔”的數(shù)量進行的。常見的執(zhí)行元件主要單容腔(單作用油缸、單向馬達等)和雙容腔(雙作用油缸、雙向馬達等)的形式,因此可以針對這兩種不同類型的執(zhí)行元件進行分析。1.1失電狀態(tài)s根據(jù)“液阻理論”,單容腔的執(zhí)行元件最多需要兩個插裝閥(“液阻”)來控制;也就是說,兩個電磁鐵即可實現(xiàn)對單容腔執(zhí)行元件的控制。圖1所示為基于插裝閥的單容腔執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)示意圖。定義電磁鐵得電狀態(tài)為“1”、失電狀態(tài)為“0”,則圖中的兩個電磁鐵1YA和2YA的得失電狀態(tài)可以用一個二位二進制數(shù)S(S的取值集合為{00,01,10,11})表示。(1)S電磁鐵1YA和2YA均處于失電狀態(tài),此時,插裝閥1和2均由于其控制腔與高壓油源相連而閉合。執(zhí)行元件的受控容腔A處于閉鎖狀態(tài),且系統(tǒng)不卸荷。(2)S電磁鐵1YA處于失電狀態(tài),電磁鐵2YA處于得電狀態(tài),此時插裝閥1由于其控制腔與高壓油源相連而關(guān)閉,插裝閥2由于其控制腔與油箱相連而打開。執(zhí)行元件的受控容腔A與高壓油源連通,執(zhí)行元件處于工作狀態(tài),且系統(tǒng)不卸荷。(3)S電磁鐵1YA處于得電狀態(tài),電磁鐵2YA處于失電狀態(tài),此時插裝閥1由于其控制腔與油箱相連而打開,插裝閥2由于其控制腔與高壓油源相連而關(guān)閉。執(zhí)行元件的受控容腔A與油箱相連,執(zhí)行元件由于彈簧作用而回退,且系統(tǒng)不卸荷。(4)S電磁鐵1YA和2YA均處于得電狀態(tài),此時插裝閥1和插裝閥2均由于其控制腔與油箱相連而打開。執(zhí)行元件的受控容腔A與高壓油源和油箱同時連通,且系統(tǒng)卸荷。S的4種狀態(tài)下,執(zhí)行元件的受控容腔、油源和油箱三者的等效連接形式及其功能分析,如表1所示。1.2個插裝閥控制與單容腔執(zhí)行元件類似,雙容腔執(zhí)行元件的受控容腔最多需要4個插裝閥即可實現(xiàn)對其的全部控制。圖2所示為基于插裝閥的雙容腔執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)示意圖。圖中電磁鐵的得電狀態(tài)在理論上有2根據(jù)小節(jié)1.1的分析方法可以得到,在雙容腔執(zhí)行元件的22插裝閥與采用二元電磁閥匹配在實際液壓系統(tǒng)中,先導(dǎo)控制級狀態(tài)并不完全需要,往往只用到其中的幾種;如果采用插裝閥與二位三通電磁閥1∶1匹配的形式,則必然增加液壓系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜程度。因此,對插裝閥先導(dǎo)控制級的集成將為液壓系統(tǒng)的低成本和高效性增加優(yōu)勢。2.1控制裝置結(jié)構(gòu)的控制表1中的插裝閥先導(dǎo)控制級4種狀態(tài)S(1)ST=0110液壓系統(tǒng)需要實現(xiàn)執(zhí)行元件正常工作和回退兩種狀態(tài)。圖2所示液壓系統(tǒng)中,插裝閥1和2的控制腔交替與油箱和油源相連,四個液壓油口的連接方式可以通過一個二位四通電磁閥即可實現(xiàn)。(2)ST=0111液壓系統(tǒng)的控制要求除了執(zhí)行元件的正常工作和回退功能之外,還包括平穩(wěn)啟動或提供工作壓力限制保護。圖2所示液壓系統(tǒng)中插裝閥1和2的控制腔交替與油源、油箱相連外,還需要存在同時與油源相連的狀態(tài)。因此可以通過一個“Y”型中位機能的三位四通電磁閥實現(xiàn)四個液壓油口的連接形式。