电液伺服技术在蝶阀上的应用

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Application of Electro-hydraulic Servo Technology on Butterfly ValveDA Jing ，LI Qipeng ，DING Fan ，LIU Shuo ，MAN Zaipeng ，DING Chuan(1.State Key Lab of nuid Power and Mechatronic Systems，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310027，China；2.Department of Watercraft Engineering，Zhenjiang Watercraft Colege，Zhenjiang Jiangsu 212003，China；3.School of Mechanical and Automotive Engineering，Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 310023，China)Abstract：Electro-hydraulic servo technology was applied to the high precision control of the disc of buterfly valve，and the con-struction of high precision electro-hydraulic serv0 buterfly valve was presented. A simulation model established by AMESim was usedto analyze the influence of main structural pametem to the static and dynamic performance of butterfly valve. The theoretic analysisand experimental results indicate that butterfly valve controlled by electro-hydraulic sen o technology is with high precision.good line-arity and litle hysteresis，an d the frequency response can be set according to engineering practice conveniently.It has been applied inengineering. Furthermore，electro-hydraulic$ervo technology can also be applied to high precision flow control of other valves，suchas ball valve。

Keywords：Electro-hydraulic senro technology ；Buterfly valve；Simulation蝶阀由于其结构紧凑、启闭迅速、流阻孝流量系数大，容易实现大口径、大流量的流体输送等特点，广泛 应用 于炼钢、电力、水 利、化工 等领域 。目前，蝶阀主要应用于启闭控制，随着生产过程精度控制要求越来越高，还要求通过控制蝶阀蝶板的转动角度来控制输送的流量。随着计算机技术的发展和电液伺服技术的广泛应用 ，高精度流量控制的蝶阀成为-种可能 。

基于电液伺服技术响应快、精度高、体积孝输出力矩大等特点 ，作者提出了-种电液伺服控制蝶阀的结构，并根据其结构建立了 AMESim仿真模型，对其动静态特性进行仿真分析 ，探讨系统各主要参数对动静态特性的影响，并进行试验验证1 工作原理图1为电液伺服控制蝶阀系统结构图，考虑到蝶阀控制所需油液很少 ，不必单独增设液压源 ，压力油可直接从主液压系统引入，并利用单 向阀、蓄能器、减压阀等元件，可减少主液压系统压力波动对电液伺服控制蝶阀系统的性能影响。主系统油泵 9经减压阀7将液压油减压输送至伺服阀5，在输入信号作用下 ，伺服阀5的阀芯移动，高压油进入液压缸4的-端，另-端通过伺服阀接回油，在压差的作用下，使液压缸活塞运动 ，并通过销与拨又 3，驱动蝶阀阀杆转动，使蝶板2转动。蝶板的转角由角度传感器 1检测并反镭输入端，与输入信号相比较得出误差信号，经放大器放大后输入伺服阀5，使蝶板的转动角度与输入角度相吻合。

收稿日期：2012-01-11基金项目：国家自然基金资助项 目 (50905166)；浙江省自然科学基金资助项 目 (y1090210)作者简介：笪靖 (1981-)，男 ，硕士研究生，讲师，主要从事电液 比例/伺服元件及系统的研究。E-mail：dajingeool###163.eom。

· 2· 机床与液压 第 41卷l- -·亡] -角度传感器2-蝶板3-拨叉4-液压缸5-伺服阀6-精过滤器7-减压阀8-单 向阀9-液压泵lO-粗过滤器l1-油箱l2-溢流阀13-蓄能器图 1 电液伺服控制蝶阀系统结构图2 建模与分析为了更 准 确 地 反 映 系 统 的运 动 规 律，利 用AMESim软件，建立了如图2所示的液压系统仿真模型 。

④88图2 仿真模型1-液压缸2-伺服阀3-减压阀4-单向阀5-液压泵6-溢流阀7-蓄能器8-输入信号9-蝶板l0-模拟负载1l- 增益12-角度传感器13-拨叉蝶板实现 了 0。～90。 ，。

