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SMC電磁閥狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估研究
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(shí)球閥進(jìn)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(dāng)發(fā)出開閥指令后，二位五通閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)氣路轉(zhuǎn)換，球閥進(jìn)氣口壓力為5 MPa，出氣口壓力為0，進(jìn)氣口與出氣口的壓力差形成的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)球閥打開； 當(dāng)發(fā)出關(guān)閥指令后，二位五通閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)氣路轉(zhuǎn)換，球閥進(jìn)氣口壓力為0，出氣口壓力為5 MPa，進(jìn)氣口與出氣口的壓力差形成的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)球閥關(guān)閉。圖7壓力曲線的兩次波動(dòng)反映了二位五通閥的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為1 s，與該型二位五通閥的標(biāo)稱情況(轉(zhuǎn)換時(shí)間小于1 s)基本一致。
SMC電磁閥分析評(píng)估
1) 閥開啟和關(guān)閉過程中進(jìn)氣口壓力變化情況
圖10給出了SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中進(jìn)氣口壓力變化情況。
SMC電磁閥進(jìn)氣口壓力-閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度曲線
球閥開啟過程：當(dāng)入口壓力由0逐漸增加到大約4 MPa時(shí)，球閥開始動(dòng)作。此后球閥逐漸打開，轉(zhuǎn)動(dòng)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。
球閥關(guān)閉過程：當(dāng)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(shí)，球閥開始動(dòng)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) 球閥開啟和關(guān)閉過程中出氣口壓力變化情況
SMC電磁閥給出了球閥開啟和關(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(dòng)角度曲線
SMC電磁閥開啟過程：當(dāng)出口壓力由5 MPa逐漸減小約2 MPa時(shí)，球閥開始動(dòng)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(dāng)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(shí)，球閥開始動(dòng)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。
3) SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中球閥進(jìn)氣口與出氣口間壓力差的變化情況
SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中進(jìn)氣口與出氣口間壓力差的變化情況。
SMC電磁閥進(jìn)氣口與出氣口間壓力差-閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度曲線
球閥開啟過程：初始時(shí)進(jìn)氣口壓力為0，出氣口壓力為5 MPa，入口與出口間壓力差為-5 MPa。當(dāng)二位五通閥狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，入口壓力逐漸增大，出口壓力逐漸減小，入口與出口間壓力差由-5 MPa逐漸增約1.57 MPa時(shí)，球閥開始轉(zhuǎn)動(dòng)，球閥轉(zhuǎn)角極限值90°。這一過程中，氣壓差值略有下降。當(dāng)球閥轉(zhuǎn)角回到穩(wěn)定值85°后，壓差值繼續(xù)升高直5 MPa。
球閥關(guān)閉過程：初始時(shí)入口壓力為5 MPa，出口壓力為0，入口與出口間壓力差為5 MPa。當(dāng)二位五通閥狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，入口壓力逐漸減小，出口壓力逐漸增大，入口與出口間壓力差由5 MPa逐漸降約1.57 MPa時(shí)，球閥開始轉(zhuǎn)動(dòng)，球閥轉(zhuǎn)角極限值-2.2°。這一過程中，氣壓差值略有下降。當(dāng)球閥轉(zhuǎn)角回到穩(wěn)定值0°后，壓差值繼續(xù)下降直-5 MPa。
4) 閥開啟(關(guān)閉)時(shí)間
SMC電磁閥開啟和關(guān)閉過程中進(jìn)氣口壓力變化情況。
SMC電磁閥進(jìn)氣口壓力
SMC電磁閥的進(jìn)氣口壓力可以大致估算出閥開啟(關(guān)閉)時(shí)間。進(jìn)氣口壓力由0～5 MPa的過程(如圖A點(diǎn)B點(diǎn))就是球閥的開啟時(shí)間，約為1.22 s；進(jìn)氣口壓力由5 MPa到0的過程(如圖C點(diǎn)D點(diǎn))就是球閥的關(guān)閉時(shí)間，約為1.12 s。這與該型球閥的標(biāo)稱情況(小于1 s)基本一致。實(shí)驗(yàn)中所用球閥為實(shí)際系統(tǒng)中淘汰下來的球閥，稍差，所以開啟(或關(guān)閉)時(shí)間較長(zhǎng)。
5) 模擬故障實(shí)驗(yàn)
將一個(gè)SMC電磁閥的閥體取下，與一個(gè)正常的球閥的情況進(jìn)行了對(duì)比分析。圖14給出了球閥開啟和關(guān)閉過程中球閥進(jìn)氣口與出氣口間壓力差的變化情況。左邊的圖14a是帶有閥體的球閥情況，圖14b是不帶閥體的球閥情況。圖中橫軸為閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度，縱軸為壓力。
圖14 球閥進(jìn)氣口出氣口間壓力差-閥轉(zhuǎn)動(dòng)角度曲線
由圖可見，帶有閥體的球閥需要更大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)，閥開啟壓力差為2 MPa。不帶閥體的球閥需要的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較小，閥開啟壓力差為0.2 MPa。從圖上兩者的對(duì)比很，據(jù)此情況，可以對(duì)于球閥卡滯、動(dòng)作變慢等故障進(jìn)行診斷。
4 結(jié)論
(1) 結(jié)合球閥的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)特性，利用球閥的進(jìn)出口壓力和球閥的開(閉)角，對(duì)球閥的穩(wěn)態(tài)特性和瞬態(tài)特性進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。
(2) 在信息采集方面，壓力傳感器可以測(cè)量球閥的進(jìn)、出口壓力，將球閥的開(閉)角轉(zhuǎn)化為線性位移的測(cè)量，由位移傳感器完成試驗(yàn)。測(cè)試系統(tǒng)的組成相對(duì)簡(jiǎn)單，儀器設(shè)備比較通用，信號(hào)處理部分可以利用現(xiàn)有實(shí)際系統(tǒng)的相關(guān)硬件(如數(shù)據(jù)處理終端和一些信號(hào)傳輸鏈路)，易于工程實(shí)現(xiàn)。
(3) 在數(shù)據(jù)處理方面，通過一般的時(shí)域分析，可以得到入口與出口之間的壓差-閥旋轉(zhuǎn)角曲線，算法簡(jiǎn)單穩(wěn)定。
(4) 在評(píng)價(jià)方面，閥門進(jìn)出口壓差和旋轉(zhuǎn)角度曲線能較地反映球閥工作過程的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性，能夠準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)球閥的，特別是動(dòng)態(tài)。
