關於金屬轉子流量計變量控製方式的探究
發布時間：2019-08-28 發布作者：
摘 要：分析金屬轉子流量計恒流量、恒壓力及恒功率等傳統控製方法的主要原理，並指出傳統的控製裝置存在精度低、響應速度慢、控製裝 置機構煩瑣、不能實現計算機集成控製等局限性，不適合現代化液壓機械的控製需要。重點分析金屬轉子流量計的數字控製方式的原理，並 以軸向金屬轉子流量計為例詳細分析了幾種金屬轉子流量計的數字控製方式。為金屬轉子流量計合理的變量控製方式的選擇提供參考。
0 引言
金屬轉子流量計屬於液壓係統中重要的組成部件，其原理是利用柱塞在缸體中的往複運動實現吸油與壓油的工作過程，因為具有結構緊湊、額定壓力高、功率密度大、變量控製方便等優點，主要用於壓力高、流量大及流量需要調節的液壓係統。
金屬轉子流量計變量控製方式的有效選擇，直接關係到金屬轉子流量計的使用性能。合理的金屬轉子流量計變量控製方式，有利於提高金屬轉子流量計的性能，可充分發揮金屬轉子流量計所在液壓係統的功能。不合理的變量控製方式，不僅不利於金屬轉子流量計性能的發揮，還可能使其出現安全隱患，有的甚至造成金屬轉子流量計的損壞。因此，對金屬轉子流量計變量控製方式的探究與金屬轉子流量計性能的發揮及所在液壓係統的可靠穩定運行有密切的關係。
1金屬轉子流量計的結構組成及分類
金屬轉子流量計屬於體積泵，利用柱塞在缸體中的往複運動實現吸油與壓油的過程，主要包括單
金屬轉子流量計、臥式金屬轉子流量計、軸向金屬轉子流量計、直軸斜盤式金屬轉子流量計、徑向金屬轉子流量計及液壓金屬轉子流量計（表1）。
2傳統變量控製方法
金屬轉子流量計變量控製方式一直是研究的重要課題，傳統的變量控製方式也帶來一定經濟效益，傳統的變量控製方式包括恒流量控製、恒壓力控製及恒功率控製。3種控製方式分別根據采集的設定信號與輸出的實際信號的對比，分別對金屬轉子流量計的實際輸出流量、壓力及功率進行控製，3種控製方式的特點如下。
2.1恒流量控製
恒流量控製在應用過程中要檢測2種信號，流量設定信號及輸出的流量信號和壓力信號。在金屬轉子流量計運轉的過程中，數字控製器一方麵根據檢測到壓力輸出信號、流量輸出信號來決定金屬轉子流量計的輸出流量，另一方麵還會將金屬轉子流量計的設定輸入流量與其輸出的實際流量情況進行對比，得到輸入流量與輸出流量的誤差信號，根據得到的誤差信號有效調節控製信號的大小。因此，在流量控製器的調節作用下，金屬轉子流量計的流量設定信號與輸出的實際流量能夠保持一致。
2.2恒壓力控製
在工作的過程中，如果壓力異常會嚴重影響金屬轉子流量計的工作性能，對金屬轉子流量計所在的液壓係統造成安全隱患。因此，恒壓力控製也有廣泛應用。恒壓力控製主要檢測設定的壓力值與負載壓力的反饋值兩個壓力值。壓力控製器會將設定壓力值與負載壓力進行比較，並依據誤差結果情況，由控製算法確定流量控製器的流量輸入設定值及泵的流量輸出值，通過二者的匹配保證負載壓力與設定壓力值統一。
2.3恒功率控製
恒功率控製需要檢測來自功率控製器的流量設定信號及泵的實際輸出流量信號，利用流量控製器把兩種信號進行比較，得出功率控製信號。在功率控製器的調節作用下保證金屬轉子流量計的實際輸出功率與其設定信號一致。恒功率控製可有效避免金屬轉子流量計過載引起的故障。
3傳統的變量控製方式存在的問題
傳統的變量控製方式在一定程度上滿足當時液壓設備的使用，但控製裝置精度一般較低、變量控製響應速度較慢，變量控製裝置大多依賴機械裝置實現，控製係統中控製閥種類及數量較多、加工製造困難、後期維護不方便，不能實現柔性控製及多參數控製，控製方式及相關控製參數不便於調整。
隨著信息化的發展，計算機技術與各類液壓及電氣元件的有效配合可實現對液壓係統的數字控製，傳統的控製裝置不便於和計算機控製係統進行集，限製了金屬轉子流量計的使用範圍。另外，單片機、單板機的迅速發展為實現金屬轉子流量計的數字控製方式提供了保障，數字控製方式可簡化硬件結構，方便實現對金屬轉子流量計輸出的流量、壓力及功率等方麵的精確控製，控製參數可進行在線調整，同時含有故障診斷功能，極大提高金屬轉子流量計的應用領域。
4 金屬轉子流量計數字控製方式
數字控製形式是指液壓係統的控製信號以其數字量的形式進行處理和運算，並對金屬轉子流量計實現變量控製。數字式控製包括直接數字控製方式與間接數字控製方式兩種。直接數字控製方式的控製元件可直接接受數字脈衝信號並實現數字控製，控製元件有電液數字閥、高速開關元件、步進電機、旋轉—直線運動轉換裝置等。間接數字控製方式的控製元件主要包括比例閥和電液伺服閥，這些控製元件利用模擬信號實現數字控製，模擬的電信號是數字信號通過D/A接口轉換得到。下麵以軸向金屬轉子流量計變量為例進行分析。
（1）基於步進電機的數字控製。主要元器件有數字控製器、放大器、步進電機、閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器，A/D接口等。執行元件是步進電機，利用螺旋副，把步進電機的旋轉運動轉化為變成直線位移，通過控製活塞的運動實現對金屬轉子流量計排量的數字控製。
（2）基於變頻器的數字控製。主要元器件有數字控製器、變頻器、A/D接口、壓力變送器、流量傳感器等。利用變頻器調節泵轉速，實現金屬轉子流量計變量的數字控製。
（3）基於高速開關閥的數字控製。屬於直接數字控製方式，主要元器件有數字控製器、PWM（PulseWidthModulation，脈衝寬度調製）放大器、A/D接口、高速閥、變量機構、
壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是高速開關閥。利用轉化過的流體脈衝信號實現數字控製。
（4）基於電液比例控製的數字控製。它屬於間接數字控製方式，主要元器件有數字控製器、比例放大器、A/D接口、比例閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是電液比例控製閥，利用D/A接口轉換的模擬電信號實現數字控製。
（5）基於電液伺服閥的數字控製。屬於間接數字控製方式，主要元器件有數字控製器、伺服放大器、A/D接口、伺服閥、變量機構、壓力變送器、流量傳感器等。執行元原件是電液伺服閥。利用D/A接口轉換的模擬電信號實現數字控製。工程機械的工作環境一般較為惡劣，為了充分發揮其工作效率、節能減排，在使用金屬轉子流量計時往往是多種控製方式組合。主要有以下5種類型（圖1~圖5）。
5 結論
金屬轉子流量計變量控製多種多樣，目前數字化控製法在金屬轉子流量計變量控製中占主導地位，隨著 計算機技術、液壓元器件及電氣元件的快速發展，金屬轉子流量計變量的 控製會向控製精度更高、響應數度更快、功能更完善方向發展。
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