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SMC电磁阀状态监测与评估研究
初始段压力值稳定在5 MPa，说明系统供气压力正常。此时球阀进气口压力为0，出气口压力为5 MPa，球阀处于关闭状态。当发出开阀指令后，二位五通阀动作，实现气路转换，球阀进气口压力为5 MPa，出气口压力为0，进气口与出气口的压力差形成的转矩驱动球阀打开； 当发出关阀指令后，二位五通阀动作，实现气路转换，球阀进气口压力为0，出气口压力为5 MPa，进气口与出气口的压力差形成的转矩驱动球阀关闭。图7压力曲线的两次波动反映了二位五通阀的状态转换，转换时间约为1 s，与该型二位五通阀的标称情况(转换时间小于1 s)基本一致。
SMC电磁阀分析评估
1) 阀开启和关闭过程中进气口压力变化情况
图10给出了SMC电磁阀开启和关闭过程中进气口压力变化情况。
SMC电磁阀进气口压力-阀转动角度曲线
球阀开启过程：当入口压力由0逐渐增加到大约4 MPa时，球阀开始动作。此后球阀逐渐打开，转动角度逐渐变大，直终到90°位置限位，之后回弹稳定角度85°。这一过程中，入口压力稍微降低，但总体变化不大。到稳定角度85°后，压力继续增加直5 MPa。
球阀关闭过程：当入口压力在二位五通阀的作用下由5 MPa逐渐减少到约1 MPa时，球阀开始动作。此后球阀逐渐关闭，角度逐渐变小，直终到-2.2° 位置限位，之后回弹稳定角度0°。这一过程中，入口压力基本不变，到稳定角度0°后，压力继续降低直0。
2) 球阀开启和关闭过程中出气口压力变化情况
SMC电磁阀给出了球阀开启和关闭过程中出气口压力变化情况。
SMC电磁阀出气口压力-阀转动角度曲线
SMC电磁阀开启过程：当出口压力由5 MPa逐渐减小约2 MPa时，球阀开始动作。此后球阀逐渐打开，角度逐渐变大，直终到90°位置限位，之后回弹稳定角度85°。这一过程中，出口压力稍微降低但总体变化不大，到稳定角度85°后，压力继续降低直0。
SMC电磁阀关闭过程：当出口压力在二位五通阀的作用下由0逐渐增大到约2 MPa时，球阀开始动作。此后球阀逐渐关闭，角度逐渐变小，直终到-2.2°位置限位，之后回弹稳定角度0°。这一过程中，出口压力基本不变，到稳定角度0°后，压力继续升高直5 MPa。
3) SMC电磁阀开启和关闭过程中球阀进气口与出气口间压力差的变化情况
SMC电磁阀开启和关闭过程中进气口与出气口间压力差的变化情况。
SMC电磁阀进气口与出气口间压力差-阀转动角度曲线
球阀开启过程：初始时进气口压力为0，出气口压力为5 MPa，入口与出口间压力差为-5 MPa。当二位五通阀状态转换后，入口压力逐渐增大，出口压力逐渐减小，入口与出口间压力差由-5 MPa逐渐增约1.57 MPa时，球阀开始转动，球阀转角极限值90°。这一过程中，气压差值略有下降。当球阀转角回到稳定值85°后，压差值继续升高直5 MPa。
球阀关闭过程：初始时入口压力为5 MPa，出口压力为0，入口与出口间压力差为5 MPa。当二位五通阀状态转换后，入口压力逐渐减小，出口压力逐渐增大，入口与出口间压力差由5 MPa逐渐降约1.57 MPa时，球阀开始转动，球阀转角极限值-2.2°。这一过程中，气压差值略有下降。当球阀转角回到稳定值0°后，压差值继续下降直-5 MPa。
4) 阀开启(关闭)时间
SMC电磁阀开启和关闭过程中进气口压力变化情况。
SMC电磁阀进气口压力
SMC电磁阀的进气口压力可以大致估算出阀开启(关闭)时间。进气口压力由0～5 MPa的过程(如图A点B点)就是球阀的开启时间，约为1.22 s；进气口压力由5 MPa到0的过程(如图C点D点)就是球阀的关闭时间，约为1.12 s。这与该型球阀的标称情况(小于1 s)基本一致。实验中所用球阀为实际系统中淘汰下来的球阀，稍差，所以开启(或关闭)时间较长。
5) 模拟故障实验
将一个SMC电磁阀的阀体取下，与一个正常的球阀的情况进行了对比分析。图14给出了球阀开启和关闭过程中球阀进气口与出气口间压力差的变化情况。左边的图14a是带有阀体的球阀情况，图14b是不带阀体的球阀情况。图中横轴为阀转动角度，纵轴为压力。
图14 球阀进气口出气口间压力差-阀转动角度曲线
由图可见，带有阀体的球阀需要更大的转动力矩驱动，阀开启压力差为2 MPa。不带阀体的球阀需要的转动力矩较小，阀开启压力差为0.2 MPa。从图上两者的对比很，据此情况，可以对于球阀卡滞、动作变慢等故障进行诊断。
4 结论
(1) 结合球阀的稳态特性和瞬态特性，利用球阀的进出口压力和球阀的开(闭)角，对球阀的稳态特性和瞬态特性进行了分析和评价。
(2) 在信息采集方面，压力传感器可以测量球阀的进、出口压力，将球阀的开(闭)角转化为线性位移的测量，由位移传感器完成试验。测试系统的组成相对简单，仪器设备比较通用，信号处理部分可以利用现有实际系统的相关硬件(如数据处理终端和一些信号传输链路)，易于工程实现。
(3) 在数据处理方面，通过一般的时域分析，可以得到入口与出口之间的压差-阀旋转角曲线，算法简单稳定。
(4) 在评价方面，阀门进出口压差和旋转角度曲线能较地反映球阀工作过程的稳态和瞬态特性，能够准确地评价球阀的，特别是动态。 |
