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1、電液比例控制閥結(jié)構(gòu)及原理,1 概述 2 電液比例壓力控制閥 3 電液比例方向控制閥 4 電液比例流量控制閥 5 閉環(huán)比例閥,1 概述,電液比例控制閥由于能與電子控制裝置組合在一起，可以十分方便的對各種輸入、輸出信號進行運算和處理，實現(xiàn)復雜的控制功能。同時它又具有抗污染、低成本以及響應較快的優(yōu)點，在液壓控制工程中獲得越來越廣泛的應用。 比例控制元件的種類繁多，性能各異，有多種不同的分類方法。 按其控制功能來分類，可以分為比例壓力控制閥、比例流量控制閥、比例方向閥和比例復合閥。前兩者為單參數(shù)控制閥，后兩者為多參數(shù)控制閥。 按壓力放大級的級數(shù)來分，又可以分為直動式和先導式。直動式是由電機械轉(zhuǎn)換元件直
2、接推動液壓功率級，由于轉(zhuǎn)換元件的限制，它的控制流量都在15L/min以下。先導控制式比例閥由一直動式比例閥與能輸出較大功率的主閥級構(gòu)成，流量可達到500L/min，插裝式更可以達到1600L/min。,圖1 閉環(huán)的電液比例控制系統(tǒng)及比例閥框圖, 按比例控制閥的內(nèi)含的級間反饋參數(shù)或反饋物理量的形式可以分為 帶反饋或不帶反饋型。 反饋型又可以分為流量反饋、位移反饋和力反饋。 比例閥按其主閥芯的型式來分，又可以分為滑閥式和插裝式。,從電液比例閥的原理框圖中可以看出，它主要有以下幾部分組成： 1）電機械轉(zhuǎn)換元件； 2）液壓先導級； 3）液壓功率放大級； 4）檢測反饋元件。,2 比例壓力控制閥,比例壓力
3、控制閥應用最多的有比例溢流閥和比例減壓閥，有直動型和先導兩種。,2.1 直動型比例溢流閥 不帶位置反饋的和帶位置反饋,圖2 直動式比例溢流閥 1.插頭；2.銜鐵推桿；3.傳力彈簧；4.錐閥芯； 5.防振彈簧；6.閥座；7.閥體,直動式壓力閥的結(jié)構(gòu)與普通壓力閥的先導閥相似，所不同的是閥的調(diào)壓彈簧換為傳力彈簧3，手動調(diào)節(jié)螺釘部分換裝為比例電磁鐵。,圖3 帶位置反饋的直動溢流閥 位移傳感器；2. 傳感器插頭；3.放氣螺釘；4.比例電磁鐵；5.線圈插頭； 6. 彈簧座；7.調(diào)壓彈簧；8.防振彈簧；9.錐閥芯；10.閥體；11.閥座；12.調(diào)節(jié)螺塞,帶位置反饋的直動溢流閥包括力控制型比例電磁鐵4以及由閥
4、體10、閥座11、錐閥芯9、彈簧7等組成的液壓閥本體。電信號輸入時，比例電磁鐵4產(chǎn)生相應電磁力，通過彈簧7作用于閥芯9上。電磁力對彈簧預壓縮，預壓縮量決定溢流壓力。預壓縮量正比于輸入電信號，溢流壓力正比于輸入電信號，實現(xiàn)對壓力的比例控制。,普通溢流閥采用不同剛度的調(diào)壓彈簧改變壓力等級。由于比例電磁鐵的推力是一定的，比例溢流閥是通過改變閥座11的孔徑而獲得不同的壓力等級。閥座孔頸小，控制壓力高，流量小。 調(diào)節(jié)螺塞12可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)溢流閥的工作零位。 直動型比例溢流閥在小流量場合下單獨做調(diào)壓元件，更多的是做先導型溢流閥或減壓閥的先導閥。,2.2 先導型比例溢流閥,圖 4 先導型比例溢流閥 1.
