比例電磁鐵課件

第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7

電液比例控制閥

電液比例控制閥（簡稱比例閥）實質(zhì)上是一種廉價的、抗污染性較好的電液控制閥。與電液伺服閥相似，控制比例閥的比例放大器也是具有深度電流負反饋的電子控制放大器，其輸出電流和輸入電壓成正比。比例放大器構(gòu)成與伺服放大器也相似，但一般要復雜一些，如比例放大器一般均帶有顫振信號發(fā)生器，還有零區(qū)電流跳躍（比例方向閥）等功能。比例閥結(jié)構(gòu)主要有電-機械轉(zhuǎn)換器（比例電磁鐵）和閥兩部分。多數(shù)比例閥是開環(huán)控制的，但也有閉環(huán)控制的。比例閥的發(fā)展經(jīng)歷兩條途徑，一是用比例電磁鐵取代傳統(tǒng)液壓閥的手調(diào)輸入機構(gòu)，在傳統(tǒng)液壓閥的基礎上發(fā)展起來的各種比例方向、壓力和流量閥。另一途徑是一些原電液伺服閥生產(chǎn)廠家在電液伺服閥的基礎上，降低設計制造精度后發(fā)展起來的。前者是比例閥發(fā)展的主流。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7電液比例控第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-90

比例電磁鐵結(jié)構(gòu)與特性a）結(jié)構(gòu)圖b）特性曲線Ⅰ—吸合區(qū)Ⅱ—工作行程區(qū)Ⅲ—空行程區(qū)比例電磁鐵是在傳統(tǒng)濕式直流閥用開關電磁鐵基礎上發(fā)展起來。目前所應用的大多數(shù)比例電磁鐵具有圖4-90a所示的盆式結(jié)構(gòu)。第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-90比例電磁鐵結(jié)構(gòu)第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-91

帶位移反饋比例電磁鐵由于磁路結(jié)構(gòu)的特點，使之具有如圖4-90b所示的幾乎水平的電磁力-行程特性，這有助于閥的穩(wěn)定性。圖4-90所示的電磁鐵的輸出是電磁推力，故稱為力輸出型，還有一種帶位移反饋的位置輸出型比例電磁鐵，見圖4-91。后者由于有銜鐵位移的電反饋閉環(huán)，因此當輸入控制電信號一定時，不管與負載相匹配的比例電磁鐵輸出電磁力如何變化，其輸出位移仍保持不變。所以它能抑制摩擦力等擾動影響，使之具有極為優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)控制精度和抗干擾特性。第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-91帶位移反饋比例第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.1

比例壓力閥

1.直動式比例壓力閥

用比例電磁鐵取代壓力閥的手調(diào)彈簧力控制機構(gòu)便可得到比例壓力閥，如圖4-92所示。圖4-92a所示的比例壓力閥采用普通力輸出型比例電磁鐵1，其銜鐵可直接作用于錐閥4。圖4-92

直動式比例壓力閥a）普通比例電磁鐵控制b）帶位移反饋比例電磁鐵控制1—比例電磁鐵2—推桿3—彈簧4—錐閥圖4-92b所示的則為位移反饋型比例電磁鐵，必須借助彈簧轉(zhuǎn)換為力后才能作用于錐閥4進行壓力控制。后者由于有位移反饋閉環(huán)控制，可抑制電磁鐵內(nèi)的摩擦等擾動，因而控制精度顯著高于前者，當然復雜性和價格也隨之增加。這兩種比例壓力閥：可用作小流量時的直動式溢流閥，也可取代先導式溢流閥和先導式減壓閥中的先導閥，組成先導式比例溢流閥和先導式比例減壓閥。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.1比例壓第四章控制元件液壓與氣壓傳動2.先導式比例壓力閥圖4-93為兩個應用輸出壓力直接檢測反饋和在先導級與主級級間動壓反饋的比例壓力閥。兩種閥的先導閥心4均為有直徑差的二級同心滑閥，大、小端面積差與壓力反饋推桿5面積相等，穩(wěn)態(tài)時動態(tài)阻尼液阻R3兩側(cè)液壓力相等，先導閥心大端受壓面積（大端面積減去反饋推桿面積）和小端受壓面積相等，因而先導閥心兩端靜壓平衡。圖4-93

先導式比例壓力閥a）溢流閥b）減壓閥1—比例電磁鐵2—主閥心3—固定節(jié)流孔4—先導閥心5—壓力反饋推桿6—固定節(jié)流孔傳統(tǒng)先導式壓力閥的先導閥控制的是主閥上腔壓力，先導閥輸入的彈簧力和主閥上腔壓力相平衡，因而流量變化引起主閥液動力的變化以及減壓閥進口壓力pB變化時會產(chǎn)生調(diào)壓偏差。而圖4-93所示的先導壓力閥，若忽略先導閥液動力、閥心質(zhì)量和摩擦力等影響，其輸入電磁力主要與輸出壓力pA作用在反饋推桿上的力相平衡，因而形成反饋閉環(huán)控制，當流量和減壓閥的進口壓力變化時控制輸出壓力pA均能保持恒定。第四章控制元件液壓與氣壓傳動2.先導式比例壓力閥圖4-第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.2

