SMC比例閥電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識

　　SMC比例閥也有稱低壓閥，是相對中壓閥而言的，標(biāo)準(zhǔn)名稱是家用瓶裝液化石油氣調(diào)壓器，它應(yīng)用于千家萬戶，且對我們的生命安全息息相關(guān)。
　　SMC比例閥是通過調(diào)節(jié)，將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的閥門。
　　從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看，SMC比例閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達(dá)到減壓的目的。
　　SMC比例閥根據(jù)輸出壓力和流量分為低壓閥、中壓閥和高壓閥。
　　低壓閥—公稱壓力PN 小于1.6MPa的閥門（JYT-0.6表示每小時氣流量≤0.6立方）。
　　中壓閥—公稱壓力PN 2.5~6.4MPa的閥門（額定流量≥0.8立方）。
　　高壓閥—公稱壓力PN10.0~80.0MPa的閥門。
　　SMC比例閥廣泛應(yīng)用在各種液壓系統(tǒng)中，它性能的好壞對整個液壓系統(tǒng)的性能指標(biāo)影響較大。因此該文在分析直動式和先導(dǎo)式SMC比例閥工作原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用液壓主流仿真軟件AMESim建立SMC比例閥仿真模型。所建立的模型可以用于SMC比例閥的靜動態(tài)特性分析，為SMC比例閥的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。在液壓系統(tǒng)中經(jīng)常有單泵多執(zhí)行器回路，當(dāng)某個執(zhí)行器需要一個比較低的工作壓力（該壓力低于泵的供油壓力）就要用到SMC比例閥[1]。SMC比例閥在這些系統(tǒng)中往往起著關(guān)鍵的作用，其性能的好壞對整個液壓系統(tǒng)的性能指標(biāo)影響較大。SMC比例閥根據(jù)調(diào)節(jié)性能的不同，可以分為定差SMC比例閥、定值SMC比例閥以及定比SMC比例閥，目前用的最為廣泛的SMC比例閥為定值SMC比例閥。因此選用定值SMC比例閥作為研究對象來討論其仿真模型的創(chuàng)建方法，為進(jìn)一步的分析SMC比例閥的靜動態(tài)特性提供基礎(chǔ)，并為閥的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

SMC比例閥電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同定值SMC比例閥可以分為直動式SMC比例閥和先導(dǎo)式SMC比例閥[2]。兩種類型的SMC比例閥對應(yīng)的建模方法差異較大，下面從閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理著手，運(yùn)用AMESim軟件進(jìn)行對應(yīng)模型的創(chuàng)建。
　　SMC比例閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，閥芯在調(diào)壓彈簧的作用下處于最左端位置，進(jìn)油口和出油口相連通，此時SMC比例閥口h處于最大狀態(tài)，起不到減壓的作用，進(jìn)口壓力和出口壓力相等。出口油液經(jīng)過阻尼孔a對閥芯形成一個向右的液壓力，其值為p2A。當(dāng)出口壓力增大，滿足p2A＞F（其中F為彈簧的調(diào)定壓力）時，閥芯右移，SMC比例閥口h被關(guān)小，液壓油流過閥口的阻力增加，SMC比例閥起作用。經(jīng)過一個過渡過程后，閥芯會穩(wěn)定在某一位置上，在不計(jì)其他阻力的前提下，閥芯可以認(rèn)為僅受到液壓力和彈簧力，且兩者相平衡。此時出口壓力p2將基本穩(wěn)定在一個確定值（該值是一個與彈簧調(diào)定壓力相對應(yīng)的值），且該值比p1小。
