第五章-电液比例控制基本回路

1第五章电液比例控制基本回路5．1电液比例压力控制回路5．2电液比例速度控制回路5．3电液比例方向及速度控制回路5．4其它比例方向阀控制的实用回路5.5典型基本回路实例25．1电液比例压力控制回路压力控制回路是任何一台液压设备必不可少的基本回路。它的基本功能有两个：一是在正常工况下向系统提供合适的压力，以满足液压执行器对力或力矩方面的要求；二是在异常工况下能提供压力保护，即系统卸荷或在安全压力下溢流。电液比例压力控制可以实现无级调压。换句话说，几乎可以实现任意形状的压力—时间(行程)曲线，使升压、降压过程平稳且迅速。比例压力控制提高了系统的性能，同时又使系统大大简化。其缺点是电气控制技术较复杂，成本也较高。35.1.1比例溢流调压回路1．采用直动式比例溢流阀在比例调压回路中，最常见的是采用比例溢流阀来进行调压。它可以通过改变输入比例电磁铁的电流，在额定值内任意设定系统压力，适用于多级调压系统。4图5-1采用直动式比例溢流阀的调压回路1—安全阀2—直动式比例溢流阀3—先导式溢流阀5上图为采用直动式比例溢流阀的调压回路。为了保证安全，比例溢流阀调压回路通常都要加入限压的安全阀。图a所示为直动式比例溢流阀加安全阀方案，适用于流量小的情况。大流量时采用图b所示的方案，它由普通先导溢流阀加一个小型直动式比例溢流阀构成。这种回路中，直动式比例溢流阀作远程调压，主溢流阀除作主溢流外还作为系统的安全阀使用。62．采用先导式比例溢流阀图5-2采用先导式比例溢流阀的调压回路1—先导式比例溢流阀2—安全阀3—带限压阀的比例溢流阀7上图所示的两种方案中采用了先导式比例溢流阀，与上图中的方案二具有相同的功能。比例溢流阀在电流为零时可以使系统卸荷。但为预防过大的故障电流输入而引起过高的压力对系统造成伤害，设置安全阀是必要的。由这些基本回路可见，采用先导式比例压力阀对回路调压有两种方式：一种是利用小型直动式比例压力阀对普通压力阀进行控制。这种方式中，都是将比例阀作为先导级，与先导式溢流阀、减压阀或顺序阀的遥控口通过管道相连接。8这种方式的优点是，只要采用一个小型的直动式比例溢流阀就可以对系统或支路上的压力作比例控制或者远距离控制。但是由于增加了连接管道，使控制容积增加，而且还受主阀的性能限制，因此控制性能一般不如后者。另一种方案是采用专门设计和制造的先导式比例压力阀，虽然其主阀结构基本相同，由于经设计时仔细考虑，性能参数被优化，它的控制性能得到提高。所以，在控制性能要求较高的场合适宜采用后者。93．比例容积式调压回路比例容积式调压回路是指采用比例压力调节变量泵来对回路进行压力控制的回路。如下图示它是一种恒压变量泵。在负载压力未达到设定压力时泵以最大流量供油，这时供油压力追随负载变化。在工作压入达到设定压力时，供油压力与负载无关，流量适应负载要求。因此系统的设定压力即变量泵的截流压力。它由进入比例溢流阀的控制电流的大小来设定。10图5-3比例容积式调压回路11由上面的分析可见，采用比例压力变量泵的调压原理可以被称作容积调压原理，它与溢流调压原理不同。溢流调压是在压力过高时排走多余的流量，避免流量在控制容腔内的继续积累而引起压力升高。容积调压则在压力过高时，利用压力升高信息作为流量多余的反映，并以此来控制输出流量减小，使输出压力稳定在控制水平。电液比例调压回路的主要应用有:1)多级压力控制；2)系统卸荷；3)力控制系统。125.1.2比例减压回路在单泵供油的液压系统中，当某个支路所需的工作压力低于溢流阀的设定值，或要求支路有可调的稳定的低压力时，就要采用减压阀组成减压回路。下图所示为采用比例减压阀的基本回路。图c中采用单向减压阀。液压泵同时向缸Ⅰ和Ⅱ供油。缸Ⅱ下行时通过单向减压阀可获得低于系统压力的多种低压值。而回程时缸Ⅱ上腔的回油经单向阀回油箱，不受减压阀阻碍。二通减压阀在控制压力上升时是足够快的。但是，用它控制压力下降时，由于结构上使二次压力油回油须经细小的通道，所以很慢。