电液比例技术课件.ppt

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1、,请您稍候,主要参考文献： 1、吴根茂 邱敏秀等编著实用电液比例控制技术 机械工业出版社 1999 2、路甬祥、胡大纮. 电液比例控制技术，北京：机械工业出版社，1988年11月 3、王正良. 微机电液控制技术，北京：清华大学出版社，1993年8月 4、近代液压控制技术 5、数字电液比例技术,主要内容,一、比例技术概述 二、比例电磁铁 三、比例方向阀 四、比例压力阀 五、比例流量阀 六、压力补偿器 七、比例阀用电控制器 八、比例系统的设计准则,1、比例技术发展概况 第二次世界大战后期，由于喷气式飞机速度很高，因此对控制系统的快速性，动态精度和功率重量比提出了更高的要求。1940年底，在飞机上首

2、先出现了电液伺服系统，经过20余年的发展，到了60年代，各种结构的电液伺服阀的问世，电液伺服技术日渐成熟。60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。但由于传统的电液伺服阀对流体介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用高昂，系统能耗也比较大，难以为各工业用户所接受。而传统的电液开关控制（断通控制）又不能满足高质量控制系统的要求。电液比例控制技术，就是要适应开发一种可靠，控制精度和响应特性均能满足工程技术实际需要的电液控制技术的要求，从60年代末以来以迅速发展起来。与此同时，还发展了工业伺服控制技术。,1、比例技术发展概况 2、比例技术的含义 电液比例技术是一门综合性

3、技术，既实现了液压动力传动，又具有电子控制的灵活性。 带比例电磁铁的比例阀、比例泵为电子控制提供了合适的接口，从而生产机械的工作循环更加灵活，甚至能方便实现可编程控制和传动。工作过程柔性很大的各类传动控制系统统一在一起。 电液比例技术填补了传统开关式液压传动技术与电液伺服技术之间的空缺。 电液比例技术已经和正在使各类通用机械和专用机械有可能成为全新概念的机械 在较短的时间里，电液比例技术已在液压传动及控制技术领域是赢得了一席之地。在电液比例技术的发展过程中，使其受益非浅的与其说是按伺服技术的模式，还不如说是依开关式液压传动的技术路线去开拓。全面了解和掌握电子放大器的结构和功能，并不断地加以开发

4、，对于电液比例技术的发展也作出了贡献。了解电液比例技术提供的种种可能性，是今天成功设计现代液压传动工作机械的基础。因为电液比例技术已渗透到许多生产机械，渗透到几乎所有液压传动和控制技术的应用领域中，因此这种现代技术知识的重要性是显而易见的。,1、比例技术发展概况 2、比例技术的含义 根据一个输入电压值的大小，通过电子放大器，将输入电压信号（一般09V之间）转换成相应的电流信号，如1mV=1mA。 这个电流信号作为输入量被送入电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量力或位移。 该力或位移又作为输入量加给液压阀，使液压阀产生一个与输入量成正比例的流量或压力。 通过这样转换，一个输入电压信号的变化，

5、不但能控制执行器和机械设备上工作部件的运动方向，而且可对其作用力和运动速度进行无级调节。,信号流程图,液压机械传动的焊接自动图（上）及其运动循环图（下右）,3、电液比例控制的技术特征 （1）性能特点 比例技术的发展；除中位死区外，在滞环、重复精度等主要稳态特性上已与伺服阀相当，而工作频宽又具有足以满足大部分工业系统控制要求的相当水平；对介质过滤精度要求，阀内压力损失和价格方面，又接近开关阀。因此，赢得了比电液伺服比例控制远为广泛的应用领域。,3、电液比例控制的技术特征 （1）性能特点 表11 伺服阀、比例阀、开关阀性能对照表 项目类别 电液伺服阀 电液比例阀 早期电液阀开关阀 介质过滤精度 3

6、10 25 25 25 阀内压降MPa 7/21 0.520.250.50.255 滞环 13 13 47 重复精度 0.5 0.5 1 频宽-3dbHz 20200 130 15 线圈功率W 0.055 1024 1030 中位死区 无 有 有 有 价格因子 3 1 1 0.5 除了与传统工业液压阀一样，具有各种单一控制功能外，往往具有流量、方向与压力三者之间的多种复合功能。这一特点不仅表现在阀控元件，而且在容积控制元件中也越来越广泛地得到体现。阀控或容积控制元件的多功能复合，使电液比例控制系统较之传统控制系统，不但系统大为简化，提高可靠性，也使控制性能得以提高。,3、电液比例控制的技术特征

