【正文】 第二章 數(shù)字液壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計機械部分設(shè)計，其中一個主要的部分就是對于普通液壓閥的改造，使其成為一個數(shù)字液壓閥，可以用計算機進行遠程控制。而這其中就包括了三個重要部分：傳動部分、控制部分、反饋部分。在傳動部分中，本次畢業(yè)設(shè)計采用了步進電機來帶動液壓閥的轉(zhuǎn)動。步進電機可以運用單片機的輸出功能,通過編程實現(xiàn)輸出3個信號分別給步進電機的三相A、B、C,并通過輸出時信號的循環(huán)次序,來設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)動方向及輸出信號的頻率以便設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)動頻率。這是非常容易實現(xiàn)的一個控制方式，簡單方便。而且，在我的設(shè)計中，步進電機軸將與液壓閥的軸同軸連接，這樣可以得到一個穩(wěn)定的傳動比，也就是1：1的傳動比，易于設(shè)計和計算。雖然用齒輪傳遞動力可以得到不錯的扭矩，但是精確度不能保證，對于空間的占用也遠遠大于直接連接的方式，與本次設(shè)計思想不符，所以本次畢業(yè)設(shè)計還是采用步進電機軸將與液壓閥的軸同軸連接的方式的理念進行設(shè)計。對于控制部分，本次畢業(yè)設(shè)計將使用89C51單片機進行控制。89C51單片機是一個使用很普遍的芯片，它的40個引腳的功能，也基本上可以滿足我這次設(shè)計的需要，是一個很好用的芯片。在本次畢業(yè)設(shè)計中，89C51單片機將作為一個控制芯片，對其編輯程序，便可以讓它對步進電機進行一定的控制，不如控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動方向等。由于89C51輸出的信號比較弱，所以必要的時候會連接一個放大芯片，以放大信號，這樣可以更好的對步進電機進行控制。最后是反饋部分，對于一個閉環(huán)系統(tǒng)，反饋部分是很重要的一個部分。本次畢業(yè)設(shè)計，基于執(zhí)行元件是液壓閥，所以我設(shè)計了壓力傳感器作為一個反饋系統(tǒng)，它的作用是測量液壓閥系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，以反饋給89C51單片機，讓89C51單片機可以通過反饋的結(jié)果進行進一步的控制。由于壓力傳感器反饋的信號是一個電信號，所以還需要把電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這就需要一個A/D轉(zhuǎn)換芯片在壓力傳感器與89C51之間進行工作。以上就是這次畢業(yè)設(shè)計中，對于機械部分的一些構(gòu)思，基于以上構(gòu)思，我將進行進一步設(shè)計，以達到預(yù)期的目標(biāo)和這次畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)達到的要求。 液壓閥的選擇本次畢業(yè)設(shè)計將選用YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥，下面是這個型號的減壓閥的介紹：本系列減壓閥屬于先導(dǎo)活塞式減壓閥。由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成。導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件組成。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧壓力設(shè)定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過導(dǎo)閥啟閉驅(qū)動活塞調(diào)節(jié)主閥節(jié)流部位過流面積的大小，實現(xiàn)減壓穩(wěn)壓功能。本系列產(chǎn)品在普通減壓閥基礎(chǔ)上做了以下改進，加大了活塞面積，改變了節(jié)流結(jié)構(gòu)，改變了密封形式，改進了導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)彈簧形式，從而從以下幾方面提高了產(chǎn)品的性能：提高了對出口壓力變化的傳感效能，提高了靈敏度，大大降低了因上游壓力變化，流量變化等因素引起的壓力偏差。改善了流線分布，降低了噪聲。改進了密封面結(jié)構(gòu)，延長了密封面壽命。本產(chǎn)品主要用于液壓管路，適用于進口壓力變化大，流量變化大的液壓管路。我選擇這款液壓閥有以下幾個理由：首先，它本身可以用于液壓油路，而且它的性能可以適應(yīng)大流量（本次畢業(yè)設(shè)計，液壓閥必須可以承受30MPa的壓力）；其次，他可以適應(yīng)大流量的變化（0～30MPa的壓力變化）；它的靈敏度比較高，比較適合改造成數(shù)字液壓閥；最后，它的結(jié)構(gòu)比較好，可以較為容易的進行改造工作。 步進電機的選擇步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 一、步進電機常識 常見的步進電機分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。 