|
直動式比例溢流閥 直動式比例溢流閥的工作原理及結構見圖3-2,。這是一種帶位置電反饋的雙彈簧結構的直動式溢流閥。它于手調式直動溢流閥的功能完全一樣。其主要區別是用比例電磁鐵取代了手動彈簧力調節組件。 如圖3-2a所示，它主要包括閥體6，帶位置傳感器1、比例電磁鐵2、閥座7、閥芯5及調壓彈簧4等主要零件。當電信號輸入時，電磁鐵產生相應的電磁力，通過彈簧座3加在調壓彈簧4和閥芯上，并對彈簧預壓縮。此預壓縮量決定了溢流壓力。而壓縮量正比輸入電信號，所以溢流壓力也正比于輸入電信號，實現對壓力的比例控制。 彈簧座德實際位置由差動變壓器式位移傳感器1檢測，實際值被反饋到輸入端與輸入值進行比較，當出現誤差就由電控制器產生信號加以糾正。由圖3-2b所示的結構框圖可見，利用這種原理，可排除電磁鐵摩擦的影響，從而較少遲滯和提高重復精度等因素會影響調壓精度。顯然這是一種屬于間接檢測的反饋方式。 a  b圖3-2 帶位置電反饋的直動式溢流閥 a)工作原理及結構 b）結構框圖 1—位移傳感器 2—比例電磁鐵 3—彈簧座 4—調壓彈簧 5—閥芯 6—閥體 7—閥座 8—調零螺釘
普通溢流閥可以靠不同剛度的調壓彈簧來改變壓力等級，而比例溢流閥卻不能。由于比例電磁鐵的推力是一定的，所以不同的等級要靠改變閥座的孔徑來獲得。這就使得不同壓力等級時，其允許的最大溢流量也不相同。根據壓力等級不同，最大過流量為2～10L/min。閥的最大設定壓力就是閥的額定工作壓力，而設定最低壓力與溢流量有關。這種直動式的溢流閥除在小流量場合下單獨作用，作為調節元件外，更多的是作為先導式溢流閥或減壓閥的先導閥用。另外，位于閥底部德調節螺釘8，可在一定范圍內，調節溢流閥的工作零位。 3.2.2先導式比例溢流閥 1.結構及工作原理 圖3-3所示為一種先導式比例溢流閥的結構圖。它的上部位先導級6，是一個直動式比例溢流閥。下部為主閥級11，中部帶有一個手調限壓閥10，用于防止系統過載。 當比例電磁鐵9通有輸入信號電流時，它施加一個直接作用在先導閥芯8上。先導壓力油從內部先導油口（取下螺堵13）或從外部先導油口X處進入，經流道口和節流3后分成兩股，一股經節流孔5作用在先導閥芯7上，另一股經節流孔4作用在閥芯撒謊女上部。只要A油口壓的壓力不足以使導閥打開，主閥芯的上下腔的壓力就保持相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，而上面有一個軟彈簧向下施加一個力，使閥芯關閉。  當主閥芯是錐閥，它既小又輕，要求的行程也很小，所以這種閥的響應很快。閥套上有三個徑向分布的油孔，當閥開啟時使油流分散流走，大大減少噪聲。節流孔4起動態壓力發虧作用，提高閥芯的穩定性。
圖3-3 先導式比例溢流閥 1—先導油流道 2—主閥彈簧 3.、4、5—節流口 6—先導閥 7—外泄口 8—先導閥芯 9—比例電磁鐵 10—安全閥 11—主閥級 12—主閥芯 13—內部先導油口螺堵 A—進油口 B—出油口 X—外部先導油口 Y—外部先導卸油口 與傳統的先導式溢流閥不同，比例溢流閥的壓力等級的獲得是靠改變先導閥的閥座孔徑來實現的。這點與比例直動式溢流閥完全相同。較大的閥座孔徑對應著較低的壓力等級。小閥座孔徑可獲得較高的額定值。閥座的孔徑通常由制造廠根據閥座的壓力等級在制造時已經確定。 圖3-4 先導式比例溢流閥原理框架圖
