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SMC电磁阀状态监测与评估研究

发布时间: 2019/9/6  点击次数: 742次      文件下载    

    SMC电磁阀状态监测与评估研究
    在阀门开启(关闭)的动态过程中,阀门的转矩特性,即开启(关闭)角与执行器输出扭矩之间的关系是非常重要的。通过测量球阀进出口压力与球阀开(闭)角的关系,分析球阀入口与出口压差与球阀开(闭)角的关系,得到球阀的扭矩特性,从而实现对球阀动态过程和工作的分析和评价。
    据此设计了一套实验系统,该系统主要由气源、减压阀、阀、二位五通电磁阀、球阀等各个部件和球阀状态监测系统组成。控制气体为氮气,压力为5 MPa,如图5所示。
    球阀状态监测系统主要包括传感器和信号控制与数据采集单元,传感器包括3个压力传感器和1个位移传感器,3个压力传感器分别实现二位五通电磁阀入口、球阀进气口、球阀出气口处气体压力的测试,直接对球阀转角进行测试较为困难, 因此转化为对直线位移的测试,由1个位移传感器完成测试。信号控制与数据采集系统用于给电磁阀加入启动信号(阶跃信号),并进行数据的采集,采样频率设置为2 kHz。
    图5 球阀状态监测实验系统组成框图
    具体的传感器选型、安装与供电等如表1所示。 图6为测试系统实物图。
    表1 球阀状态监测实验系统的传感器选型、安装与供电
    图6 球阀状态监测实验系统
    3 球阀分析评估
    利用的球阀进气口与出气口压力、执行机构转动角度等有关信息,对球阀的进行了分析评估。
    3.1 SMC电磁阀分析评估
    SMC电磁阀初始段压力值稳定在5 MPa,说明系统供气压力正常。此时球阀进气口压力为0,出气口压力为5 MPa,球阀处于关闭状态。当发出开阀指令后,二位五通阀动作,实现气路转换,球阀进气口压力为5 MPa,出气口压力为0,进气口与出气口的压力差形成的转矩驱动球阀打开; 当发出关阀指令后,二位五通阀动作,实现气路转换,球阀进气口压力为0,出气口压力为5 MPa,进气口与出气口的压力差形成的转矩驱动球阀关闭。图7压力曲线的两波动反映了二位五通阀的状态转换,转换时间约为1 s,与该型二位五通阀的标称情况(转换时间小于1 s)基本一致。
    3.2 球阀分析评估
    1) 阀开启和关闭过程中进气口压力变化情况
    SMC电磁阀开启和关闭过程中进气口压力变化情况。
    SMC电磁阀进气口压力-阀转动角度曲线
    SMC电磁阀开启过程:当入口压力由0逐渐增加到大约4 MPa时,球阀开始动作。此后球阀逐渐打开,转动角度逐渐变大,直终到90°位置限位,之后回弹稳定角度85°。这一过程中,入口压力稍微降低,但总体变化不大。到稳定角度85°后,压力继续增加直5 MPa。
    SMC电磁阀关闭过程:当入口压力在二位五通阀的作用下由5 MPa逐渐减少到约1 MPa时,球阀开始动作。此后球阀逐渐关闭,角度逐渐变小,直终到-2.2° 位置限位,之后回弹稳定角度0°。这一过程中,入口压力基本不变,到稳定角度0°后,压力继续降低直0。
    2) SMC电磁阀开启和关闭过程中出气口压力变化情况
    SMC电磁阀开启和关闭过程中出气口压力变化情况。
    SMC电磁阀出气口压力-阀转动角度曲线
    SMC电磁阀开启过程:当出口压力由5 MPa逐渐减小约2 MPa时,球阀开始动作。此后球阀逐渐打开,角度逐渐变大,直终到90°位置限位,之后回弹稳定角度85°。这一过程中,出口压力稍微降低但总体变化不大,到稳定角度85°后,压力继续降低直0。
    SMC电磁阀关闭过程:当出口压力在二位五通阀的作用下由0逐渐增大到约2 MPa时,球阀开始动作。此后球阀逐渐关闭,角度逐渐变小,直终到-2.2°位置限位,之后回弹稳定角度0°。这一过程中,出口压力基本不变,到稳定角度0°后,压力继续升高直5 MPa。

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