7、 （1）性能特点 （2）原理特点 近期发展的高性能比例阀，一般都内含主控制参量的反馈闭环，这种反馈闭环，可以是主控制参量的机械或液压的力反馈，也可以是主控制参量的电反馈。,3、电液比例控制的技术特征 （1）性能特点 （2）原理特点 （3）结构特点 早期的比例阀为电磁铁替代传统工业阀的调节手柄。现比例阀与插装阀结合，开发各种不同功能和规格的二通插装式比例阀； 生产批量较大的比例压力阀、比例方向阀，常与开关阀通用主阀阀体，有利于生产管理和标准化，也将为原有液压系统的改造带来方便；力反馈比例元件可以配用多种控制输入方式； 比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块，可采用组合叠加方式； 控

8、制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。,3、电液比例控制的技术特征 （1）性能特点 （2）原理特点 （3）结构特点 （4）比例控制系统的构成分类 1）比例流量控制系统 2) 比例压力控制系统 3) 比例速度控制系统 4)比例位置控制系统 5) 比例力控制系统 6）比例同步控制系统,4、电液比例控制系统的工作原理与组成 （1）液压开关控制与比例控制系统,3、电液比例控制系统的工作原理与组成 （1）液压开关控制与比例控制系统,3、电液比例控制系统的工作原理与组成 （1）液压开关控制与比例控制系统 （2）电液比例系统的组成 a、指令元件 b、比较元件 c、 电控器 d、 比例阀 e、液压执行

9、元件 f、检测反馈元件,3、电液比例控制系统的工作原理与组成 （1）液压开关控制与比例控制系统 （2）电液比例系统的组成 （3）电液比例控制系统的特点 操作方便，容易实现遥控； 自动化程度高，容易实现编程控制； 工作平稳，控制精度高； 结构简单，使用元件少，对污染不敏感； 系统的节能效果好。 电液比例控制的主要缺点是成本较高，技术较复杂。,二、比例电磁铁,比例电磁铁是电子技术与液压技术的连结环节。比例电磁铁是一种直流行程式电磁铁，它产生一个与输入（电流）成比例的输出是：力和位移。 1、比例电磁铁结构原理分类 力调节型电磁铁 具有特定的力电流特性。 行程调节型电磁铁具有模拟形式的位移电流特性。

10、直流电磁铁能产生与输入电流成比例变化的位移和力； 对交流电磁铁而言，由于其输入电流和行程有关，工作时必须尽可能快地到达其行程终了位置。 不带位移反馈（力调节型、行程调节型）和带位移反馈（行程调节型）,二、比例电磁铁,1、 比例电磁铁结构原理分类 （1）力调节型比例电磁铁,二、比例电磁铁,1、 比例电磁铁结构原理分类 （1）力调节型比例电磁铁 在力调节型电磁铁中，衔铁行程没有明显的变化时，改变电流I，就可调节其输出的电磁力。由于电子放大器中设置电流反馈环节，在电流值恒定不变时，可使磁通量进而使电磁力保持不变。 力调节型比例电磁铁的基本特性，是电流-力特性。 在控制电流不变时，电磁力在其工作行程内

11、保持恒定。如图所示，这类电磁铁的有效工作行程约1.5mm。 由于行程较小，力控制型电磁铁的结构很紧凑。正由于其行程小，可用于比例方向阀和比例压力阀的先导级，将电磁力转换为液压力。 这种比例电磁铁，是一种可调节型直流比例电磁铁，在其衔铁中充满工作油液,二、比例电磁铁,1、 比例电磁铁结构原理分类 （1）力调节型比例电磁铁 （2）行程调节型比例电磁铁,二、比例电磁铁,1、 比例电磁铁结构原理分类 （1）力调节型比例电磁铁 （2）行程调节型比例电磁铁 在行程调节型电磁铁中，衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。只要电磁铁在其允许的工作区域内工作，其衔铁位置就保持不变，而与所受反力无关。 行程调节型比

12、例电磁铁的基本特性，是位移-电流特性。 使用行程调节型比例电磁铁，能够直接推动诸如比例方向阀、流量阀及压力阀的阀芯，并将其控制在任意位置上。电磁铁的行程，因其规格而异，一般在35mm之间。 行程调节型比例电磁铁，主要用来控制直接作用式四通比例方向阀。 配上电反馈环节后，电磁铁的滞环及重复误差均较小。此外，作用在阀芯上的液动力也受到控制（与各种可能产生的干扰力相比，电磁力较小）。,三、比例方向阀 控制液流方向和流量的大小,1、直控式比例方向阀 讨论比例方向阀的一些使用性能，如滞环、重复精度、控制阀芯、控制阀芯的基本特性曲线及时间响应特性等。 和开关式比例方向阀的结构一样，在直控式比例方向阀中，比