從圖3-4所示的原理框架圖可以看出。閥座孔的面積A用來檢測主閥芯上腔的壓力P，當PA的積大于電磁力Fm時，導閥開啟，進而主閥開啟，間接控制主壓力PA.,顯然Px屬于中間變量,這種溢流閥的檢測方式屬于間接檢測方式。從圖中可見，主閥在小閉環之外，主閥中的各種干擾量，例如摩擦。液動力等的都會影響都得不到抑制，比例電磁鐵也在閉環之外。所以其壓力偏差和超調量都較大，常達15%以上。改進辦法可以采用直接檢測方式。 2.比例溢流閥的主要性能參數 1)靜態特性 圖3-5 溢流閥的靜態特性曲線 a）設定壓力與輸入電流的關系曲線 b)最低設定壓力與 流量關系曲線 c）壓差—流量特性
比例溢流閥的靜態特性主要由三條特性曲線來表示，見圖3-5.一條為設定壓力PA與輸入電流I之間的關系曲線，稱為控制特性曲線，還有一條是溢流閥的前后壓差與流量的關系曲線。從此圖中可以確定溢流閥的主要性能參數；最高，最低設定壓力、滯環、線性度以及穩態調壓偏差等壓力特性。這些性能數據時設計的重要依據。 3.動態特性 比例溢流閥的動態特性一般用階躍響應和頻率響應曲線來表示（圖3-6）。從階躍響應曲線可以找到滯后時間τ，響應時間ts及超調量σ（見圖3-6a）。頻率特性曲線可以找出最高工作頻率或頻寬。 a b 圖3-6 比例溢流閥的動態特性曲線 a）單位階躍響應曲線 b）頻率響應曲線 3.3電液比例流量控制閥 比例流量控制閥的流量調節作用都在于改變節流口的開度。它與普通流量閥的主要區別是用某種電-機械轉換器取代原來的手調機構，用來調節節流口的流通面積。并使輸出流量與輸入信號成正比。 按閥口的流量公式有 當紊流時流量系數Cd近似為常數。由上式可見，改變同流面積A（x）可以改變流量，但節流口的前后壓差Δρ進行壓力補償分為比例節流閥和比例調速閥。也有采用流量直接反饋型的新原理比例流量閥。 比例方向閥由于具有對進口和出口流量同時節流的功能。因此，它本質上是個雙路的比例節流閥。如果從外部加上壓力補償裝置，就能使通過的流量與負載變化無關，具有調速閥的功能。 3.3.1直動式比例節流閥 比例節流閥也分為直動式和先導式。直動式的只有一級液壓放大。它的閥芯型式有轉閥、滑閥或插裝式。旋轉節流式由伺服電機經減速后帶動。移動節流式用比例電磁鐵驅動。前者習慣上稱為電動式，后者稱為電磁式。先導式多為二級液壓放大，也有三級的特大流量閥，其通徑為63以上。 直動式比例節流閥的構成是在傳統節流閥的基礎上，用電-機械轉換裝置代替手動節流機構而構成。為了提高調解精度還可加上位置檢測裝置。 單純的直動式比例節流閥產品較少見。早起產品中可見到采用伺服電動機，經減速后驅動轉閥型的比例節流閥。由于比例方向閥具有節流功能，實際使用中，常用二位四通比例方向閥來代替比例節流閥。比例方向閥有兩條通路，因此，作為比例節流閥使用時，根據過流量的要求，可以只利用其中一個節流口，也可同時使用兩個節流口。其連接情況，參見圖3-14所示。二位四通比例方向閥用作比例節流閥時，如要同時利用兩個通道，其無信號狀態可以有多種形式供選用。 3.4電液比例方向閥 電業比例方向閥是一種具有液流方向控制功能和流量控制功能的負荷閥。在壓差恒定的條件下，通過它的流量與輸入電信號成比例，而流動的方向取決于比例電磁鐵是否受到刺勵。常見的有二位四通和三位四通滑閥式。利用插裝式元件組成比例方向閥需要較多的元件，制造和控制都較為復雜。 3.4.1比例方向閥的結構及控制特點 1.比例方向閥的結構特點 由于電液比例方向閥是在開關型換向閥和電液伺服閥的基礎上發展起來的，他們之間有很多異同點。 - 比例閥閥芯與閥套的徑向間隙約為3-4μm，與普通換向閥相當，而伺服閥的配合間隙約為0.5μm左右。因此抗污染能力比伺服閥強的多。