要动，开启 譬 图3阶跃特性的仿真曲线 间约0. 92 s，关闭响 ～” -应时间约 0.97 s。

3 仿真分析系统的主要仿真参数有：减压阀调定压力、系统压力、增益 K、液压缸活塞油压作用面积、模拟负载扭矩等。基于建立的仿真模型，探讨各主要参数对动态特性的影响，从而进行优化设计。改变上述参数，对动态特性进行仿真分析，仿真结果表明：(1)如 图 4所 示 ，随着减压阀3调定压力的l-输入 电流2-调定压力为15 MPa时反馈电流3-调定压力为10MPa时反馈电流L L 压阀等元 件，使减 压 阀出口压力保持不变，蝶板的角度控制特性不受系统压力变化的影响。

(3)如 图 6所示，蝶板转动的阶跃响应时间随时 间，s图5 系统压力的影响l-输入电流2-眉3时反馈 电流3-五l1.15时反馈电流放大器增益 K的增大而缩 20短。 值太小，响应过慢； l168而K值太大，则蝶板转动适.1，4太快。当减压阀调定压力 1为 15 MPa时，增益 K取 640.8～3，开启 响应时间约1.27～0.51 s，关闭响应时间约 1.12～0.49 S。

(4)液压缸 活塞油压作用面积对蝶板响应特4-五 O.8时反馈电流15.0 16.0 l7.0 18.0 19.0时间/s图6 增益的影响l-输入电流2-活塞直径为22 mm时反馈电流3-活塞直径为40mm时反馈电流 l L较慢，响应时间较长。因 时间，s此，该系统中选用活塞直 图7 液压缸活塞油压径 40 mm。 作用面积的影响《～卷 ～ -流-. - - ～真时出开 对 麒 对信的 ～如：第 1期 笪靖 等：电液伺服技术在蝶阀上的应用 ·3·(5)如图 8所示 ，随着模拟负载扭矩 的增大 ，阶跃响应速度减慢，当负载扭矩增大到-定值后，蝶板将无法开启。该系统中模拟负载扭矩取200 N·m。

i《 14砉 16z15.o 16.o 17.o 18.o 19.0时间，s1-输入电流2-负载200N·m时反馈电流3-负载500N·m 时反馈电流4负载800N·m 时反馈电流图 8 模拟负载的影响4 试验分析在上述仿真分析的基础上，搭建试验系统对电液伺服控制蝶阀液压系统进行了动静态试验验证。试验系统原理如图9所示，信号发生器发送阶跃或正弦信号，经直流电源偏置后，由采样电阻采样并输送至示波器读出；驱动电流与反馈电流比较后 ，经伺服放大器放大输入伺服阀；伺服阀驱动液压缸使拨叉转动，拨叉带动蝶阀蝶板转动，转动角度由角度传感器测量并反馈 ，经采样电阻采样后由示波器读出。

审 静 偏置I I[------ I信号发 生器图9 试验系统原理图减压 阀调定 压力为 15 MPa时的电流-蝶板转角静态特性试验与仿真曲线如图l0所示。3条曲线(仿真曲线、蝶板转角上升曲线、蝶板转角下降曲线)基本重合，说明蝶阀蝶板的转动与驱动电流呈良好的线性关系，且滞 回很小，并验证了仿真模型图 10 静态特性的试验与仿真曲线图 11所示为减压阀设定压力为 15 MPa时，示波器记录的阶跃响应曲线∩见，蝶阀蝶板开启时间为1 s，关闭时间为 1.2 S。

减压阀设定压力为 15 MPa时，蝶阀蝶板转动频响试验结果为0.94 Hz(频响的仿真结果为0.95 Hz)，如图12所示，试验结果与仿真结果基本吻合。

图 11 阶跃特性的试验曲线0. 2∞ .4面 -6避 -8. 1O. 12图12 幅频特性的试验与仿真曲线5 结束语理论分析与试验结果表明：将电液伺服技术应用于蝶阀流量高精度控制是可行的。除蝶阀外，也可应用于球阀等阀门。目前，该蝶阀已成功应用于钢厂热轧系统中。