比例流量閥

比例流量閥包括：比例節(jié)流閥比例調(diào)速閥比例旁通型調(diào)速閥等。也有直動式和先導式之分。本節(jié)僅介紹比例調(diào)速閥。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.2比例流第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-94傳統(tǒng)型比例調(diào)速閥a)結(jié)構(gòu)b)圖形符號c)等流量特性1—閥體2—比例電磁鐵3—節(jié)流閥心4—定差減壓閥心5—動態(tài)阻尼液阻圖4-94a為傳統(tǒng)型比例調(diào)速閥結(jié)構(gòu)，由位置輸出型比例電磁鐵2驅(qū)動節(jié)流閥心3產(chǎn)生位移，節(jié)流閥心上的圓孔與閥套沉割槽構(gòu)成節(jié)流閥口（常閉）；定差減壓閥心4上的沉割槽與閥套上的圓孔構(gòu)成定差減壓閥口（常開），定差減壓閥心底端面經(jīng)動態(tài)阻尼液阻5與閥進口A相通，B為閥的出口。其等流量特性曲線如圖4-94c所示。1.傳統(tǒng)型比例調(diào)速閥第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-94傳統(tǒng)型比例調(diào)速閥圖第四章控制元件液壓與氣壓傳動２.內(nèi)含流量-力反饋的比例流量閥圖4-95a為內(nèi)含流量-力反饋的比例流量閥。其工作原理是：閥的A口與泵及溢流閥組成的恒壓油源相連接，B口則與執(zhí)行元件連接。當比例電磁鐵1中無電流，先導閥2節(jié)流口a、流量傳感器3閥口、主調(diào)節(jié)器4節(jié)流閥口均關閉。當比例電磁鐵通電時，先導閥閥口a開啟，先導控制油從A口經(jīng)液阻R1、R2、先導閥口a進入流量傳感器底面，克服彈簧6和5的力使流量傳感器開啟。圖4-95

內(nèi)含流量-力反饋的比例流量閥a)結(jié)構(gòu)b)等流量特性1—比例電磁鐵2—先導閥3—流量傳感器4—主調(diào)節(jié)器5、6、7—復位彈簧當R1中有先導流量通過時，產(chǎn)生的壓降使主調(diào)節(jié)器開啟，主流量經(jīng)過主調(diào)節(jié)器和流量傳感后流向B口。由于流量傳感器特殊設計的閥口的補償作用，使通過其閥的流量與位移成線性關系。流量傳感器位移z經(jīng)反饋彈簧5作用于先導閥，形成流量—位移—力反饋的閉環(huán)控制。若忽略先導閥液動力、摩擦力和質(zhì)量等影響，穩(wěn)態(tài)時輸入電磁力與反饋彈簧5的彈簧力相平衡，即控制電流與流量傳感器的位移亦即通過閥的流量成正比。若進口A的壓力或B口壓力發(fā)生變化，由于閥的流量轉(zhuǎn)換為流量傳感器閥心位移經(jīng)反饋彈簧5對先導閥的力反饋閉環(huán)控制作用，改變先導閥口大小，而先導閥與R1、R2組成的液阻網(wǎng)絡對主調(diào)節(jié)器節(jié)流面積的自動調(diào)節(jié)作用，使流量保持恒定，即在上述擾動下閥的流量最終與比例電磁鐵的電流成正比，改變電流即可改變輸出流量大小。圖4-95a中液阻R3和R4起閥心速度動壓反饋作用，用于提高閥的穩(wěn)定性，對穩(wěn)態(tài)特性無影響。圖4-95b所示的即為其等流量特性實驗曲線。第四章控制元件液壓與氣壓傳動２.內(nèi)含流量-力反饋的比例第四章控制元件液壓與氣壓傳動比較圖4-94c和圖4-95b兩實驗曲線可知，在流量較大時，內(nèi)含流量-力反饋的比例流量閥的等流量特性比傳統(tǒng)型比例調(diào)速閥有顯著提高，這是兩者控制原理上的差別所致。第四章控制元件液壓與氣壓傳動比較圖4-94c和圖4-95第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.3

比例方向閥

比例方向閥也有直動式和先導式之分，并各有開環(huán)控制和閥心位移反饋閉環(huán)控制兩大類。有的比例方向閥還用定差減壓閥或定差溢流閥對其閥口進行壓差補償，構(gòu)成比例方向流量閥。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.3比例方第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.3