13、例电磁铁是直接推动控制阀芯的。,三、比例方向阀比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能,阀的基本组成部分有：壳体（1），一个或两个具有模拟量位移电流特性的比例电磁铁（2），电磁铁还带有电感式位移传感器（3），控制阀（4），和一至二个复位弹簧（5）。在电磁铁不工作时，控制阀芯在复位弹簧作用下保持在中位。由电磁铁直接驱动阀芯运动。 阀芯在图示位置时，P、A、B和T之间，互不相通。如果电磁铁A（左）通电，阀芯向右移动，则P与B，A与T分别相通。 由控制器来的控制信号越大，控制阀芯向右的位移也越大。也就是说，阀芯的行程与电信号成比例。行程越大，则阀口通流面积和流过的体积流量也越大。图中左边的电磁铁

14、，配有电感式位移传感器。它检测出阀芯的实际位置，并把与阀芯行程成比例的电信号（电压），反馈至电放大器。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 位移传感器的量程，按两倍阀芯行程设计，所以能检测阀芯在两个方向上的位置。 在放大器中，实际值（控制阀芯的实际位置）与设定值进行比较，检测出两者的差值后，以相应的电信号输给对应的电磁铁，对实际值进行修正，构成位置反馈闭环。 实际上，阀的滞环和重复精度，因阀的规格而异，但均小于等于1%。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 不带反馈的直控式比例方向阀及其电控器,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 （2）滞环 一般表明一

15、个状态与前一个状态的关系。在电信号从零到最大，再从最大到零的往返扫描过程中，阀芯有与电信号成比例的确定位置。同一输入设定值上，往返扫描所得输出量的偏差，称为滞环或滞环误差。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 （2）滞环 （3）重复精度（可重复性）,在重复调节同一输入信号时，输出信号所出现的差值。对应控制阀芯说来，就是重复调节同一输入的信号为相同设定值时，得到（一个小于等于1%）的位置偏差。 图中所示的阀用电磁铁，不带位移传感器，因而不能检测阀芯的位置。按阀的规格不同，其滞环为56%，重复精度23%。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 （2）滞环 （3）重复精度

16、（4）控制阀芯的结构,图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三角形。用这种阀芯形式，可得到一条渐增式流量特性曲线。 阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱边，在阀芯移动过程中的任何位置上，总是保持相互接触。这表明，它的过流断面，总是一个可确定的三角形。也就是说，不存在像常规方向阀（开关型控制阀）中那样的情况：阀芯阀套两个棱边之间，先存在一个“空行程”，再进入相互接触，或者在阀口打开时完全脱开。 此外，在液流流入和流出比例阀阀口时，总是受到节流作用。,由阀芯园周方向上控制切口错位和较长的阀芯行程获得较好的分辨率,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 （2）滞环 （3

17、）重复精度（可重复性） （4）控制阀芯的结构,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （1）功能 （2）滞环 （3）重复精度（可重复性） （4）控制阀芯的结构 （5）流量特性 数据如下： 调定的系统压力 P=120bar 工进时的负载压力 P=110bar 快进时的负载压力 P=60bar 工进速度范围内所需流量 Q=520L/min 快进速度范围内所需流量 Q=60150L/min,对于不同公称流量的阀应该确定相应的受控过流断面。用一实例来说明这一情况，并观察相应的特性曲线。,三、比例方向阀,不能象选用普通开关阀那样来选择比例阀（仅以Q=150L/min作为公称流量?）。 这样就会得到如下数据

18、： 快进时阀的压降 Pv=120-60bar=60bar Q快进=60150L/min 工进时阀的压降 Pv=120-110bar=10bar Q工进=520L/min,快进时 Q快进=60150L/min 对应于Pv=60bar，流量Q=150L/min，仅利用额定电流的约66%，流量Q=60L/min时，仅利用额定电流的约48%。这样一来调节范围仅达到额定电流的18%。,工进时 Q工进=520L/min 对工进速度的调节，也只达到调节范围的10%（20L/min时为47%额定电流，5L/min时为37%额定电流）。假如一般阀的滞环为3%，而对应于调节范围仅10%的情况，则其滞环相当于30%