- 為了減小中位泄露，比例閥的閥芯通常具有一定的搭接量。搭接量一般為額定控制電流的10%~15%。這使比例閥有較大的死區，雖然死區達10%以上，但可在電子放大器中進行補償，使死區最大限度的減小。
- 比例方向閥的閥芯形狀是經特別加工和修整的，以適應同時對進、出口實行準確節流。一般方向閥閥芯臺肩是直角形的，而比例方向閥的閥芯則開有多至8個節流槽，節流槽口得幾何形狀為三角形，矩形，圓形或他們的組合。這些節流口有時稱為控制槽，在圓周上均勻分布，且左右對稱或成某一比例。通常比例系數為1/2。用來適應控制對稱執行器或非對稱執行器的需要。
2.比例方向閥的閥芯運動控制特點 一般的方向閥開啟過程總是先通過死區，然后全開，直至本質上消除節流作用為止。而比例方向閥通過死區后進入節流階段，而且節流槽的軸向長度永遠大于閥芯行程。這樣做可以使控制口總具有節流功能。而伺服閥閥芯與閥套的配合通常無死區，零位附近是伺服系統（特別是位置伺服系統）的主要工作點，因此，伺服閥的工作行程較小。從上面閥芯運動控制分析中可知：比例方向閥的閥口壓降比伺服閥約低一個數量級，約為2.5~8bar，但比電液換向閥的較高。比例電磁鐵的控制功率約為伺服閥的10倍以上，比電液換向閥的略高或相當。 現代電液比例方向閥中引入了各種內部反饋控制和采用零搭接，因此在滯環、重復精度、分辨率及線性等方面的性能與電液伺服閥幾乎相當，但在動態響應方面還比性能高的伺服閥稍差。 3.比例方向閥的中位機能及應用場合 三位四通比例方向閥也像電液換向閥那樣，具有不同的中位機能，以適應控制系統的特別要求。各種中位機能的獲得，是通過保持閥套的沉割槽和閥芯的臺肩長度不變，只改變節流口得軸向長度來實現。如圖3-27所示為幾種控制槽與閥套配合的情況。通過不同的配合可以得到不同的閥機能。圖中上部為職能符號，下部為結構簡圖。 圖3-27a所示為左右對稱的O型中閉閥芯與閥套配合的情況。如前所述，為減小泄露和簡化制造工藝，閥芯與閥套有約10%~15%的搭接量。在圓周上對稱開有若干個三角槽，在兩個方向上節流面積相等。節流槽的數量根據應用需要而定。這種閥主要用于對稱執行器。從P到A或從P到B的壓降基本一樣，能對對稱的液壓缸或油馬達提供良好的控制。 圖3-27b所示為對稱的P型中位節流型閥芯。在中位時，它能使P到A和B油口提供節流路徑。T油孔堵死。中位的節流是靠閥芯臺肩上的矩形節流槽與閥套形成一個不大的開口量而獲得的，允許約3%的額定流過。這種閥主要用于控制液壓馬達，在中位時向馬達提供必要的補油。因為液壓馬達在突然停止時會出現泄露或抽空現象。提供補油后，馬達的停止和啟動都會變得平穩。