二、計算在選用步進電機之前，我必須做一個計算，需要得到一個數(shù)值，以確定選用的步進電機必須提供多大的扭矩才能帶動我選用的液壓閥轉(zhuǎn)動起來！根據(jù)我選用的YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥，它的先導(dǎo)閥心的開口直徑為2mm，本次畢業(yè)設(shè)計所要求的液壓閥的最大壓力為30MPa，這樣我們就能算出，所需要步進電機的扭矩，計算如下：F = P * A =30 * * 1 * 1 = (液壓系統(tǒng)的阻力)P扭 = F * S = * =（電動機必須提供的扭矩）根據(jù)上面的計算，所以根據(jù)需要我選用混合式步進電機BS86HB6504三、混合式步進電機BS86HB6504下面列出了本次畢業(yè)設(shè)計用到的混合式步進電機的一些典型參數(shù)： 產(chǎn)品名稱：BS86HB6504步距精度：5%溫升：80℃ Max環(huán)境溫度：20℃~+50℃ （）絕緣電阻：100MΩ Min 500VDC耐壓：500V AC 1minute徑向跳動：（450g負(fù)載）軸向跳動：（450g負(fù)載）電氣規(guī)格（Specifications）：型號步距角電機長度保持轉(zhuǎn)矩相電阻相電感轉(zhuǎn)子慣量電機重量ModelStep Angle（176。）LengthL(mm)Holding Torque()Resistance(Ω)Inductance(mH)Rotor inertia()Weight(Kg)BS86HB650451275() 壓力傳感器的選擇壓力傳感器，我選擇了高溫壓力傳感器TQ550系列離子束濺射薄膜壓力傳感器。它應(yīng)用了先進的離子束濺射和離子束刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接制作在金屬測壓膜片上。由于不用傳統(tǒng)的膠粘工藝,顯著改善了應(yīng)變式傳感器的長期穩(wěn)定性及抗蠕變特性，使產(chǎn)品使用的溫度范圍大為擴展。由于沒有活動部件,抗振動和抗沖的能力很強，可用于惡劣的環(huán)境。技術(shù)參數(shù)：量 程: 0～30MPa 工作電壓: 5 DC精 度: 177。、177?！?77。%FS輸 出: ~環(huán)境溫度: －40～＋125℃介質(zhì)溫度:－40～＋400（℃） 溫度可選輸出阻抗: 3177。絕緣電阻: ≥1000MΩ允許過載: 120%FS響應(yīng)時間:≤1（ms）響應(yīng)頻率:10KHZ溫度對零點影響: 177。%FS/℃溫度對靈敏度影響:177。%FS/℃突出特點：高溫、高壓；高精度、%/年；抗振動、沖擊、耐腐蝕，全不銹鋼結(jié)構(gòu)；體積小、重量輕、直接過程安裝。 我選擇這款壓力傳感器的原因是，高溫壓力傳感器TQ550它有很適合的量程0～30MPa（與本次畢業(yè)設(shè)計的要求相符）；其次，它可以使用于液壓環(huán)境，可以耐高溫、高壓；然后，它的響應(yīng)時間很短、響應(yīng)頻率較快，可以說是很精密，很適合數(shù)字控制；最后，它體積較小，尺寸很合適我選定的液壓閥。這就是我選用它的原因，這次畢業(yè)設(shè)計中，它起到的作用是測定壓力值并把信號反饋給控制系統(tǒng)，即壓力傳感器實時測定液壓閥內(nèi)部系統(tǒng)的壓力值，并把這個壓力值通過電信號的形式反饋給控制系統(tǒng)。 改造圖及說明改造圖：（）： 局部圖：() ，此圖為YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥改造成數(shù)字液壓閥的機械部分的改造圖。圖中所示，編號2部分為閥體，編號5部分為步進電機，編號7部分為壓力傳感器，編號6部分為連軸器。YG13H型高靈敏度先導(dǎo)式減壓閥是一個定差減壓閥，它可以使液壓系統(tǒng)中的某一支路的壓力低于系統(tǒng)壓力且保持壓力恒定。壓力油由閥的進口流入，經(jīng)減壓口減壓后從出油口流出。當(dāng)出口油壓力低于先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時，先導(dǎo)閥關(guān)閉，主閥心上下兩腔壓力相等；當(dāng)出口油壓力高于先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時，先導(dǎo)閥心移動，先導(dǎo)閥打開，主閥心的油液便從外泄口流回油箱。根據(jù)這次畢業(yè)設(shè)計的需要，我的改造部分主要是在編號7所示部分。首先，編號6部分原是一個旋緊手柄，用于給液壓閥調(diào)定一個固定的壓力值，為了讓其可以進行遠程控制，我把旋緊手柄卸下，換上步進電機，并用軸套（圖示編號6）連接步進電機的伸出軸與的伸出軸，讓其可以聯(lián)動，即當(dāng)步進電機旋轉(zhuǎn)時，液壓閥的軸也隨其一起旋轉(zhuǎn)。這樣，再用單片機控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，就可以達成液壓閥的數(shù)字控制。其次，本設(shè)計中附加了隔板一個，為了可以讓步進電機可以擺放在液壓閥附近一個合適的位置上而設(shè)計，它的作用是支撐步進電機的重量，限制步進電機的位移，以防止其振動。