19、。显然，很难用如此差的分辨率来进行控制。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 (阀口流量特性） 选用比例阀的正确方法。 快进工况的比例关系 此时设定值在66%到98%额定电流之间（60-150L/min），因此得到32%调节范围。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 现用一实例来说明按下列特性选用比例阀的正确方法。 工进工况设定的比例关系 此时设定值落在36%至63%额定电流之间，可见调节范围很大，有一个较好的分辨率。同时，重复精度造成的偏差当然也减小。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 控制阀芯的时间特性 图中给出了控制阀芯在输入阶跃电

20、信号时的过渡过程曲线。在从一个位置运动到另一个位置的过渡过程中，没有产生超调，阀芯快速移动时间比较短，减速后停留在交换位置。 加速和制动过程的调节时间，也是充分的 .,输入信号阶跃（信号变化25至75） 输入信号阶跃（信号变化0至100） 时的过渡过程特性 时的过渡过程特性,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 加速与减速,流量正变化或负变化，由比例阀来加以控制。这些预调设定值，即在哪个时间流量应发生变化进而控制阀芯位置发生变化，都由操纵比例电磁铁的电控制器来设定。由放大器预调的设定值，在给定时间内，变化到该设定值的终值。 电控器的这一功能块，称为斜坡发生器。设定值变化所需的时

21、间间隔称为斜坡时间。 例如：在2秒钟内，设定值从零变化到最大值。 加速时间短 加速度大 例如：在5秒钟内，设定值从零变化到最大值。 加速时间长 加速度小,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 功率域 与一般开关型方向阀一样，在比例阀中也存在功率域问题。 在这里，令人感兴越的是不带位移传感器的直控阀的性能。在较大压差P作用下，这种直控阀的流量增大到功率界极限时，液动力会自动将阀口关小，流量不再增大。由此，在这里可以讲存在一种“自然的”功率域。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 控制范围（分辨率） 控制范围（在实践上，常称为调节范围，或调速比），可理解为最大与最

22、小控制流量之比。对于不带位移传感器的比例方向阀，调节范围是1：20。假如最大流量是40L/min，则最小流量是2L/min。在这里重复误差起重要作用。重复误差在数值上必须显著地低于最小流量。带位移传感器的比例方向阀，其控制范围是1：100。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 阀芯结构型式 含中间过渡形式的滑阀机能图,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 E型阀芯 E型阀芯有很好的减速制动特性，P-A和B-T或P-B和T-A各通流断面是一样的。因此，它可用于双出杆液压缸，或液压马达。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各

23、种阀芯的应用实例 E型阀芯 在液压马达控制系统中，在图中负载管路中配置补油系统。 管路中万一出现了负压，就会使马达的噪声级提高。 如果想使马达的负载精确停留定位，必须象通常那样配置一个停车制动器。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 E1型阀芯 在上述油路中，如果缸面积比为2：1，则必须选用节流面积比为2：1的阀芯。E1型阀芯能满足这一条件（W1型阀芯也一样）,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 E1型阀芯 这种关系如下： Q1/Q2=（p1/p2)1/2 当 Q2=2Q1 和过流断面积相等时 得 p1/p2=Q12/

24、Q22 p2=（Q22/Q12） p1 - p2=4 p1,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 p2=4 p1 这种关系式表明，在过流断面面积相同时，在使通流流量增加一倍，压差就要等于原来的4倍。 对于单活塞杆液压缸，当活塞面积和环形面积比为2：1时，若PA和BT的节流面积相同，则形成压差比为4：1。 为了制动质量力，如果要求在有杆腔施加一个比驱动压力高1/4的反力，从上述情况分析可知，由于P和Q之间存在平方根关系，这一要求不能完全满足的。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 E1型阀芯 若配用E1型阀芯 （PA=1/

25、1和BT=1/2的过流面积比） 或过流面积比倒过来的E2型阀芯，就可避免产生上述问题。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 E3型阀芯 对于过流面积比为2：1的缸，如果想用较简单的方法实现差动控制，可使用配E3型阀芯的比例阀。配用的单向阀可做成中间块，装在阀板上。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 W型阀芯 在一个面积比接近1：1的单出杆缸的油路中，采用W型阀芯，通过其泄漏可阻止无负载时缸的微小位移。W型阀芯在中位时，由A和B到T具有3%公称过流断面大小的节流通道。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特