圖3-27c為對稱的YX型中位節流型閥芯。這種閥芯處于中位時P油口封團，A和B與T油口經節流孔相通。中位時，矩形節流槽的開口量可通過的流量也是約為額定流量的3%左右。這種閥主要用于面積比接近1:1的單出活塞缸。它可以消除中位時由于閥芯的泄露而引起的活塞緩慢外伸現象，也可以防止有桿腔的液壓力放大作用。在單出桿缸用于超越負載的場合，或某次平衡回路、液控單向閥回路的場合，有時就必須采用這種閥芯形式。 圖3-27d為O3中閉型閥，這是因為閥芯右側臺肩的外側沒有節流開口的緣故。因此左移時B油口與T油口互不相通。圖3-27e為YX型中位節流型閥芯，中位時P口封閉，A和B與T口節流相通有一矩形槽橫跨在B與T口上。閥芯左移時B與T口互不相通，這兩種閥芯主要用于差動連接回路。 此外，還有多種有實用價值的中位機能。表3-1給出了對稱閥芯及不對稱閥芯的中位機能、流通狀態及應用場合。可供設計時選擇使用。 從本質上說，由于電液比例方向閥的閥芯可以定位在任何一位置上，即位置是無級可調的，它就再不局限于3位閥了。其實，他可以作成四位或五位四通的型式。例如一個四位置的閥中有四個功能位置，如圖3-28所示。設兩電磁鐵電流為零時中位是位置2，電磁鐵a的指令信號從零增加至控制電流的40%時定位在位置3上，100%控制電流時定位在位置4上。而當電磁鐵b的指令信號從0至100%增長時，閥芯主檢定位在閥位1的位置上。可見，合理的利用比例閥的多工作位置特點，并與適當的點控制器配合使用，僅用一個比例方向閥就可以實現加速、減速、平衡、差動、快速及慢速等多種功能，可大大簡化液壓控制系統。 4.不對稱閥芯 由于比例方向閥能對進口和出口同時進行節流控制，當用于控制不同的執行機構時會出現一些新問題。例如，對稱的閥芯，即左右兩邊節流面積相同的閥芯，應用于控制對稱執行器時不會產生大的問題。但當應用于單出桿液壓缸等非對稱執行器時情況就不一樣。 設差動液壓缸的兩側有效面積比為2比1.如果進口和出口兩側的節流面積相等時，所得的閥壓力降便為1：4. 參看圖3-29。因為 由上式得 式中各符號的意義見圖3-29所示 由上式可見，當有桿腔的二作背壓大于供油壓的1/4時，就會因為系統無法對進油強提供足夠的壓差而出現抽空現象。因此產生氣穴使系統控制性能大大破壞，甚至不能工作。 適合的設計不對稱開口的閥芯，可以滿足不同流量的要求。各種現有產品中多有不對稱閥芯供選擇，來適應不同面積比的液壓缸的控制要求。 3.4.2直動式比例方向閥 直動式比例方向閥由比例電磁鐵直接推動閥芯左右移動來工作。其中二位四通和三位四通兩種最常見。前者只有一只比例電磁鐵，由復位彈簧定位。后者有兩只比例電磁鐵，由兩個對中彈簧定位。復位彈簧或對中彈簧同時也是電磁力位-移轉換元件。由于電磁力的限制，直動式的比例方向閥只能用在流量較低的場合，比例方向閥也可分為帶閥芯位置反饋和不帶位置反饋兩種。 不帶閥芯位置反饋的直動式比例方向閥的基本結構與前面介紹的三通比例減壓閥十分相似，僅閥芯內部結構不同。圖3-13所示的三通減壓閥是采用三件組合式閥芯，而比例方向閥采用的是開有節流槽的整體式閥芯。當任一只電磁鐵通電后，電磁力直接作用在閥芯上，并與對中彈簧力平衡而定位在與信號成正比的位置上，對于三位閥，兩個電磁鐵同時通電是禁止狀態。而兩個電磁鐵同時失電時，在對中彈簧的作用下處于中位，當左面的電磁鐵收到信號時，信號使閥芯右移，其位移量比例于輸入信號。這時允許油液從P孔流向B孔和A孔流向T孔。如果節流口前后壓差保持不變，則通過的流量僅與輸入信號有關，如果另一側的比例電磁鐵通電，油孔導通的情況正好交換導通。 帶閥芯位置反饋的直動式比例方向閥與不帶閥芯位置反饋的差別僅在于使用的比例電磁鐵不完全相同。