采用三通减压阀可以克服这个缺点。13图5-4比例减压基本回路1—二通比例减压阀2—三通比例减压阀3—单向比例减压阀在二次压力过高时，它可以经三通减压阀的另一主通道直接回油箱。三通比例减压阀控制压力上升或下降时间基本相同，可用于活塞双向运动时保持恒压持制，如图b所示。145．2电液比例速度控制回路要对液压执行器实行速度控制，即调速可以采用两种方法，这就是改变进入执行器的流量，或改变执行器的排量。对液压缸是改变它的有效工作面积。电液比例速度调节，根据上述原理有三种常用的方式：1．比例节流调速；2．比例容积调速；3．比例容积节流流调速。151．比例节流调速采用定量泵供油，利用比例节流阀、比例调速阀、比例方向阀等作为节流元件。通过改变节流口的通流面积和控制节流口前后压差的方法，实现改变进入执行器的流量来调速。根据节流元件在回路中的位置又分为四种形式：进口节流、出口节流、旁路节流和联合节流(进出口同时节流)。其优点是结构简单。控制精度高。但由于节流损失引起发热等，它只适用于功率较小的场合。162．比例容积调速采用比例排量调节变量泵与定量执行器，或定量泵与比例排量调节马达等的组合来实现。通过改变泵或马达的排量实现调速。优点是效率高，但控制精度不如节流调速，适用于大功率系统。3．比例容积节流流调速采用比例流量调节型变量泵，通过改变泵内置的比例节流阀的开口面积和压力补偿原理，使泵的供油层自动地与负载的要求相适应。控制精度与节流调速相当，大功率情况下，节流损失不容忽视。175.2.1比例节流调速及其压力补偿回路利用一个比例节流阀或比例调速阀可以对单个执行器进行多速控制或对多个执行器分别进行速度控制。在后者中，一般每次只对其中一个执行器进行控制。它也可以有进口、出口或傍路节流之分，连接方法也与相应的回路完全相同。比例节流阀也必须与溢流阀联合使用，即保持比例节流口的进口压力为恒定的条件下，才能实现对流量的精确控制。下图所示为进口节流调速回路。它利用一只比例节流阀对两个执行器的前进后退速度分别进行控制。18进口节流回路带压力补偿的回路图5-5比例节流调速回路19使用单通道(带压力补偿)使用双通道图5-6比例方向阀作比例节流阀的调速回路由于比例方向阀兼有比例节流功能，所以，两位四通比例方向阀常用作比例节流阀使用。使用时可以只利用其中一个通道，也可同时使用两个通道，这时道流能力加倍,如右图。205.2.2比例容积调速回路1．比例排量调节型变量泵的调速回路比例排量泵调速回路属于容积调速回路，其应用基本回路如下图所示。它是通过改变泵的排量来改变进入液压执行器的流量，从而达到调速的目的。因没有节流损失，所以效率高。适用于大功宰和频繁改变速度的应用。不存在截流压力，故应该设置安全阀。21图5-7比例容积调速回路222．比例流量调节型变量泵的调速回路下图是比例流量调节型变量泵的调速回路。它属于容积节流型的调速回路。由于有内部的负载压力补偿，它的输出流量与负载无关，是一种稳流量泵，具有很高的稳流精度。应用本泵可以方便地用电信号控制系统各工况所需流量，并同时做到泵压力与负载压力相适应。称为负荷感应控制。图a为不带压力控制的比例流量调节，由于该泵不会回到零流量处，系统必须设置足够大的溢流阀，使在不需要流量时能以合理的压力排走所有的流量。图b是一种带有压力调节的比例流量调节。通过手动压力调节阀3可以调定泵的截流压力。当压力达到调定值时，泵便自动减小排出流量，维持输出压力近似不变，直至截流。但有时为了避免变量活塞的频繁移动，上述的溢流阀仍是必要的。23单向调速带压力调节的双向调速图5-8比例流量调节型变量泵的调速回路1—溢流阀2—内置限压阀3—节流压力调节阀4—内置限压阀245．3电液比例方向及速度控制回路电液比例方向阀具有方向控制及比例节流的功能，用于控制负载的运动方向和速度。使用比例方向阀的回路，可省去节流调速元件，能迅速、准确地实现工作循环，避免压力尖峰及满足切换性能的要求，延长元件和机器的使用寿命。