26、性 各种阀芯的应用实例 W1型阀芯， W2型阀芯 这种阀芯，一方面同E1型阀芯一样，节流面积比为2：1，以适应2：1面积的液压缸。另一方面，又同W型阀芯，在中位时，由A和B到T具有3%公称过流断面大小的节流开口。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 W3型阀芯 同E3型阀芯一样，用W3型阀芯也可实现差动控制。由于B通向T而卸荷，液压缸在制动后没有背压（弹簧）。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 配用E型阀芯的差动回路,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 图示单出杆液压缸（面积比接

27、近1：1），采用重力平衡的垂直布置，配用W1型阀芯。通过直控式溢流阀，和缸管路上关闭时不存在泄漏的单向阀来实现重力平衡。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 图示单出杆液压缸，垂直布置，采用重力平衡面积比2：1，配用W1型阀芯，实现差动控制。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 （5）流量特性 各种阀芯的应用实例 无泄漏液压锁 由于压力比的关系，无泄漏液压锁不能用一双联单向阀来实现。 在这回路中，尽管配置了无泄漏式液控单向阀，但仍需注意压力比的关系。 如果压力比超过面积比,则会导致液压缸运动不连续.在这种情况下,锁紧用的液控单向阀,就要用外控方式，而不是

28、图示控制油路各来处另一侧油路。,三、比例方向阀,1、直控式比例方向阀 实用性说明： 注意阀的油口与液压缸的油口相连时，只有当比例阀与执行器之间的连接管路尽可能短时，才有可能达到优化的运动特性值。 每个液压系统，都可用一个弹簧质量系统来描述。其最大可能的加速度决定液压装置的调整时间，或由弹簧质量系统本身来决定的。 （比例控制系统设计准则）,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理 （单边弹簧对中型先导式比例方向阀 ） 与开关式阀一样，大通径的比例阀也是采用先导控制型结构。而推动主阀芯运动所需的操纵力，也还是问题的关键。 通常，10通径以及小于10通径的阀为直接控制式，大于10通径的为

29、先导控制式。 先导式比例方向阀（图）由以下几部份组成：带比例电磁铁（1）和（2）的先导阀（3），带主阀芯（8）的主阀（7），对中和调节弹簧（9）。 先导阀配用具有电流 力特性的力调节型比例电磁铁。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理 先导式比例方向阀的工作过程： 来自电磁控制器的电信号，在比例电磁铁（1）或（2）中，按比例地转化为作用在先导阀芯上的力。与这个作用力相对应，在先导阀（3）的出口A或B，得到一个压力。这个压力作用在主阀芯（8）的端面上，克服弹簧（9）推动主阀芯位移的大小，即相应的阀口开度的大小，取决于作用在主阀端面上的先导控制油压力的高低。一般可用溢流阀或减压阀，

30、来得到这个先导控制油压。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理,所讨论的比例方向阀，用减压阀作为先导级。它的优点在于，不必持续不断地耗费先导控制油。图示的三通减压阀，主要由两个比例电磁铁（1）和（2），彀体（3），控制阀芯（4）和两个测压活塞（5）和（6）组成，比例电磁铁按比例地将电信号转变为作用在控制阀芯的电磁力，即控制电流越大，则相应的电磁场力也越大。在整个调节行程中，调定的电磁力保持不变。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理,在电磁铁末通电时（如图），控制阀芯（4）由弹簧保持在中位。此时A和B与油口T相连，因而在这些油口上没有压力。油口P封闭。现假设电磁

31、铁B（1）通电，电磁力通过测压活塞（5）作用在控制阀芯（4）上，使它向右移动。由此，油从P流向B，A仍和T相通。在B油口建立起来的压力，通过控制阀芯（4）上的径向孔，作用到测压活塞（6）上。 由此产生的液压力克服电磁力，推动控制阀芯（4）向阀口关闭方向移动，直到两个力达到平衡为止。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理,测量活塞（6）压在电磁铁（2）的推杆上。 P到B的通道被切断后，工作通道B中的液压力将保持不变。假若电磁力有所减小，则作用在控制阀芯上的液压力有剩余，因此控制阀就向左移动，使油口B和T相通，控制油可从B流向T，使B中的控制油压力相应的有所下降。这样一来，电磁力与

32、先导控制液压力之间达到了新的平衡。这意味着，B油口中的控制压力仍保持这常数，只不过处于与较小的电磁力相对应的较低的压力值上。电磁铁不通电而阀处于中位时，P与A、B间的通路被切断，而A、B与T相通，先导控制油可直接流回油箱，A、B油口没有压力。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理 利用先导阀，我们能够与输入电流成比例地改变A或B中的压力。 当先导级的A、B油口没有压力，也就是当主阀腔体（10）和（12）内没有压力时，主阀芯（8）由对中弹簧（9）保持在中位（见图）。 现在来观察对主阀芯的控制作用。 先导控制油可以是内供的，也可以是外供的，内供时先导油来自P口。外供时先导油来自X口