5、閥座；2.先導錐閥；3.軛鐵；4.銜鐵；5.彈簧； 6.推稈；7.線圈；8.彈簧；9.先導閥,先導型比例溢流閥下部與普通溢流閥的主閥相同，上部則為比例先導壓力閥。該閥還附有一個手動調(diào)整的安全閥（先導閥）9，用以限制比例溢流閥的最高壓力。,帶位置反饋先導型比例溢流閥,圖 6 帶位置調(diào)節(jié)型比例電磁鐵的先導型比例溢流閥 1.位移傳感器；2.行程控制型比例電磁鐵；3.閥體；4.彈簧；5.錐閥芯； 6.閥座；7.主閥芯；8.節(jié)流螺塞；9.主閥彈簧；10.主閥座（閥套）,圖7 直接檢測式比例溢流閥 1.推桿；2.先導閥閥芯；3.比例電磁鐵；4.主閥閥芯,測壓面a0檢測ps，形成反饋力信號與銜鐵的輸出力Fm
6、直接進行比較。,2.3 先導型比例減壓閥,先導型比例減壓閥與先導型比例溢流閥工作原理基本相同。它們的先導閥完全一樣，不同的只是主閥級。溢流閥采用常閉式錐閥，減壓閥采用常開式滑閥。,圖 8 帶位置反饋先導型比例減壓閥 1.位移傳感器；2.行程控制型比例電磁鐵；3.閥體；4.彈簧；5.先導錐閥芯； 6.先導閥座；7.主閥芯；8.閥套；9.主閥彈簧；10.節(jié)流螺塞；11.減壓節(jié)流口,比例電磁鐵接受指令電信號后，輸出相應電磁力，經(jīng)彈簧4將先導錐閥芯5壓在閥座6上。由B進入主閥的一次壓力油，經(jīng)減壓節(jié)流口11后的二次壓力油，經(jīng)主閥芯7的徑向孔經(jīng)A口輸出，二次壓力油同時經(jīng)閥芯7上的節(jié)流螺塞10至主閥芯彈簧腔
7、(右腔)、通路a、先導閥座6作用于先導閥芯5上。若二次壓力不能使導閥5開啟，則主閥芯左、右兩腔壓力相等。在彈簧9的作用下，減壓節(jié)流口11為全開狀態(tài)，BA流向不受限制。當二次壓力超過比例電磁鐵設定值時，導閥芯5開啟，液流經(jīng)c、Y口泄回油箱。由于節(jié)流螺塞10的作用，主閥芯彈簧腔壓力下降，主閥芯左、右兩腔的壓差使主閥芯克服彈簧9之作用，使減壓節(jié)流口11關小，使二次壓力降至設定值。 為防止二次壓力過高，可在X口接一手動式直動型溢流閥起保護作用。,圖 9 帶限壓閥的先導比例減壓閥工作原理圖 1.比例溢流閥先導級；2.限壓閥；3.主閥；4.先導油流道,3.2.4 三通比例減壓閥,直動式三通比例減壓閥,圖
8、10 直動式三通比例減壓閥 1.比例電磁鐵；2.對中彈簧；3.閥芯；4.閥體,無信號電流時，閥芯3在對中彈簧2作用下處于中位，P、T、A各油口互不相通。比例電磁鐵接收信號電流時，電磁力使閥芯3右移，P、A接通，油口A輸出的二次壓力油輸入到執(zhí)行元件。二次壓力油又經(jīng)閥體通道a反饋到閥芯右端，作用于右端的油液壓力與電磁力方向相反。二次壓力與電磁力平衡時，滑閥芯3返回中位，A口壓力保持不變，并與電磁力成正比例。若對閥芯的作用力大于電磁力，閥芯移至左端，A口與T接通，壓力下降，直至新的平衡。三通比例減壓閥可以控制二次壓力油的壓力和方向。成對使用時，用作比例方向閥的先導閥，如圖3-11所示：,圖3-11
