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    SMC電磁閥狀態監測與評估研究

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        SMC電磁閥狀態監測與評估研究
        在閥門開啟(關閉)的動態過程中,閥門的轉矩特性,即開啟(關閉)角與執行器輸出扭矩之間的關系是非常重要的。通過測量球閥進出口壓力與球閥開(閉)角的關系,分析球閥入口與出口壓差與球閥開(閉)角的關系,得到球閥的扭矩特性,從而實現對球閥動態過程和工作的分析和評價。
        據此設計了一套實驗系統,該系統主要由氣源、減壓閥、閥、二位五通電磁閥、球閥等各個部件和球閥狀態監測系統組成。控制氣體為氮氣,壓力為5 MPa,如圖5所示。
        球閥狀態監測系統主要包括傳感器和信號控制與數據采集單元,傳感器包括3個壓力傳感器和1個位移傳感器,3個壓力傳感器分別實現二位五通電磁閥入口、球閥進氣口、球閥出氣口處氣體壓力的測試,直接對球閥轉角進行測試較為困難, 因此轉化為對直線位移的測試,由1個位移傳感器完成測試。信號控制與數據采集系統用于給電磁閥加入啟動信號(階躍信號),并進行數據的采集,采樣頻率設置為2 kHz。
        圖5 球閥狀態監測實驗系統組成框圖
        具體的傳感器選型、安裝與供電等如表1所示。 圖6為測試系統實物圖。
        表1 球閥狀態監測實驗系統的傳感器選型、安裝與供電
        圖6 球閥狀態監測實驗系統
        3 球閥分析評估
        利用的球閥進氣口與出氣口壓力、執行機構轉動角度等有關信息,對球閥的進行了分析評估。
        3.1 SMC電磁閥分析評估
        SMC電磁閥初始段壓力值穩定在5 MPa,說明系統供氣壓力正常。此時球閥進氣口壓力為0,出氣口壓力為5 MPa,球閥處于關閉狀態。當發出開閥指令后,二位五通閥動作,實現氣路轉換,球閥進氣口壓力為5 MPa,出氣口壓力為0,進氣口與出氣口的壓力差形成的轉矩驅動球閥打開; 當發出關閥指令后,二位五通閥動作,實現氣路轉換,球閥進氣口壓力為0,出氣口壓力為5 MPa,進氣口與出氣口的壓力差形成的轉矩驅動球閥關閉。圖7壓力曲線的兩波動反映了二位五通閥的狀態轉換,轉換時間約為1 s,與該型二位五通閥的標稱情況(轉換時間小于1 s)基本一致。
        3.2 球閥分析評估
        1) 閥開啟和關閉過程中進氣口壓力變化情況
        SMC電磁閥開啟和關閉過程中進氣口壓力變化情況。
        SMC電磁閥進氣口壓力-閥轉動角度曲線
        SMC電磁閥開啟過程:當入口壓力由0逐漸增加到大約4 MPa時,球閥開始動作。此后球閥逐漸打開,轉動角度逐漸變大,直終到90°位置限位,之后回彈穩定角度85°。這一過程中,入口壓力稍微降低,但總體變化不大。到穩定角度85°后,壓力繼續增加直5 MPa。
        SMC電磁閥關閉過程:當入口壓力在二位五通閥的作用下由5 MPa逐漸減少到約1 MPa時,球閥開始動作。此后球閥逐漸關閉,角度逐漸變小,直終到-2.2° 位置限位,之后回彈穩定角度0°。這一過程中,入口壓力基本不變,到穩定角度0°后,壓力繼續降低直0。
        2) SMC電磁閥開啟和關閉過程中出氣口壓力變化情況
        SMC電磁閥開啟和關閉過程中出氣口壓力變化情況。
        SMC電磁閥出氣口壓力-閥轉動角度曲線
        SMC電磁閥開啟過程:當出口壓力由5 MPa逐漸減小約2 MPa時,球閥開始動作。此后球閥逐漸打開,角度逐漸變大,直終到90°位置限位,之后回彈穩定角度85°。這一過程中,出口壓力稍微降低但總體變化不大,到穩定角度85°后,壓力繼續降低直0。
        SMC電磁閥關閉過程:當出口壓力在二位五通閥的作用下由0逐漸增大到約2 MPa時,球閥開始動作。此后球閥逐漸關閉,角度逐漸變小,直終到-2.2°位置限位,之后回彈穩定角度0°。這一過程中,出口壓力基本不變,到穩定角度0°后,壓力繼續升高直5 MPa。

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