33、。当电磁铁B通电时，先导压力油经过先导阀进入腔体（10），控制腔中的压力与输入电信号成正比例。由此产生的液压力克服弹簧（9），使主阀芯（8）移动，直至弹簧力和液压力平衡为止（图）。控制油压力的高低，决定了主阀芯的位置，也就决定了紊流型节流阀口的开度，及相应的流量。 主阀芯的结构，与直控式比例方向阀的阀芯相似。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （1）结构原理 当A电磁铁（2）通入控制信号时，则在腔体（12）内产生与输入 信号相应的液压力。这个液压力，通过固定在阀芯上的连杆（13），克服弹簧（9）使阀芯移动。弹簧（9）连同两支弹簧座无间隙地安装于阀体与阀体盖之间，它有一定的预压缩量。采用一根

34、弹簧与阀芯两个运动方向上的液压力相平衡的结构，经过适当的调整，可保证在相同输入信号时，左右两个方向上阀芯移动相等。另外，弹簧座的悬置方式有利于滞环的减小。当主阀压力腔卸荷后，弹簧力使控制阀芯重新回到中位。先导控制油供油的内供或外供，先导控制油回油的内泄或外泄等。可能有各种组合，按先导控制式开关型方向阀一样的原则处理。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （2）机能符号,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （3）输入电信号阶跃的过渡过程曲线,所要求的控制压力在Pstmin=30和Pstmax=100bax 滞环为60% 重复精度为3% 这里还给出了输入电信号阶跃时的过度过程曲线，控制阀芯在到

35、达新位置过程中没有超调（图示），这是因为配置了刚度大的复位弹簧之故。另外，液动力对阀芯的双向位置没有产生不同的影响。,三、比例方向阀,2、先导式比例方向阀 （4）比例方向阀特点 1)结构上与三位四通弹簧对中型方向阀相似。 2)对污染的感性较小。 3)一个阀可同时控制液流的方向及流量。在过程控制中，可在没有 附加方向阀及节流阀的情况下，实现快速和低速行程控制。速度的变化过程，不是跳跃式，而是无级变化。 4)具有像先导控制方向阀一样的较大的阀芯行程。 5) 流入和流出执行器（缸或马达）的液流，都要受到两个控制阀口的约束（控制作用）。 6)与电控器配合，可方便可靠地实现加速及减速过程。加减速时间可由

36、电控器预调，而与油液特性（如粘度）无关。 输入电流与直流电磁铁一样。,四、比例压力阀,比例压力阀用来实现压力遥控，压力的升降随时可通过电信号加以改变。 工作系统的压力可根据生产过程的需要，通过电信号的设定值来加以变化，这种控制方式常称为负载适应控制。,四、比例压力阀,1、直控式比例溢流阀 （1）结构 壳体（1） 电感式位移传感（3） 比例电磁铁（2） 阀座（4） 阀芯（5） 压力弹簧（6）,座阀式结构,四、比例压力阀,1、直控式比例溢流阀 （2）原理 位置调节型电磁铁， 代替手调机构进行调压。 给出的设定值，经放大器 产生一个与设定值成比例 的电磁铁位移。它通过弹 簧座（7）对压力弹簧（6）

37、预加压缩力，并把阀芯压在阀座上。弹簧座的位置，即电磁铁衔铁的位置（亦即压力的调节值），由电感式位移动感器检测，并与电控器配合，在一个位置闭环中进行监控。与设定值相比出现的调节偏差，由反馈加以修正。按这个原理，消除了电磁铁衔铁等的磨擦力影响。,四、比例压力阀,1、直控式比例溢流阀 （1）结构 （2）原理 （3）压力等级,最高调定压力，以压力等级为准 （25bar,180bar,315bar）。不同的压力 等级，通过不同的阀座，即不同的阀 座直径达到。因为电磁力保持不变， 当阀座直径最小时压力最高。 这里给出了25bar压力等级曲线。,调定压力与设定电压的关系,四、比例压力阀,1、直控式比例溢流阀

