國內(nèi)數(shù)字泵關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀分析

麥浩添

（中山市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，廣東 中山 528400）

1 數(shù)字泵概述

所謂數(shù)字泵，就是電液數(shù)字控制液壓泵的簡稱。它能容易實(shí)現(xiàn)變量的控制，變量機(jī)構(gòu)起到關(guān)鍵作用，而變量機(jī)構(gòu)的形式主要有步進(jìn)電機(jī)、電液伺服閥和高速開關(guān)閥等，下面將對這三種形式分別展開介紹。

2 步進(jìn)電機(jī)

對變量控制以步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的泵，該系統(tǒng)的工作原理：由CPU發(fā)出時(shí)序脈沖，通過放大器產(chǎn)生高電壓和大電流，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過螺旋副將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，以撥動(dòng)三位三通伺服閥閥芯，閥芯運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)差動(dòng)缸活塞的隨動(dòng)，主泵的斜盤與差動(dòng)缸的活塞相連，引起主泵的斜盤擺動(dòng)，最終可以改變柱塞泵的排量。角度傳感器和柱塞泵的斜盤相連，通過角度傳感器檢測后，反饋到CPU，和先前由鍵盤輸入到CPU的指令信號進(jìn)行差值運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再輸入到系統(tǒng)中，構(gòu)成閉環(huán)控制。系統(tǒng)的硬件組成：8751單片機(jī)、用于功率放大的達(dá)林頓復(fù)合管、7406驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、顯示器、晶振和變壓器等。由于CPU的指令脈沖信號很弱，p1接口接上一個(gè)7406驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)脈沖功率放大級的達(dá)林頓管，使步進(jìn)電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到2A。從鍵盤上輸入主要的參數(shù)，如數(shù)字泵的運(yùn)行步數(shù)和旋轉(zhuǎn)的方向，通過程序運(yùn)算，這些都從顯示器上顯示出來，輸入輸出接口8255把8751和鍵盤、顯示器連接起來，CPU的指令脈沖再通過7406驅(qū)動(dòng)器、達(dá)林頓管放大，到達(dá)步進(jìn)電機(jī)的繞組上，把8751的p1.0、p1.1和p1.2分別接到三相步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三個(gè)繞組?；诓竭M(jìn)電機(jī)的三種通電方式，采用三相六拍的通電方式。

3 電液伺服閥

對電液伺服閥的變量機(jī)構(gòu)研究，該系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)由兩個(gè)兩位兩通電磁開關(guān)閥，一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)位移傳感器，intel 8031 CPU以及相應(yīng)的輔助電路組成。壓力傳感器將采集來的負(fù)載壓力信號通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后輸入微機(jī)；微機(jī)根據(jù)系統(tǒng)控制軟件計(jì)算出與目標(biāo)排量相對應(yīng)的差動(dòng)活塞的目標(biāo)位置，并將該位置與位移傳感器輸出的差動(dòng)活塞當(dāng)前位置作比較，計(jì)算出誤差；單片機(jī)根據(jù)誤差大小輸出一列數(shù)字脈沖信號控制開關(guān)閥開啟或關(guān)閉，使變量泵輸出所要求的排量。從結(jié)構(gòu)上看，這種開關(guān)閥開關(guān)行程短，一般僅需0.5 mm即可，因而響應(yīng)時(shí)間短。同時(shí)，球體與噴嘴之間的密封可靠，基本上可以做到無泄漏。當(dāng)然，這種開關(guān)閥也有一定的適用范圍，由于電磁鐵的推力有限，在大流量或高壓的場合不宜采用這種電磁閥。變量泵差動(dòng)活塞的控制壓力一般僅需3 MPa～4 MPa，同時(shí)差動(dòng)油缸容腔很小，僅需很小的流量，故采用這種開關(guān)閥十分適宜?？刂葡到y(tǒng)組成包括：8031主電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、模擬輸入電壓范圍控制系統(tǒng)、輸入電路、輸出電路。為了使控制軟件通用簡單，把泵的負(fù)載特性曲線即壓力—排量關(guān)系曲線作離散化處理，分成若干段，將壓力和排量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量后存入外部存貯器EPROM 中。微機(jī)經(jīng)過查表計(jì)算即可得到與負(fù)載壓力相對應(yīng)的活塞目標(biāo)位置值。

4 高速開關(guān)閥

對二位三通高速開關(guān)閥的變量機(jī)構(gòu)研究，該系統(tǒng)的工作原理：以高速開關(guān)閥作為先導(dǎo)控制閥，壓力傳感器采樣得到的壓力信號通過數(shù)據(jù)采集卡（帶A/D、I/O）傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過比較計(jì)算產(chǎn)生的 PWM矩形調(diào)制波控制高速開關(guān)閥，高速開關(guān)閥產(chǎn)生的先導(dǎo)壓力信號又直接作用于恒壓變量泵的調(diào)壓變量機(jī)構(gòu)，因此，可根據(jù)其輸出先導(dǎo)壓力的不同來達(dá)到調(diào)節(jié)恒壓變量泵的輸出壓力的目的。由于高速開關(guān)閥壓力控制回路具有比例控制的功能，通過簡單的電液數(shù)字控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)對其壓力的比例控制，并且高速開關(guān)閥具有數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換的功能，因此，應(yīng)用它作為接口元件，計(jì)算機(jī)就可以直接控制恒壓變量泵的輸出壓力，實(shí)現(xiàn)恒壓變量泵的輸出壓力無級變化調(diào)節(jié)以滿足不同的液壓控制系統(tǒng)的工作要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前數(shù)字泵的關(guān)鍵技術(shù)的區(qū)別，基本上圍繞以下面幾個(gè)問題展開：變量機(jī)構(gòu)的控制方式、泵流量的檢測方法、變量機(jī)構(gòu)的供油方式。比較以上3種方式，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：電液伺服閥型排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具有響應(yīng)快、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但成本高，且對油液的清潔度要求高、抗污染能力差，一般情況很少采用；步進(jìn)電機(jī)型排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)盡管抗污染能力強(qiáng)，但其實(shí)現(xiàn)起來需要較多的電子設(shè)備，成本較高，控制過程較復(fù)雜。而高速開關(guān)閥位置控制變量機(jī)構(gòu)是一新型的變量機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、抗污染能力強(qiáng)、工作可靠性高，可直接接受脈沖電信號，不需要D/A轉(zhuǎn)換元件，極易與計(jì)算機(jī)相連，因而越來越受到人們的重視。它克服了以往泵控制單一、控制能力差的缺點(diǎn)，開拓了全新的多功能控制方式，使變量泵的應(yīng)用更加廣泛，為液壓系統(tǒng)的機(jī)電一體化和智能化提供新的領(lǐng)域。

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