不帶位置反饋的比例方向閥使用的是力控制形比例電磁鐵，而帶位置反饋的其中有一只使用的是行程控制比例電磁鐵，如圖3-30所示。位移傳感器1是一個直線型的差動變壓器，它的動鐵心與電磁鐵的銜鐵機械固連。能在閥芯的兩個移動方向上移動約±3mm。其工作過程如下：當電磁鐵受激勵，閥芯移動相應的距離，同時也帶動了位移傳感器的鐵心離開平衡位置。于是，傳感器感應出一個位置信號，并反饋到比例放大器。輸入信號與實際值比較，并產生一個差值控制信號，糾正任何實際輸出值對給定值的偏差，最后得到準確的位置。由于有閥芯位置反饋，它的控制精度較無位置反饋的要高。為了確保安全，用于這種閥的比例放大器應有內置的安全措施，使一旦斷開反饋時，閥芯將自動返回中位。 由于該閥也是一種直動式控制閥。因此，只能用于中等流量及以下的場合。在超過此流量的場合，由于過大的液動力將使閥無法開啟或不能完全開啟。雖然，位置傳感器給出反饋信號。力圖使閥開得更大。但因電磁鐵已耗盡所有的電磁力，所以閥芯將無法開啟到給定的位置上。 3.4.3先導式比例方向閥 先導式比例方向閥主要用于大流量的場合。較常用的是二級閥，也有三級的，三級式的閥主要用于特大流量的場合。先導級通常是一個小型的直動式三通比例減壓閥，或其他類型的壓力控制閥，例如噴嘴擋板閥。它的工作原理是電信號經先導級轉換放大后，變成液壓功率驅動主閥級工作。液壓推力等于控制壓力與閥芯端面積和乘積，它足以克服主閥芯上液動力的干擾。這就是為什么先導控制的比例方向閥能處理較大的流量的原因。 先導式的比例方向閥有兩類。第一類是從伺服閥的簡化基礎上發展起來的。它與伺服閥相類似，級間可能有各種各樣的反饋聯系，動態和靜態性能都較優。這類閥有時又稱為廉價伺服閥。但它的制造工藝較復雜，要求高，通用性差，比較不常見。另一類是從電液換向閥的基礎上發展起來的。這類閥沒有級間的反饋聯系，優點是裝配精度和制造要求較低，通用性好，調節方便。是常見的比例方向閥。下面只對這一類閥加以介紹。 前面討論過的雙向比例三通減壓閥，它的主要用途是作為比例方向閥的先導閥。它與一個液動式比例方向閥疊加在一起就構成一個先導式電液比例方向閥（圖3-31）。無信號狀態時，主閥芯11由一偏置的推拉彈簧1保持在中位上，也有些閥是用兩個對稱布置在閥芯兩端的壓力彈簧對中的。顯然用一個偏置彈簧對中的優點是避免了兩個彈簧對中時，由于彈簧參數不盡相同或發生變化而引起閥芯偏離中位的可能性。主閥控制腔10有壓力時，閥芯在左移壓縮彈簧，相反，彈簧腔有壓力時，閥芯右移把彈簧拉緊在閥體上。 只有當閥兩端的主閥控制腔中的壓力升高到足以推動閥芯移動到節流位置時，方向閥才開啟。移動的方向決定于哪一只電磁鐵受到激勵，移動距離則決定于激勵信號，即輸入電流的大小。設電磁鐵B接受到控制信號，于是導閥芯6右移，使腔11壓力升高。同時，主閥便向左移動，直到移動到設定位置為止。在開啟過程中，節流槽逐漸增大，使控制流量從P到A和從B到T是漸增的。 調整輸入信號的水平，可使主閥芯定位在不同的預定位置上。閥芯上的三角形節流槽會形成不同的節流面積。因此，預調閥的輸入信號水平，就可以按需要設定執行器的速度。 借助于放大器的幫助，可以使閥芯的運動受時間控制，實現機構的平滑啟動和停止。例如，設信號從零增加到100%或相反，閥芯的響應時間可以通過放大器從0至5s內可調。 由以上討論，綜述比例方向閥的控制特點如下： - 比例方向閥提供兩個方向上同時節流；