38、 （1）结构 （2）原理 （3）压力等级 （4）进口压力与控制电流的关系,最高调定压力，以压力等级为准。不同的压力等级（50bar,100bar,200bar，315bar） ，通过不同的阀座，即不同的阀座直径来实现。 除了一般的特性曲线，如“流量压力特性曲线”之外，还有一条重要的特性曲线是“控制电流进口压力特性”,进口压力与控制电流的关系,四、比例压力阀,1、直控式比例溢流阀 （1）结构 （2）原理 （3）压力等级 （4）进口压力与控制电流的关系 （5）机能符号,直接作用式比例溢流阀，带调压弹簧位置反馈,四、比例压力阀,2、先导式比例溢流阀 （1）结构 （2）原理,带有比例电磁铁（2）的先导

39、级（1） 最高压力限制（3）（供选择） 带主阀芯（5）的主阀（4）,四、比例压力阀,2、先导式比例溢流阀 （1）结构 （2）原理 （3）机能符号,四、比例压力阀,4、先导式比例减压阀 （1）结构 对于大流量规格的阀，一般采用先导式结构。 这种阀由下面几个主要部分组成：带有比例电磁铁（2）的先导级（1），最高压力限制阀（3）（供选择），带主阀芯（5）的主阀（4）,四、比例压力阀,阀的基本功能与一般先导式溢流阀一致，其区别在先导阀：由比例电磁铁代替调压弹簧，它是一个力调节型比例电磁铁。如在电控器中预调一个给定的电流，对应的就有一个与之成比例的电磁场力作用在先导锥阀芯（6）上。较大的输入电流，意味着

40、较大的电磁力，及相应较大的调节压力；较小的输入电流，意味着较小的电磁力，及低的调节压力。由系统（油口A）来的压力，作用的主阀芯（5）上。同时系统压力通过液阻（7.8.9.）及其控制回路（10），作用在主阀芯的弹簧腔（11）上。通过液阻（12），系统压力作用在先导锥阀（6）上，并与电磁铁（2）的电磁场力相比较。当系统压力超过相应电磁力的设定值时，先导阀打开，控制油流经Y处应始终处于卸压状态。,3、先导式比例减压阀 （1）结构 （2）原理,四、比例压力阀,3、先导式比例减压阀 （1）结构 （2）原理,由于控制回路中液阻网络的作用，主阀芯（）上下两端产生压力差，使主阀芯抬起，打开到的阀口（泵油箱）。

41、 进口压力与控制电流的关系 为了在电气或液压系统发生意外时，例如过大的电流输入电磁铁，液压系统出现尖峰压力等，能保证液压系统的安全，可选择配置一个弹簧式限压阀（），作为安全阀。它同时可作为泵的安全阀。 在调节安全阀的压力时，必须注意它与电磁铁可调的最大压力的差值，此安全阀应对压力峰值产生响应。 作为参考，这个差值可取为最大工作压力的左右。 例如：最大工作压力为100bar，安全阀调定压力为110bar。,不要再说诸如这样的词：等将来的某一天、某天再说 Remove from your vocabulary phrases like “one of these days” and “someda

42、y”.,你曾打算有那么一天再写的信，请今天就写吧！ Lets write that letter we thought of writing “one of these days”.,如果你太忙了，以至于没有时间将这份信息转送给你所爱的人，而是想你自己你会在将来的某一天再转送。那么你现在就好好想一想吧，真正到了那一天，你可能已经再也不能转发此信了。 If youre too busy to take the time to send this message to someone you love, and you tell yourself you will send it “one of

43、these days”. Just think.“one of these days” you may not be here to send it!,五、 比例流量阀,可通过给定的电信号，在较大范围内与压力及温度无关地控制流量。最主要的组成部分为：壳体()，带有电感式位移感器的比例电磁铁()，控制阀口()，压力补偿器()和可供选择的单向阀。,五、 比例流量阀,六、用压力补偿器实现负载压力补偿,1、压力补偿器 比例方向阀还只能起节流阀作用，通过阀的流量将随阀口压差的变化而变化。在定压系统中，负载压力上升，流量就减小；负载压力下降，流量就会增大。只有当负载压力波动不大或几乎不波动时，节流阀才能起

44、流量控制器作用。,六、用压力补偿器实现负载压力补偿,1、压力补偿器 图中为典型的节流特性曲线。很显然，体积流量的变化取决于阀的压差。而此压差在油泵出口的压力和油箱压力为常数时，是直接与负载压力有关的。 上述的负载效应必须通过适当的元器件进行补偿。,六、用压力补偿器实现负载压力补偿,2、进口压力补偿器的负载压力补偿 在一个带进口压力补偿器的装置中，比例阀进出口节流口上的压降保持为常数。因此，负载压力波动和油泵压力的变化，得以补偿。也就是说，泵压力的升高不会引起流量的增大。因而阀的额定流量须按压力补偿器的P值选择。,六、用压力补偿器实现负载压力补偿,2、进口压力补偿器的负载压力补偿 在进口压力补偿

