SMC電磁閥狀態(tài)監(jiān)測與評估研究
    在閥門開啟(關(guān)閉)的動態(tài)過程中，閥門的轉(zhuǎn)矩特性，即開啟(關(guān)閉)角與執(zhí)行器輸出扭矩之間的關(guān)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(guān)系，分析球閥入口與出口壓差與球閥開(閉)角的關(guān)系，得到球閥的扭矩特性，從而實現(xiàn)對球閥動態(tài)過程和工作的分析和評價。
    據(jù)此設(shè)計了一套實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成?？刂茪怏w為氮氣，壓力為5 MPa，如圖5所示。
    球閥狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括傳感器和信號控制與數(shù)據(jù)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(xiàn)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(zhuǎn)角進行測試較為困難， 因此轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于給電磁閥加入啟動信號(階躍信號)，并進行數(shù)據(jù)的采集，采樣頻率設(shè)置為2 kHz。
    圖5 球閥狀態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)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(tǒng)實物圖。
    表1 球閥狀態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)的傳感器選型、安裝與供電
    圖6 球閥狀態(tài)監(jiān)測實驗系統(tǒng)
    3 球閥分析評估
    利用的球閥進氣口與出氣口壓力、執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)動角度等有關(guān)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(wěn)定在5 MPa，說明系統(tǒng)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(guān)閉狀態(tài)。當發(fā)出開閥指令后，二位五通閥動作，實現(xiàn)氣路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩驅(qū)動球閥打開； 當發(fā)出關(guān)閥指令后，二位五通閥動作，實現(xiàn)氣路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩驅(qū)動球閥關(guān)閉。圖7壓力曲線的兩波動反映了二位五通閥的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間約為1 s，與該型二位五通閥的標稱情況(轉(zhuǎn)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(guān)閉過程中進氣口壓力變化情況
    SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中進氣口壓力變化情況。
    SMC電磁閥進氣口壓力-閥轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動角度逐漸變大，直終到90°位置限位，之后回彈穩(wěn)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(wěn)定角度85°后，壓力繼續(xù)增加直5 MPa。
    SMC電磁閥關(guān)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(guān)閉，角度逐漸變小，直終到-2.2° 位置限位，之后回彈穩(wěn)定角度0°。這一過程中，入口壓力基本不變，到穩(wěn)定角度0°后，壓力繼續(xù)降低直0。
    2) SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中出氣口壓力變化情況
    SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中出氣口壓力變化情況。
    SMC電磁閥出氣口壓力-閥轉(zhuǎn)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(wěn)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(wěn)定角度85°后，壓力繼續(xù)降低直0。
    SMC電磁閥關(guān)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(guān)閉，角度逐漸變小，直終到-2.2°位置限位，之后回彈穩(wěn)定角度0°。這一過程中，出口壓力基本不變，到穩(wěn)定角度0°后，壓力繼續(xù)升高直5 MPa。