超高壓氣動比例減壓閥的結構及工作原理

超高壓氣動比例減壓閥的原理如圖所示，該減壓閥采用出口壓力電反饋的方式。由閥的主體結構、壓力傳感器和控制器三個主要部分構成。氣動比例減壓閥輸出壓力的調節通過調節調壓腔的壓力，改變氣動活塞的受力狀況，產生相應的位移從而改變主閥的開度，達到調節輸出壓力的目的。調壓腔壓力的控制則是通過壓力傳感器檢測輸出壓力與設定壓力的偏差，經控制器給出控制信號控制比例電磁鐵，調節先導閥閥口的開度，改變流入調壓腔的流量，從而達到調節調壓腔壓力的目的，穩態工作時調壓腔進出口的流量相當，調壓腔氣體的壓力處于動態平衡狀態所。

圖2-1高壓氣動比例減壓閥原理簡圖

設計的氣動比例減壓閥主體的外形圖如圖2-2所示，該減壓閥在排氣口和進氣口分別設置有高精度的高壓壓力傳感器，其中出口端的高壓壓力傳感器用于檢測輸出壓力，做壓力閉環反饋控制，進氣端的高壓壓力傳感器用于檢測輸入壓力，作為控制器的一項重要參數來調節輸出控制信號。另為了進一步分析減壓閥的工作機理，在氣動比例減壓閥的調壓腔設置了一個壓力傳感器用于監測調壓腔的壓力變化。由于該型減壓閥尚處于探索性研究階段，所設計的數字控制器末與減壓閥集成于一體，而是采用通用的比例放大電路板加多功能數據采集卡加計算機的模式來實現。

超高壓氣動比例減壓閥從功能上該閥的結構可分為先導閥級和主閥級兩大部分。

主閥級部分，壓力反饋腔內裝主閥芯彈簧K，彈簧下接主閥閥芯，主閥閥芯推桿的另一端與氣動活塞相接觸，使得調壓腔的壓力變化帶來的活塞位移信號能傳遞給主閥閥芯。主閥閥芯和主閥芯推桿上端中心均開有細長孔，連通排氣腔b和壓力反饋腔f，使得兩腔的氣體相通，反饋腔的壓力與排氣腔的壓力近似相等，部分平筏主閥芯兩端所受的壓力，同時具有對主閥閥芯緩沖減振的功能。主閥芯在反饋腔的受壓面積小于其在排氣腔一側的受壓面積，二者的面積差為進氣腔氣體壓力作用面積，由于進氣壓力大于排氣壓力，故在該氣體壓力與彈簧的預緊力共同作用下，使得當減壓閥處于非工作狀態時，主閥閥口得到足夠的密封壓緊力，而無需使用剛度很大的預緊彈簧，同時使得穩態工作時，調壓腔的壓力必須略高于排氣腔的壓力(否則，氣動活塞無法取得足夠的力定開主閥閥口)，保證先導氣路的正常工作。

先導級部分，先導閥閥芯采用兩級節流口串聯的滑閥形式，并且采用了閥套的結構方式。采用滑閥結構具有移動的導向性好，容易利用端面作為反饋力的作用面而不受進氣端高壓氣體產生的密封壓力作用，先導閥靈巧反應快，且采用非全周閥El易于構成較小的通流斷面，而且閥El無沖擊等特點。不足之處是帶來了微量的氣體泄漏問題。閥門采用正遮蓋的方式，調節比例放大板的偏值電流改變閥口的遮蓋量。比例電磁鐵由一個PI控制器控制，PI控制器的參數不是固定的，而是隨著設定的輸出壓力和輸入壓力變化而變化，以適應大范圍調節壓力的要求。

氣動比例減壓閥輸出壓力的調節，通過調節調壓腔的壓力來實現。不考慮泄漏因素影響，影響調壓腔壓力有從先導級流入調壓腔的氣體流量，氣體流經介于調壓腔與排氣腔之間的氣動活塞上的節流孔的流量，以及因氣動活塞移動而帶來的調壓腔的體積變化三大因素。上述三個因素中的后兩個由減壓閥的結構和所處的工作狀態決定，控制調壓腔的壓力主要從控制先導級流入調壓腔的氣體流量入手。 具體實現過程：首先由壓力傳感器檢測輸出壓力與設定壓力的偏差，該偏差信號傳送給控制器，控制器按其算法給出比例電磁鐵的控制信號，該控制信號與先導閥的復位彈簧共同作用，使得閥芯調整到一個新的位置，即改變了先導閥閥II的開度，流入調壓腔的氣流流量發生變化，從而改變了調壓腔的壓力。穩態工作時調壓腔進出口的流量相當，調壓腔氣體的壓力處于動態平衡狀態。

      先導級進氣引自主閥的進氣腔a，小股氣體流經先導閥閥口，調壓腔，再通過氣動活塞上的節流口流入排氣腔。按液壓半橋的分析方法來分析該減壓閥的先導氣路，該先導級的氣路結構屬于C型半橋的結構，即輸入端氣體阻尼是可變的，輸出端氣體阻尼是固定的。