45、器中，调节阀口和检测阀口是串联的。应当指出，当阀芯处于平衡位置而负载压力变化时，作用在检测阀口上的压力降P12将保持为常数。略去液动力，在阀芯平衡位置可得： P1AK = P2AK+FF 由此P12=FF/AK=常数 当弹簧很软，调节位移又短时，弹簧力的变化也就很小，从而压力差近似为常数。,六、用压力补偿器实现负载压力补偿,2、进口压力补偿器的负载压力补偿,如果说在各种不带压力补偿器的普通比例阀中，弹簧反馈型阀的体积流量分辨率为1：100，则配置压力补偿器后这类阀的调节比还可大幅度提高。图中所示的曲线，表明了带有压力补偿器的典型的比例阀体积流量分辨率。图示分辨率可达1：300，而且在整个压差变

46、化范围内等流量特性很好。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （1） 斜坡发生器 以一个设定值阶跃作为输入信号，斜坡发生器产生一个缓慢上升或下降的输出信号。输出信号的时间发生变化可通过电位器调节。 在输入阶跃信号情况下，由于电容C充电的阻滞现象，可使输出电压缓慢而连续地变化，斜坡发生器的作用原理就以此为基础。 调节可变电阻R能改变输出电压的斜率，也就是决定电容C的充电速度。,七、比例阀用电控器,斜坡预调时间总是与100%额定输入电信号相对应的设定值（输入阶跃信号）相关。,阶跃信号、斜坡时间,（1） 斜坡发生器,七、比例阀用电控器,示例：假定对应于100%额定值的设定值，预调最大斜坡时间为5

47、秒，若仅将输入信号设定值预调为60%额定值，则达到设定值的时间约为3秒。,（1） 斜坡发生器,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （2） 脉宽调制的功率输出级 设定值电压在放大器功率输出级被转换成电磁铁电流。为了尽可能减少放大器功率输出级的功率损失以及电路板的热负荷，对电磁铁电流进行了脉宽调制处理。 通过脉宽调制信号发生时，根据不同阀种来确定脉冲频率。 供给电磁铁的电流将随末级功率放大管的开通和关闭持续时间的比例而变化。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （2） 功率输出级,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （2）电源电压 所有比例放大器插板的电源电压可如图所示。为了提高供电的

48、接触可靠性，每极设置了两个接线柱备用 。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （2）电源电压 示例：图中以单相全波整流为例，给出了放大器插板上的电压变化曲线。 第一阶段从电网电压变换到指定值电压，即从220V交流电变换到24V直流电，再输给放大器插板。 第二阶段对输入电压进行滤波。 第三阶段把整形过的电压变换成18V稳定电压。通过选择新的参考点MO为基准零点的9V稳定电压。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （3）电线故障识别 电线故障识别监视着位移传感器的连接线。在有故障的情况下，即位移传感器连接电缆的三根芯线之一出了故障，就会使电磁铁A和B失电。阀就因为电缆故障而回到中位。,七、

49、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （4）阶跃函数发生器 阶跃函数发生器在设定值电压大于100mV时产生一个恒定的输出信号。在设定值电压小于100mV时输出 信号为0V。 阶跃函数发生器的输出信号给电磁铁一个电流阶跃。该阶跃电流用于迅速克服比例阀的正遮盖。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （5）比例放大器的调节器 比例放大器的调节器专门用以优化各类阀的性能。这种调节器给出一个由设定值和反馈值之差所确定的输出信号，由它控制脉宽调制的放大器输出级。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （6）加法器 比例放大器的加法器使两个电压相加，并变成方向相反的和信号。,七、比例阀用电控器,1、概念

50、说明及解释 （7）反相器 比例放大器的反相器使加上的给定电压反相。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （8）电位器 电位器是一个带移动触头且符合欧姆定律的电阻。 电位器两端的电压分别为0V和10V。移动触头可取出010V之间的任意值。 示例： 当触头移至电位器的60%位置时，可国触头上得到6V电压。,七、比例阀用电控器,1、概念说明及解释 （9）初始电流 初始电流加到电磁铁上。当插上放大器的电源且阀与放大器接通，就存在电磁铁的初始电流。它用来维持脉冲频率、电磁铁的预磁化，以及使阀的电磁铁在设定值输入时，从其起始位置迅速启动。,七、比例阀用电控器,2、电感式位移传感器 电感式位移传感器用于