比例方向閥

圖4-96所示為一先導式開環(huán)控制的比例方向（節(jié)流）閥，其先導閥及主閥均為四邊滑閥。該閥的先導閥為一雙向控制的直動式比例減壓閥，其外供油口為X，回油口為Y。比例電磁鐵未通電時，先導閥心4在左右兩對中彈簧（圖中未畫出）作用下處于中位，四閥口均關閉。圖4-96比例方向（節(jié)流）閥1、2—比例電磁鐵3—先導閥體4—先導閥心5—固定液阻6—反饋活塞7—主閥體8—主閥心9—彈簧座10—主閥對中彈簧當某一比例電磁鐵例如A通電時，先導閥心左移，使其兩個凸肩的右邊的閥口開啟，先導壓力油從X口經(jīng)先導閥心的閥口和左固定液阻5作用在主閥心8左端面，壓縮主閥對中彈簧10使主閥心右移，主閥口P-B及A-T開啟，主閥心的右端面的油則經(jīng)右固定液阻和先導閥心的閥口進入先導閥回油口Y；同時進入先導閥心的壓力油，又經(jīng)閥心的徑向孔作用于閥心的軸向孔，而其油壓則形成對減壓閥控制壓力的反饋。

第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.3比例方第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-96比例方向（節(jié)流）閥1、2—比例電磁鐵3—先導閥體4—先導閥心5—固定液阻6—反饋活塞7—主閥體8—主閥心9—彈簧座10—主閥對中彈簧若忽略先導閥和主閥的液動力、摩擦力、閥心質(zhì)量和彈簧力等的影響，先導減壓閥的控制壓力與電磁力成正比。進而又與主閥心位移成正比。

比例方向閥的工作原理：通過改變輸入比例電磁鐵的電流來控制主閥心的位移。

圖中兩固定液阻僅起動態(tài)阻尼作用，目的是提高閥的穩(wěn)定性。

第四章控制元件液壓與氣壓傳動圖4-96比例方向（節(jié)第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.4比例壓力流量復合控制閥（PQ閥）

PQ閥是將比例壓力閥和比例流量閥復合在一起的控制閥，其結(jié)構(gòu)原理如圖4-97所示。圖4-97

比例壓力流量復合控制閥結(jié)構(gòu)原理1—比例壓力先導閥2—比例流量閥3—手調(diào)壓力先導閥4—比例壓力主閥當作流量閥用時，先給比例壓力先導閥1輸入一個恒定的電信號，只要系統(tǒng)工作壓力小于其設定壓力，壓力先導閥總是可靠地關閉著。比例流量閥閥口的恒定壓差，由定差溢流閥來保證。這樣，調(diào)節(jié)比例流量閥2的輸入電信號便可得到與之成正比例的輸出流量。當作壓力閥用時，在給比例流量閥2輸入一個保證它有一定閥口開度的電信號的條件下，改變比例壓力先導閥的輸入電信號，就可按比例地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力。手調(diào)壓力先導閥3與壓力主閥4一起組成先導式溢流閥，作安全閥用，限制系統(tǒng)最高壓力。因此，在采用PQ閥的系統(tǒng)中，可不必再設置大流量規(guī)格的溢流閥。PQ閥在塑料機械控制系統(tǒng)和試驗設備中得到廣泛應用。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.4比例壓第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.4

比例閥的特點比例閥是介于普通液壓閥和電液伺服閥之間的一種控制閥，比例閥結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求和價格均比電液伺服閥低，抗污染性好，維護保養(yǎng)方便，雖動態(tài)快速性比電液伺服閥低，但在很多領域中已得到廣泛的應用。比例閥和電液伺服閥的區(qū)別見表4-15。第四章控制元件液壓與氣壓傳動Part4.7.4比例閥第四章控制元件液壓與氣壓傳動表4-15比例閥和電液伺服閥的比較項目比例閥伺服閥閥的功能壓力控制、流量控制、方向控制多為四通閥、同時控制方向和流量電位移轉(zhuǎn)換器功率較大（約50W）的比例電磁鐵，用來直接驅(qū)動閥心或壓縮彈簧功率較小（約0.1~0.3W）的力矩馬達,用來帶動噴嘴-擋板或射流管放大器。其先導級的輸出功率約為100W過濾精度（ISO4406）16/13~18/14由于是由普通閥發(fā)展起來的，沒有特殊要求13/9~15/11為了保護滑閥或噴嘴-擋板精密通流截面，要求進口過濾線性度在低壓降（0.8MPa）下工作，通過較大流量時，閥體內(nèi)部的阻力對線性度有影響（飽和）在高壓降（7MPa）下工作，閥體內(nèi)部的阻力對線性度影響不大第四章控制元件液壓