常见的比例方向阀有二位四通和三位四通两种。比例方向阀由于是进、出口同时节流控制，由此带来种种新问题。这正是本节中要详细研究讨论的。比例方阀的两条通道的开口面积可以从零到最大变化，这仅取决于控制电流。但两通道的开口面积比可能是1：1(对称阀芯)，也可能是2：1(非对称阀芯)。这样做是为了适应不对称的液压缸的要求而设的。25单杆液压缸在同一速度下，进、出两腔的流量互不相同。三位四通阀的中位机能，即无信号状态下自然位置上各油口的连通情况也有多种形式。它们对回路的性能也有十分重要的影响。以上这些，其中特别是它的进、出口同时节流功能给比例方向调速回路带来很多与普通换向阀回路不同的特性。有些情况。在使用普通换向阀是可行的，但使用同样中位机能的比例方向阀就会出问题。最明显不同的地方是在比例控制中，执行器两工作腔的面积比必须与控制阀的开口面积比相适应。通常，对称执行器与对称阀芯配用，2：1执行器与2：1阀芯连用。265.3.1对称执行器的比例方向控制回路这里的对称执行器包括液压马达，面积相等的双出杆液压缸，以及面积比接近1：1的单杆液压缸。这类执行器可由对称开口的中闭型(0型)和加压型(P型)以及泄放型(Y型)的比例方向阀来进行控制。下面分别介绍它们的工作原理和特性。1．封闭（O）型比例方向阀换向回路这种回路的特点是阀处于中位时，执行器的进出油口全封闭，活塞或马达被锁定。但当惯性负载较大，阀芯转换较快时会产生一些不良的现象，例如引起某腔的压力过分升高，或另一腔的压力过分降低、出现抽空或空穴。27两种现象都会使运动不稳定。因此使用这种回路时应注意运动减速时的高压保护，以及防止空穴产生的措施。另一方面，当负载灾然减小，或负载因节流而获得一个减速度。都会使出油侧节流口压差Δp2大大增加，这样可使Δp1＜Δp2(见下图a)，因而液压的左腔将产生抽空或空穴，使系统的运动速度不受控制。可见在大惯性负载时采取适当措施是必要的。图b是一种较好的设计方案。执行器可以是液压马达或对称液压缸。溢流阀l用于吸收压力冲击。其调整压力应大于最高工作压力。两个补油单向阀2用于出现真空时补油。它的开启压力应在0.05MPa左右。如果这个油马达回路只是整个液压系统的一部分，那么其它部分的回油可与补油单向阀的进油口相连，并加上调整压力为0.3MPa左右的背压阀，这样可使防真空保护更为理想。28图5-9封闭（O）型比例方向阀换向回路1—溢流阀2—补油单向阀3—背压阀29图5-10加压（P）型比例方向阀换向回路2．加压（P）型比例方向阀换向回路P型比例方向阀在中位时，两个出油口与进油口是几乎关闭的，只允许小流量通过，并对两腔加压。而回油口是完全关闭的。这种回路的优点是中位时能提供小量的油流，补偿执行器的泄漏，可减少空穴出现对机器的损坏。30对双杆液压缸和马达，这一小流量足以补偿泄漏，以及小惯性下防止真空出现；对大惯量系统，为防止出现空穴，可在执行器两端跨接两个限压溢流阀。如上图所示。应当指出，这种跨接式溢流阀只适用于对称执行器。对差动缸，产生的流量与需要补充的流量不相等。当液压缸外伸行程时，有杆腔的流量可能会经跨接溢流阀向无杆腔泄油，但却不足以防止真空或空穴出现。因此，P型阀几乎不能用于差动缸，而且当阀位于中位时，还有可能使液压缸产生缓慢的移动。此外，当选用的液压马达的泄漏不是直接外排，而是从内部排向低压腔时，就应注意使用。因P型阀中性时是两边加压，此压力有可能导至马达密封损坏。315.3.2非对称执行器的比例方向控制回路这里的非对称执行器指面积比为2：1或接近2：1的单出杆液压缸。它主要由开口面积比为2：1的泄放型(Y型)的比例方向阀来控制，如下图a所示。Y型阀处在中位(自然位置)时，供油口封闭，而两工作油口通过节流小孔与油箱相连。由此，阀处在中位时，不会在两腔建立起高压。通常，普通的Y型方向阀在中位时，其控制的液压缸是可以浮动的。但对Y型比例方向阀却无