- 閥芯的最終設定位置由輸入信號的水平確定；
- 閥芯移動的響應速度直接與執行機器的加速度或減速度成比例。它可以借助比例放大器中的斜坡信號發生電路來調整。
3.5電液比例復合閥 從廣義上說，把兩種以上不同的液壓功能復合在一個 上所構成的液壓元件可稱為復合閥。若其中至少有一種功能可以實現電液比例控制，這樣的閥稱作電液比例復合閥。因此比例復合閥具有多種控制功能。 從上面的定義看，最簡單的比例復合閥是比例方向閥。它復合了方向與流量控制兩種功能。如果進一步把比例方向閥與定差溢流閥或定差減壓閥組合就構成了傳統的比例復合閥。且參與復合的比例方向閥的聯數可以不只一聯。 3.5.1壓力補償型比例復合閥 把一個以上的比例方向閥與定差減壓閥串聯（圖3-35a）就稱為定差減壓型比例復合閥。從原理圖中可以看出，它具有雙向比例調速功能加換向功能。 比例方向閥與定差溢流閥并聯（圖3-35b）就構成定差溢流型比例復合閥。從原理上看，它除了具有減壓型復合閥的功能外，還有壓力跟隨負載變化的作用，因此，這類閥使用時不需要用溢流閥。而減壓型的則要用溢流閥來穩定系統的進油壓力。如果把圖3-35b所示的復合閥用于驅動兩個液壓執行器，可以看出，當兩個主閥都處于中位時，溢流閥的遙控口經主閥連通油箱，系統處于卸荷狀態。當某一主閥工作時，定差溢流閥又能使閥口前后壓差基本恒定。從而活塞速度不受負載變化的影響。顯然這種閥不能使兩個執行器同時工作，除非它們的負載完全一樣。 比例復合閥是多個液壓元件的集成回路。具有結構緊湊，使用維護簡單，可用于對執行器的速度控制，位置控制的連續有規律的調節場合。 3.5.2比例壓力/流量復合閥 電液比例壓力/流量復合閥有時被稱為比例功率調節閥。它是由先導式比例溢流閥與比例節流閥組成的一個復合閥。比例溢流閥的主閥同時再復合閥中兼作三通壓力補償器，為比例節流閥進行壓力補償，從而獲得較穩定的流量。閥的詳細符號圖3-36a所示。由圖可見，比例節流閥1的前后壓差由三通壓力補償器2保持恒定。因而，通過節流閥的流量僅取決于節流閥的開口面積，亦即通入比例電磁鐵的信號電流。三通壓力補償器同時又是先導式比例溢流閥的主閥芯級。當負載壓力達到溢流閥3的調定壓力時，閥芯2開啟，保持進口壓力不變。有些帶有限壓閥以確保系統安全，帶有限壓閥的符號如圖3-36b所示。閥的工作特性曲線如圖3-36c所示，可見無論是流量調節偏差還是壓力調節偏差都較小。這種閥被廣泛用于注塑機液壓系統，作為主要的調速、調壓元件。 上一節中，曾介紹了由直動式比例溢流閥、壓力補償器、三位四通比例方向閥以及油路塊組成的復合閥。它們的共同特點是均可進行壓力與流量的調節控制，差異點是前者還可以對一路以上的執行器進行方向控制。都是利用壓力補償原理對節流閥或方向閥節流口進行壓力補償，使它們變為精度更高的流量調節器。圖3-37所示的結構圖。由于比例節流閥帶位置傳感器，使節流口的面積可以得到更準確的控制。
完整的Word格式文檔51黑下載地址：
電液比例閥.doc
(1.35 MB, 下載次數: 22)
2018-11-21 20:18 上傳
點擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5
| 
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