(3)ST=1110液壓系統(tǒng)的控制要求除了執(zhí)行元件的正常工作和回退功能之外,還包括執(zhí)行元件在任意位置閉鎖。圖2所示液壓系統(tǒng)中插裝閥1和2的控制腔交替與油源、油箱相連外,還需要存在同時與油箱相連的狀態(tài)。因此可以通過一個“P”型中位機能的三位四通電磁閥實現(xiàn)4個液壓油口的連接形式。根據(jù)上述分析方式,可以得出實際工程應(yīng)用中常見的單容腔執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)二通插裝閥先導(dǎo)控制級狀態(tài)及其對應(yīng)的集成形式,如表3所示。2.2帶控制腔的采用二次進入功能與單容腔執(zhí)行元件類似,雙容腔執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)先導(dǎo)控制級也可以進行集成。表2中的插裝閥先導(dǎo)控制級狀態(tài)S(1)ST=044液壓系統(tǒng)需要實現(xiàn)圖3所示液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的雙向移動。此時插裝閥1和3同時開閉、插裝閥2和4同時開閉,且兩組插裝閥交替開閉。則插裝閥1、3和插裝閥2、4的控制腔與液壓油源及油箱交替連接,只需要一個二位四通電磁閥即可實現(xiàn)6個油口的連接形式。(2)ST=045液壓系統(tǒng)除了需要實現(xiàn)圖3所示液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的雙向作用,還要提供活塞可自由浮動的狀態(tài)。此時除了插裝閥1、3和插裝閥2、4的控制腔與液壓油源及油箱交替連接,還需要提供插裝閥1、2、3和4全開的狀態(tài)。分析可知,“Y”型中位機能的三位四通電磁閥可以在中位時提供4個插裝閥全開的狀態(tài),滿足控制要求。根據(jù)上述分析方式,可以得出實際工程應(yīng)用中常見的雙容腔執(zhí)行元件液壓系統(tǒng)二通插裝閥先導(dǎo)控制級狀態(tài)及其對應(yīng)的集成形式,如表4所示。3插裝閥液壓系統(tǒng)原理注塑機液壓系統(tǒng)是工程應(yīng)用中較為典型的液壓系統(tǒng),以SZ-250A型注塑機為例,它具有合模缸、頂出缸、注塑座移動缸、注射缸和預(yù)塑液壓馬達5個執(zhí)行元件。其中,合模缸是注塑機工作過程中最為重要的執(zhí)行元件之一,圖3所示為SZ-250A注塑機的合模缸插裝閥液壓系統(tǒng)原理圖。注塑機的一般工作流程包括合模、注射座前進、注射、保壓、冷卻(預(yù)塑)、注塑座后退、開模、頂出制品、頂出缸后退等比較表5中電磁鐵狀態(tài)可以發(fā)現(xiàn),16個工序的電磁鐵狀態(tài)只有3種形式,即“0101”、“1001”、“1010”,分別對應(yīng)表3中的S根據(jù)圖4所示液壓系統(tǒng),可以得出在注塑機的各個工序中合模缸液壓系統(tǒng)先導(dǎo)控制級電磁鐵狀態(tài),如表6所示。比較表5和表6可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)過先導(dǎo)控制級集成后的液壓系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度和成本都得到了大幅度降低。4先導(dǎo)控制級集成形式插裝閥先導(dǎo)控制級的集成可以實現(xiàn)降低液壓系統(tǒng)成本和控制復(fù)雜程度,在未來液壓技術(shù)中有著很好的發(fā)展前景。研究所有可能的插裝閥先導(dǎo)控制級集成形式,并制作先導(dǎo)控制級集成形式數(shù)據(jù)庫,將為液壓系統(tǒng)智能設(shè)計工具的開發(fā)提供可