9、三通比例壓力閥用作先導方向閥 1、2.比例電磁鐵；3閥體；4.閥芯；5、6.壓力測量,3 電液比例方向閥,功能：比例方向控制閥按輸入信號的極性和幅值大小，同時對液壓系統(tǒng)液流方向和流量進行控制，從而實現(xiàn)對執(zhí)行器運動方向和速度的控制。在壓差恒定條件下，通過電液比例方向閥的流量與輸入電信號的幅值成正比例，而流動方向取決于比例電磁鐵是否受激勵。具有方向控制功能和流量控制功能的兩參數(shù)控制復合閥。 外觀：其外觀與傳統(tǒng)方向控制閥相同。 基本原理： 為了對進、出口同時執(zhí)行準確節(jié)流，比例方向閥滑閥閥芯臺肩圓柱面上開有軸向的節(jié)流(控制)槽。 節(jié)流槽幾何形狀為三角形、矩形、圓形或其組合狀。節(jié)流槽在臺肩圓周上均勻分布
10、、左右對稱分布或成某一比例分布。節(jié)流槽軸向長度大于閥芯行程，使控制口總有節(jié)流功能。 節(jié)流槽與閥套通過不同的配合可以得到O型、P型、Y型等不同的閥機能。比例方向閥有直動型和先導控制型。,閥芯形狀與閥的中位機能,3-13 直動式比例方向閥,3.1 直動型比例方向閥,圖 14 直動型比例方向閥（無位置控制） 1、6.比例電磁鐵；2、5.對中、復位彈簧；3.閥體；4.閥芯,直動型比例方向閥因受比例電磁鐵電磁力的限制，只能用于小流量系統(tǒng)。在大流量系統(tǒng)中，過大的液動力將使閥不能開啟或不能完全開啟，應使用先導型比例方向閥。 先導型比例方向閥有兩種：一種是以傳統(tǒng)電液動方向閥為基礎發(fā)展而成的，其先導閥是雙向三通
11、比例減壓閥，主閥為液動式比例方向閥；二是在伺服閥簡化基礎上發(fā)展而成的，稱做伺服比例方向閥或廉價伺服閥。,3.2 先導型比例方向閥,圖 15 先導型比例方向閥 1，2.比例電磁鐵；3.先導閥；4.控制閥芯；7.主閥； 8.主閥芯；9彈簧；10，12.主閥腔；13.連桿,先導型比例方向閥結(jié)構(gòu)它是由直動型比例方向先導閥和比例被動主閥疊加而成。其工作原理與電液動方向閥相同。,圖16 先導型比例方向閥閥芯,先導閥是直動型四位四通閉環(huán)比例方向閥。它有四個工作位置由一個行程型比例電磁鐵控制。左邊位置是機械零位，零位為Y型機能。先導閥處于機械零位時，保證主閥復位。右端為復位彈簧，比例電磁鐵電磁力直接作用在先導
12、閥芯和復位彈簧上。工作期間，閥芯在三個工作位置上移動。電磁鐵失電時，復位彈簧使閥芯定位于機械零位(緊急停止時的故障保護位置)。 在液動主閥中，主閥滑閥芯帶位移傳感器(雙向控制)，閥芯兩端用壓力彈簧對中，閥芯臺肩圓柱面軸向開有圓形和矩形組合的節(jié)流槽。主閥芯(右端)有防轉(zhuǎn)動機構(gòu)，可以提高重復控制精度。 該先導型比例方向閥可實現(xiàn)閉環(huán)控制。,4 電液比例流量控制閥,比例流量控制閥的流量調(diào)節(jié)作用在于改變節(jié)流口的開度。它是用電機械轉(zhuǎn)換器取代普通節(jié)流閥的手調(diào)機構(gòu)，調(diào)節(jié)節(jié)流口的通流面積，使輸出流量與輸入信號成比例。 比例流量閥分為比例節(jié)流閥和比例調(diào)速閥。直動型比例節(jié)流閥較少見。由于比例方向閥具有節(jié)流功能，實際
