超高压气动比例减压阀的结构及工作原理

超高压气动比例减压阀的原理如图所示，该减压阀采用出口压力电反馈的方式。由阀的主体结构、压力传感器和控制器三个主要部分构成。气动比例减压阀输出压力的调节通过调节调压腔的压力，改变气动活塞的受力状况，产生相应的位移从而改变主阀的开度，达到调节输出压力的目的。调压腔压力的控制则是通过压力传感器检测输出压力与设定压力的偏差，经控制器给出控制信号控制比例电磁铁，调节先导阀阀口的开度，改变流入调压腔的流量，从而达到调节调压腔压力的目的，稳态工作时调压腔进出口的流量相当，调压腔气体的压力处于动态平衡状态所。

图2-1高压气动比例减压阀原理简图

设计的气动比例减压阀主体的外形图如图2-2所示，该减压阀在排气口和进气口分别设置有高精度的高压压力传感器，其中出口端的高压压力传感器用于检测输出压力，做压力闭环反馈控制，进气端的高压压力传感器用于检测输入压力，作为控制器的一项重要参数来调节输出控制信号。另为了进一步分析减压阀的工作机理，在气动比例减压阀的调压腔设置了一个压力传感器用于监测调压腔的压力变化。由于该型减压阀尚处于探索性研究阶段，所设计的数字控制器末与减压阀集成于一体，而是采用通用的比例放大电路板加多功能数据采集卡加计算机的模式来实现。

超高压气动比例减压阀从功能上该阀的结构可分为先导阀级和主阀级两大部分。

主阀级部分，压力反馈腔内装主阀芯弹簧K，弹簧下接主阀阀芯，主阀阀芯推杆的另一端与气动活塞相接触，使得调压腔的压力变化带来的活塞位移信号能传递给主阀阀芯。主阀阀芯和主阀芯推杆上端中心均开有细长孔，连通排气腔b和压力反馈腔f，使得两腔的气体相通，反馈腔的压力与排气腔的压力近似相等，部分平筏主阀芯两端所受的压力，同时具有对主阀阀芯缓冲减振的功能。主阀芯在反馈腔的受压面积小于其在排气腔一侧的受压面积，二者的面积差为进气腔气体压力作用面积，由于进气压力大于排气压力，故在该气体压力与弹簧的预紧力共同作用下，使得当减压阀处于非工作状态时，主阀阀口得到足够的密封压紧力，而无需使用刚度很大的预紧弹簧，同时使得稳态工作时，调压腔的压力必须略高于排气腔的压力(否则，气动活塞无法取得足够的力定开主阀阀口)，保证先导气路的正常工作。

先导级部分，先导阀阀芯采用两级节流口串联的滑阀形式，并且采用了阀套的结构方式。采用滑阀结构具有移动的导向性好，容易利用端面作为反馈力的作用面而不受进气端高压气体产生的密封压力作用，先导阀灵巧反应快，且采用非全周阀El易于构成较小的通流断面，而且阀El无冲击等特点。不足之处是带来了微量的气体泄漏问题。阀门采用正遮盖的方式，调节比例放大板的偏值电流改变阀口的遮盖量。比例电磁铁由一个PI控制器控制，PI控制器的参数不是固定的，而是随着设定的输出压力和输入压力变化而变化，以适应大范围调节压力的要求。

气动比例减压阀输出压力的调节，通过调节调压腔的压力来实现。不考虑泄漏因素影响，影响调压腔压力有从先导级流入调压腔的气体流量，气体流经介于调压腔与排气腔之间的气动活塞上的节流孔的流量，以及因气动活塞移动而带来的调压腔的体积变化三大因素。上述三个因素中的后两个由减压阀的结构和所处的工作状态决定，控制调压腔的压力主要从控制先导级流入调压腔的气体流量入手。 具体实现过程：首先由压力传感器检测输出压力与设定压力的偏差，该偏差信号传送给控制器，控制器按其算法给出比例电磁铁的控制信号，该控制信号与先导阀的复位弹簧共同作用，使得阀芯调整到一个新的位置，即改变了先导阀阀II的开度，流入调压腔的气流流量发生变化，从而改变了调压腔的压力。稳态工作时调压腔进出口的流量相当，调压腔气体的压力处于动态平衡状态。

      先导级进气引自主阀的进气腔a，小股气体流经先导阀阀口，调压腔，再通过气动活塞上的节流口流入排气腔。按液压半桥的分析方法来分析该减压阀的先导气路，该先导级的气路结构属于C型半桥的结构，即输入端气体阻尼是可变的，输出端气体阻尼是固定的。