比例电磁铁

SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7电液比例控制阀电液比例控制阀（简称比例阀）实质上是一种廉价的、抗污染性较好的电液控制阀。与电液伺服阀相似，控制比例阀的比例放大器也是具有深度电流负反馈的电子控制放大器，其输出电流和输入电压成正比。比例放大器构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一些，如比例放大器一般均带有颤振信号发生器，还有零区电流跳跃（比例方向阀）等功能。比例阀结构主要有电-机械转换器（比例电磁铁）和阀两部分。多数比例阀是开环控制的，但也有闭环控制的。比例阀的发展经历两条途径，一是用比例电磁铁取代传统液压阀的手调输入机构，在传统液压阀的基础上发展起来的各种比例方向、压力和流量阀。另一途径是一些原电液伺服阀生产厂家在电液伺服阀的基础上，降低设计制造精度后发展起来的。前者是比例阀发展的主流。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动图4-90比例电磁铁结构与特性a）结构图b）特性曲线Ⅰ—吸合区Ⅱ—工作行程区Ⅲ—空行程区比例电磁铁是在传统湿式直流阀用开关电磁铁基础上发展起来。目前所应用的大多数比例电磁铁具有图4-90a所示的盆式结构。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动图4-91带位移反馈比例电磁铁由于磁路结构的特点，使之具有如图4-90b所示的几乎水平的电磁力-行程特性，这有助于阀的稳定性。图4-90所示的电磁铁的输出是电磁推力，故称为力输出型，还有一种带位移反馈的位置输出型比例电磁铁，见图4-91。后者由于有衔铁位移的电反馈闭环，因此当输入控制电信号一定时，不管与负载相匹配的比例电磁铁输出电磁力如何变化，其输出位移仍保持不变。所以它能抑制摩擦力等扰动影响，使之具有极为优良的稳态控制精度和抗干扰特性。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.1比例压力阀1.直动式比例压力阀用比例电磁铁取代压力阀的手调弹簧力控制机构便可得到比例压力阀，如图4-92所示。图4-92a所示的比例压力阀采用普通力输出型比例电磁铁1，其衔铁可直接作用于锥阀4。图4-92直动式比例压力阀a）普通比例电磁铁控制b）带位移反馈比例电磁铁控制1—比例电磁铁2—推杆3—弹簧4—锥阀图4-92b所示的则为位移反馈型比例电磁铁，必须借助弹簧转换为力后才能作用于锥阀4进行压力控制。后者由于有位移反馈闭环控制，可抑制电磁铁内的摩擦等扰动，因而控制精度显著高于前者，当然复杂性和价格也随之增加。这两种比例压力阀：可用作小流量时的直动式溢流阀，也可取代先导式溢流阀和先导式减压阀中的先导阀，组成先导式比例溢流阀和先导式比例减压阀。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动2.先导式比例压力阀图4-93为两个应用输出压力直接检测反馈和在先导级与主级级间动压反馈的比例压力阀。两种阀的先导阀心4均为有直径差的二级同心滑阀，大、小端面积差与压力反馈推杆5面积相等，稳态时动态阻尼液阻R3两侧液压力相等，先导阀心大端受压面积（大端面积减去反馈推杆面积）和小端受压面积相等，因而先导阀心两端静压平衡。图4-93先导式比例压力阀a）溢流阀b）减压阀1—比例电磁铁2—主阀心3—固定节流孔4—先导阀心5—压力反馈推杆6—固定节流孔传统先导式压力阀的先导阀控制的是主阀上腔压力，先导阀输入的弹簧力和主阀上腔压力相平衡，因而流量变化引起主阀液动力的变化以及减压阀进口压力pB变化时会产生调压偏差。而图4-93所示的先导压力阀，若忽略先导阀液动力、阀心质量和摩擦力等影响，其输入电磁力主要与输出压力pA作用在反馈推杆上的力相平衡，因而形成反馈闭环控制，当流量和减压阀的进口压力变化时控制输出压力pA均能保持恒定。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.2比例流量阀比例流量阀包括：比例节流阀比例调速阀比例旁通型调速阀等。也有直动式和先导式之分。本节仅介绍比例调速阀。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动图4-94传统型比例调速阀a)结构b)图形符号c)等流量特性1—阀体2—比例电磁铁3—节流阀心4—定差减压阀心5—动态阻尼液阻图4-94a为传统型比例调速阀结构，由位置输出型比例电磁铁2驱动节流阀心3产生位移，节流阀心上的圆孔与阀套沉割槽构成节流阀口（常闭）；定差减压阀心4上的沉割槽与阀套上的圆孔构成定差减压阀口（常开），定差减压阀心底端面经动态阻尼液阻5与阀进口A相通，B为阀的出口。其等流量特性曲线如图4-94c所示。1.传统型比例调速阀SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动２.内含流量-力反馈的比例流量阀图4-95a为内含流量-力反馈的比例流量阀。其工作原理是：阀的A口与泵及溢流阀组成的恒压油源相连接，B口则与执行元件连接。当比例电磁铁1中无电流，先导阀2节流口a、流量传感器3阀口、主调节器4节流阀口均关闭。当比例电磁铁通电时，先导阀阀口a开启，先导控制油从A口经液阻R1、R2、先导阀口a进入流量传感器底面，克服弹簧6和5的力使流量传感器开启。图4-95内含流量-力反馈的比例流量阀a)结构b)等流量特性1—比例电磁铁2—先导阀3—流量传感器4—主调节器5、6、7—复位弹簧当R1中有先导流量通过时，产生的压降使主调节器开启，主流量经过主调节器和流量传感后流向B口。由于流量传感器特殊设计的阀口的补偿作用，使通过其阀的流量与位移成线性关系。流量传感器位移z经反馈弹簧5作用于先导阀，形成流量—位移—力反馈的闭环控制。