13、使用中則以二位四通比例方向閥代替比例節(jié)流閥。,圖17 作比例節(jié)流閥時的四通比例閥的連接 a.利用兩個通道 b.利用一個通道,4.1 利用方向閥作流量控制,4.2 比例節(jié)流閥,圖18 位置力反饋型比例節(jié)流閥 1.先導閥閥芯；2.比例電磁鐵；3.主閥芯,比例調(diào)速閥是在傳統(tǒng)調(diào)速閥的基礎上將其手調(diào)機構(gòu)改用比例電磁鐵而成的。它仍然是由壓力補償器(定差減壓閥)和比例節(jié)流閥構(gòu)成的。因為它只有A、B兩個主油口，又稱做二通比例調(diào)速閥。,4.3 比例調(diào)速閥,圖19 比例調(diào)速閥工作原理簡圖 1.定差減壓閥；2.比例節(jié)流閥；3.單向閥；4、5.彈簧,圖中，壓力補償器的減壓閥1位于節(jié)流閥2主節(jié)流口的上游，且與主節(jié)流口串
14、聯(lián)，減壓閥閥芯由一小剛度彈簧4保持在開啟位置上，開口量為h；節(jié)流閥2閥芯也由一小剛度彈簧5保持關閉。比例電磁鐵接受輸入電信號，產(chǎn)生電磁力作用于閥芯，閥芯向下壓縮彈簧5，閥口打開，液流自A口流向B口。閥的開口量與控制電信號對應。行程控制型比例電磁鐵提供位置反饋，可使其開口量更為準確。 壓力補償器的功能是保持節(jié)流閥進出口壓差p=p2-p3不變，從而保證流經(jīng)節(jié)流閥的流量 q 穩(wěn)定。,4.4 定差調(diào)速閥,圖21 定差溢流型比例調(diào)速閥 1.定差溢流閥；2.比例節(jié)流閥；3.限壓先導閥,5 閉環(huán)比例閥,閉環(huán)比例閥是傳統(tǒng)閥持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物，其動靜態(tài)性能幾乎毫不遜色于伺服閥，在某些方面甚至超過伺服閥。 它與一般比
15、例閥的最大區(qū)別在于采用了控制中位零搭接閥口的結(jié)構(gòu)，因而無中位死區(qū)，而這點正是高精度閉環(huán)控制元件的先決條件。 此外，它通常有四個閥位，除了正常工作的三個閥位外，還有一個機械（自然）零位。過去，在高精度的控制領域，通常只會想到伺服閥，現(xiàn)在閉環(huán)比例方向閥是一種可供選擇的方案。 閉環(huán)比例閥必須要采用行程控制的比例電磁鐵來驅(qū)動，而測量電子裝置，如振蕩器、解調(diào)器等都與位置傳感器一起集成在閥的內(nèi)部，它可分為直動式和先導式，二位三通或三位四通、四位四通等。,比例閥、閉環(huán)比例方向閥與伺服閥的主要性能比較,表3.1 幾種連續(xù)操縱閥的比較,圖26 先導式閉環(huán)比例方向閥 1.先導閥芯位移傳感器鐵芯；2.比例電磁鐵；3
16、.先導閥芯；4.先導閥體； 5.復位彈簧；6.主閥芯位移傳感器鐵芯；7、8.對中彈簧；9.主閥芯,a),先導式閉環(huán)比例方向閥,b),a)結(jié)構(gòu)圖 b)職能符號圖,這種閥是由一個直動式的比例閥與一個零開口的液動閥疊加而構(gòu)成。該閥的先導閥工作原理與前面介紹的直動式閉環(huán)比例方向閥完全一樣。不同的只是，由于先導閥處于機械零位(自然零位)時，要求主閥必須復位，所以先導閥的機械零位機能應采用Y型，不能是O型。正常操縱時先導閥在三個工作位置之間運動，而主閥芯即作跟隨運動。先導閥的供油和排油都可以是內(nèi)部或者是外部的。只要把1處和2處堵塞起來，就能實現(xiàn)內(nèi)、外先導供油的轉(zhuǎn)換。另外，這種閥的主閥芯上有防轉(zhuǎn)動機構(gòu)，這樣可以提高重復控制精度。,
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