實(shí)驗(yàn)研究
將力矩馬達(dá)與閥體相聯(lián)構(gòu)成雙級(jí)高速開關(guān)閥，采用電渦流傳感器測(cè)量閥芯位移，閥芯最大位移為 0.5mm；用紫外線示波器記錄輸入電壓 U1、U2 和線圈兩端輸出電壓 UL 及電流 IL 的波形，實(shí)測(cè)的波形見圖 2。顯而易見，閥芯與電磁鐵相聯(lián)后，銜鐵的動(dòng)作時(shí)間要略為多一些，但由于該閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)H為銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的 1/3，所以動(dòng)作時(shí)間的增加并不多。相聯(lián)后實(shí)測(cè)得力馬達(dá)最大響應(yīng)脈沖信號(hào)頻率為 190Hz（驅(qū)動(dòng)電壓 30V）。
給出閥動(dòng)作時(shí)間與力馬達(dá)初始系隙之間的關(guān)系（壓力為 0.8MPa）：從表中可以看出當(dāng) θ0 為 0.2 度左右時(shí)，閥的動(dòng)作時(shí)間最短。當(dāng)系隙增大時(shí)，馬達(dá)的動(dòng)作時(shí)間增大；當(dāng)系隙減小時(shí)，導(dǎo)閥開度較小，推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的供氣不足，這兩種因素皆使閥動(dòng)作時(shí)間增大。
| θ0 | 0.6 | 0.4 | 0.2 | 0.1 | 0.05 |
|---|---|---|---|---|---|
| tr (ms) | 1.87 | 1.36 | 1.12 | 1.29 | 1.37 |
圖 3 給出了供氣壓力與閥動(dòng)作時(shí)間的關(guān)系，它們之間近似呈二次曲線的變化規(guī)律。
結(jié)論
將雙自由度的閥芯運(yùn)用于氣動(dòng)高速開關(guān)閥的設(shè)計(jì)是成功的，它既適用于小通徑也適用于較大通徑。調(diào)整力矩馬達(dá)的調(diào)隙螺釘可改變導(dǎo)閥（旋轉(zhuǎn)自由度）開啟面積大小。改變閥芯中央臺(tái)肩的寬度變化，可使閥成為二通型或三通型。
閥門的通徑為 φ6，閥門的開關(guān)時(shí)間為 1.3ms 左右。導(dǎo)閥的開關(guān)時(shí)間隨系隙調(diào)整螺釘?shù)母淖兌兓凑{(diào)整銜鐵的擺角行程可以改變開啟時(shí)間。對(duì)導(dǎo)閥而言，行程越小則開關(guān)時(shí)間越短，然而對(duì)主閥卻不是這樣的，只有當(dāng)銜鐵的行程達(dá)到某一值時(shí)，主閥的開啟時(shí)間最短。在機(jī)械加工精度保證的前提下，增大導(dǎo)閥的面積梯度，減小行程，可縮小閥的開關(guān)時(shí)間。
該閥速度較快的另一原因是回程采用脈沖電流驅(qū)動(dòng)。一方面由于回程不存在彈簧，則力矩馬達(dá)輸出的機(jī)械功皆用于驅(qū)動(dòng)閥芯，毋需克服彈簧力，從而使閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短。另一方面采用瞬間通電，較大的瞬間電流使閥芯快速動(dòng)作，又不會(huì)引起馬達(dá)線圈發(fā)熱過(guò)劇而燒壞。由于機(jī)構(gòu)中沒(méi)有彈簧，從而不存在彈性元件的疲勞破壞的問(wèn)題，這一點(diǎn)對(duì)脈寬調(diào)制狀態(tài)下工作的閥尤為重要。
綜上所述，將雙自由度的原理運(yùn)用于高速氣動(dòng)開關(guān)閥的設(shè)計(jì)是成功的，所設(shè)計(jì)的高速開關(guān)元件具有良好的性能，這種性能還可隨加工精度的提高而得到進(jìn)一步提高。