若忽略先导阀液动力、摩擦力和质量等影响，稳态时输入电磁力与反馈弹簧5的弹簧力相平衡，即控制电流与流量传感器的位移亦即通过阀的流量成正比。若进口A的压力或B口压力发生变化，由于阀的流量转换为流量传感器阀心位移经反馈弹簧5对先导阀的力反馈闭环控制作用，改变先导阀口大小，而先导阀与R1、R2组成的液阻网络对主调节器节流面积的自动调节作用，使流量保持恒定，即在上述扰动下阀的流量最终与比例电磁铁的电流成正比，改变电流即可改变输出流量大小。图4-95a中液阻R3和R4起阀心速度动压反馈作用，用于提高阀的稳定性，对稳态特性无影响。图4-95b所示的即为其等流量特性实验曲线。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动比较图4-94c和图4-95b两实验曲线可知，在流量较大时，内含流量-力反馈的比例流量阀的等流量特性比传统型比例调速阀有显著提高，这是两者控制原理上的差别所致。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.3比例方向阀比例方向阀也有直动式和先导式之分，并各有开环控制和阀心位移反馈闭环控制两大类。有的比例方向阀还用定差减压阀或定差溢流阀对其阀口进行压差补偿，构成比例方向流量阀。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.3比例方向阀图4-96所示为一先导式开环控制的比例方向（节流）阀，其先导阀及主阀均为四边滑阀。该阀的先导阀为一双向控制的直动式比例减压阀，其外供油口为X，回油口为Y。比例电磁铁未通电时，先导阀心4在左右两对中弹簧（图中未画出）作用下处于中位，四阀口均关闭。图4-96比例方向（节流）阀1、2—比例电磁铁3—先导阀体4—先导阀心5—固定液阻6—反馈活塞7—主阀体8—主阀心9—弹簧座10—主阀对中弹簧当某一比例电磁铁例如A通电时，先导阀心左移，使其两个凸肩的右边的阀口开启，先导压力油从X口经先导阀心的阀口和左固定液阻5作用在主阀心8左端面，压缩主阀对中弹簧10使主阀心右移，主阀口P-B及A-T开启，主阀心的右端面的油则经右固定液阻和先导阀心的阀口进入先导阀回油口Y；同时进入先导阀心的压力油，又经阀心的径向孔作用于阀心的轴向孔，而其油压则形成对减压阀控制压力的反馈。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动图4-96比例方向（节流）阀1、2—比例电磁铁3—先导阀体4—先导阀心5—固定液阻6—反馈活塞7—主阀体8—主阀心9—弹簧座10—主阀对中弹簧若忽略先导阀和主阀的液动力、摩擦力、阀心质量和弹簧力等的影响，先导减压阀的控制压力与电磁力成正比。进而又与主阀心位移成正比。比例方向阀的工作原理：通过改变输入比例电磁铁的电流来控制主阀心的位移。图中两固定液阻仅起动态阻尼作用，目的是提高阀的稳定性。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.4比例压力流量复合控制阀（PQ阀）PQ阀是将比例压力阀和比例流量阀复合在一起的控制阀，其结构原理如图4-97所示。图4-97比例压力流量复合控制阀结构原理1—比例压力先导阀2—比例流量阀3—手调压力先导阀4—比例压力主阀当作流量阀用时，先给比例压力先导阀1输入一个恒定的电信号，只要系统工作压力小于其设定压力，压力先导阀总是可靠地关闭着。比例流量阀阀口的恒定压差，由定差溢流阀来保证。这样，调节比例流量阀2的输入电信号便可得到与之成正比例的输出流量。当作压力阀用时，在给比例流量阀2输入一个保证它有一定阀口开度的电信号的条件下，改变比例压力先导阀的输入电信号，就可按比例地调节系统的工作压力。手调压力先导阀3与压力主阀4一起组成先导式溢流阀，作安全阀用，限制系统最高压力。因此，在采用PQ阀的系统中，可不必再设置大流量规格的溢流阀。PQ阀在塑料机械控制系统和试验设备中得到广泛应用。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动Part4.7.4比例阀的特点比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种控制阀，比例阀结构简单，制造精度要求和价格均比电液伺服阀低，抗污染性好，维护保养方便，虽动态快速性比电液伺服阀低，但在很多领域中已得到广泛的应用。比例阀和电液伺服阀的区别见表4-15。SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动表4-15比例阀和电液伺服阀的比较项目比例阀伺服阀阀的功能压力控制、流量控制、方向控制多为四通阀、同时控制方向和流量电位移转换器功率较大（约50W）的比例电磁铁，用来直接驱动阀心或压缩弹簧功率较小（约0.1~0.3W）的力矩马达,用来带动喷嘴-挡板或射流管放大器。其先导级的输出功率约为100W过滤精度（ISO4406）16/13~18/14由于是由普通阀发展起来的，没有特殊要求13/9~15/11为了保护滑阀或喷嘴-挡板精密通流截面，要求进口过滤线性度在低压降（0.8MPa）下工作，通过较大流量时，阀体内部的阻力对线性度有影响（饱和）在高压降（7MPa）下工作，阀体内部的阻力对线性度影响不大SchoolofMechanicalEngineering南京理工大学泰州科技学院第四章控制元件液压与气压传动项目比例阀伺服阀滞环约1%~7%约0.1%~1%遮盖20%一般精度，可以互换0极高精度，单件配作响应时间40~60ms5~10ms频率响应10~50Hz100~500Hz电子控制电子控制板与阀一起供应，比较简单电子电路针对应用场合专门设计，包括整个闭环电路应用领域执行元件开环或闭环控制执行元件闭环控制价格约为普通阀的3~6倍约为普通阀的10倍以上