隔板主要由兩塊鋼板組成，一塊與步進電機后部安裝孔相連，另一塊與閥體相連，在安裝過程中，要保證與閥體相連的鋼板與閥體中心軸的平行度公差和垂直度公差，還要保證于步進電機相連的鋼板的平行度公差，這樣才能保證步進電機與液壓閥兩軸之間的同軸度，從而保證正常的工作需要！最后，編號7部分為壓力傳感器。編號7部分原是一個螺栓，卸下螺栓，便可以擰上尺寸相同的壓力傳感器TQ550，它可以測定液壓閥系統(tǒng)內(nèi)部壓力油的壓力，并以電信號的形式反饋給控制系統(tǒng)，即反饋作用。第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計中，采用89C51單片機、驅(qū)動芯片，A/D轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、步進電機和負(fù)載來構(gòu)成一個整體的控制系統(tǒng)的硬件部分。首先對89C51單片機進行程序編輯（在軟件部分進行講述），使其根據(jù)需要，產(chǎn)生一定頻率的A、B、C、D四相信號(根據(jù)實際需要,可擴充更多相信號)，這樣就可以控制步進電機按照需要一需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向進行動作。當(dāng)采用單片機進行控制時,需要在單片機和步進電機之間設(shè)驅(qū)動電路，步進電機的驅(qū)動電流相對較大,需要驅(qū)動電路放大信號來提供步進電機的工作電流，這樣才能使步進電機正常旋轉(zhuǎn)。這樣步進電機就可以驅(qū)動負(fù)載（數(shù)字液壓閥），當(dāng)絲杠開始動作（相當(dāng)于旋緊手柄），系統(tǒng)的內(nèi)部壓力開始逐漸加大，此時壓力傳感器將不斷測量負(fù)載（數(shù)字液壓閥）的內(nèi)部壓力，并不斷反饋給ADC0809這個A/D轉(zhuǎn)換芯片，而ADC0809芯片也會將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，再次反饋給89C51單片機，這樣周而復(fù)始，直到壓力到達需要值，系統(tǒng)將停止工作。控制系統(tǒng)硬件部分由4大部分組成,即: 89C51單片機；驅(qū)動電路；反饋電路；步進電機。8051單片機驅(qū)動電 路步進電 機負(fù)載壓力傳感器ADC0809輸出信號放大驅(qū)動做功檢測信號A/D輸入信號（） 89C51單片機的介紹 引腳簡要說明 hkUamp。{74 YeWE主電源引腳Vcc和Vss amp。jpLK{d(, 4Ri}amp。EVcc（40腳）：主電源接＋5V Z7Wn c:Y Vss（20腳）：接地 sGEP): O$Jt=F 時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2 $q39。c6!uZL .IH4bz XTAL2（18腳）：接外部晶體振蕩器的一端。片內(nèi)是一個振蕩電路反相放大器的輸出端。 \am_~^UR\ XTAL1（19腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。片內(nèi)是一個振蕩電路反相放大器的輸入端。 Py[N[xZ `D8PS_y Y控制信號RST/Vpd、ALE/(/PROG) 、/ PSEN和 (/EA)/Vpp (*f( }7 _a`S!tH RST/Vpd（9腳）：復(fù)位端。高電平有效，寬度在24個時鐘周期寬度以上， （）使單片機復(fù)位。該引腳有復(fù)用功能，Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。 /j39。S]0j ALE/（/PROG）（30腳）：地址鎖存信號端。訪問片外存貯器時，ALE作低八位地址的鎖存控制信號。平時不訪問片外存貯器時，該端以六分之一的時鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負(fù)載驅(qū)動能力為8個LSTTL門。該引腳有復(fù)用功能， 為片內(nèi)程序存貯器編程（固化）的編程脈沖輸入。 39。Qdrp0 /PSEN（29腳）：片外程序存貯器讀選通信號端。負(fù)載能力為8LSTTL門。 xdS^Kh~0 (/EA)/Vpp（31腳）：/EA端接高電平時，CPU取指令從片內(nèi)程序存貯器自動順延至片外程序存貯器。 /EA端接低電平時，CPU僅從片外程序存貯器取指令。該引腳有復(fù)用功能，Vpp為片內(nèi)程序存貯器編程時的編程電壓。輸入/輸出引腳P0、PP2和P3口 dc!og_ ～（39～32腳）：訪問片外存貯器時作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復(fù)用）。負(fù)載能力為8個LSTTL門。 4^ruk9N9* ～（1～8腳）： 8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個LSTTL門。 Wr1\69E ～（21～28腳）：訪問片外存貯器時作為高八位地址線。 6(DM= ～（10～17腳）：8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個LSTTL門。另外還有專門的第二功能。 6P( zlmWx P3口的第二功能 （10腳）： RXD（串行口輸入端） Lg@ （11腳）： TXD（串行口輸出端） ywZamp。3_zc （12腳）： /INT0（外部