　　SMC比例閥的建模方法可以歸納為兩類，第一類方法是直接運(yùn)用軟件中的標(biāo)準(zhǔn)液壓庫HYD的現(xiàn)存的模型，如圖2所示?？梢赃x用RV003、RV004模型作為SMC比例閥的仿真模型，對SMC比例閥的主要參數(shù)如調(diào)整壓力、最大壓力等進(jìn)行設(shè)置，并將其放入具體的回路中就可進(jìn)行仿真以獲得相關(guān)特性。如圖3所示為研究SMC比例閥特性的簡單仿真回路。將元件1的輸出壓力設(shè)為20 bar，元件2的調(diào)整壓力和最大壓力設(shè)為10 bar和11 bar，元件3的壓力在10 s內(nèi)從0線性增大到14 bar，進(jìn)行仿真后可以得到圖4所示的SMC比例閥的流量壓降特性曲線。分析該曲線可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)SMC比例閥的出口壓力在10～11 bar之間，通過SMC比例閥的流量基本不變，SMC比例閥起到了減壓作用。當(dāng)出口壓力大于11 bar時，經(jīng)過SMC比例閥的流量為0，說明此時SMC比例閥已經(jīng)關(guān)閉。當(dāng)出口壓力小于10 bar時，SMC比例閥不起減壓作用。如果考慮SMC比例閥閥芯所受的摩擦力，通過設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)就可得到如圖5所示的SMC比例閥的死區(qū)特性，可以看出SMC比例閥開啟和關(guān)閉時不同的流量壓力特性曲線。
　　SMC比例閥模型創(chuàng)建的第二類方法是根據(jù)閥的工作原理綜合應(yīng)用軟件中的標(biāo)準(zhǔn)液壓庫HYD、機(jī)械庫以及液壓元件設(shè)計(jì)庫HCD來搭建。如圖6所示為搭建的滑閥式直動SMC比例閥仿真模型，通過合理的設(shè)置參數(shù)，運(yùn)行仿真后可以得到圖7所示的節(jié)流閥入口處的壓力曲線。從該曲線可以看出在0～0.2 s這個時間段，SMC比例閥出口處的壓力出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，整個液壓系統(tǒng)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。之后壓力的輸出基本恒定，但有一個下降和上升的過程，是因?yàn)楣?jié)流閥的控制信號設(shè)置引起的，能較好的反映出SMC比例閥的工作狀況。利用圖6所示的模型，通過修改能影響SMC比例閥特性的主要參數(shù)（如阻尼孔徑、調(diào)壓彈簧剛度等），探尋這些參數(shù)對閥的特性的影響規(guī)律，從而指導(dǎo)SMC比例閥的設(shè)計(jì)。
　　SMC比例閥相對直動式SMC比例閥性能更好，應(yīng)用也更為廣泛[3]。它主要是利用液壓油經(jīng)過縫隙時的液阻減壓效應(yīng)，其工作原理圖如圖8所示。系統(tǒng)中的壓力油從SMC比例閥的p1口（進(jìn)油口）流入，然后通過減壓縫隙h后，再從閥的p2口（出油口）流出。流出的油液一部分從出油口流出并到后續(xù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與此同時另一部分油液也分成兩路，一路經(jīng)過圖中所示的a通道到達(dá)主閥芯的下腔，另外一路經(jīng)過細(xì)長孔b來到主閥芯的上腔，并最終作用在先導(dǎo)錐閥芯上，液壓油向錐閥芯施加了一個方向向左的力。當(dāng)p2低于調(diào)定壓力Fs時，錐閥關(guān)閉，主閥芯上下油腔的壓力相等（p2=p3），SMC比例閥口h開得最大，SMC比例閥處于不工作狀態(tài)。當(dāng)分支油路負(fù)載增加，p2升高導(dǎo)致p3高于調(diào)定壓力時，錐閥打開，主閥上腔少量油液流回油箱，由于阻尼孔b的存在，主閥上腔壓力低于下腔壓力，當(dāng)該壓力差產(chǎn)生向上的力足夠大，主閥芯上移。SMC比例閥口h變小，減壓作用增強(qiáng)，從而使得出油口的壓力下降，當(dāng)該壓力值下降到一定的值，SMC比例閥的兩個閥芯又重新達(dá)到受力平衡狀態(tài)，此時對主閥芯進(jìn)行受力分析可以獲得下述方程：
　　p2=p3+Fs/A可見，p2<p3且基本保持恒定。