比例阀选择-(含注释)

比例阀选择CopyrightEatonHydraulics2000SteveSkinner,EatonHydraulics,Havant,UK比例阀选择阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式BPTA20NABTTP进口节流和出口节流（对称）阀芯这是最常见的比例阀阀芯，这里，在给定开度情况下，所有阀口的过流面积都是相等的。对于对称液压执行元件（如液压马达），这种阀同时可实现进口节流和出口节流控制，对于非对称液压执行元件（如液压缸），根据运动方向，进口节流或出口节流控制中的一个将占主导地位。阀芯结构阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式BPTA28SABTTP出口节流阀芯出口节流阀芯只在A口至T口和B口至T口的流道上具有节流作用，而在P口至A口和P口至B口的流道上无节流作用（就像在普通换向阀中一样）。出口节流阀芯可用于液压缸和液压马达，常用于控制拉力负载。BPTA22AABTTP进口节流阀芯进口节流阀芯仅在KDG4V3S型比例阀上使用，其在P口至A口和P口至B口的流道上具有节流作用。BPTA20N10ABTTP非对称阀芯为了最优控制非对称液压执行元件，大多数比例方向阀都采用非对称阀芯结构，在这种情况下，P口至A口或P口至B口流道上的节流作用比P口至B口或B口至T口的要小，例如，若2:1的阀芯用于2:1的液压缸，则进口节流控制和出口节流控制的作用就相同。BPTA8bar2:1对称阀芯在图示简单举例中，可说明对称阀芯的优点。在该图示中，空载液压缸由比例阀和压力调节器来控制。BPTA8bar2:1P=8bar对称阀芯当液压缸活塞杆回缩时，压力调节器将使比例阀P口至B口之间的流道压降保持为8bar。BPTA8bar2:1P=32bar对称阀芯因A口至T口的流量为P口至B口流量的两倍（对于2:1的液压缸），所以A口至T口之间的压降将是P口至B口压降的4倍（如为32bar）。BPTA8bar2:1P=32bar32bar64bar72bar对称阀芯1)无杆腔背压为32bar，有杆腔的压力就应为64bar。2)因此，为使空载液压缸移动，P口最小压力应为72bar。BPTA8bar2:1P=8bar非对称阀芯2:1SPOOL若将比例阀阀芯变为非对称式（比例为2:1），P口至B口的压降则为8bar，其由压力调节器设定。BPTA8bar2:1P=8bar非对称阀芯2:1SPOOL不过，若2:1的阀芯控制2:1的液压缸，则A口至T口的压降也为8bar。BPTA8bar2:1P=8bar8bar16bar24bar非对称阀芯2:1SPOOL无杆腔的背压力为8bar，有杆腔的压力为16bar，P口的最小压力为24bar。使用非对称阀芯将会使P口最小压降从72bar降至为24bar。20NABTTP20N10ABTTP28SABTTP22AABTTP阀芯选择因此，选择阀芯节流特性是由执行元件类型和负载性质所决定的。BPTA2CBPTA33CBPTA5C阀芯中位机能对于大多数比例方向阀而言，也可以使用不同的中位机能。中位机能的正确选择主要取决于负载特性和系统中其它控制阀，例如，若比例阀用于防止执行元件运动，则中位机能应选择为O型（2C），但若使用电磁阀或先导式单向阀，则选用Y型（33C）中位机能更合适。额定流量阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式BPTA5barPl/minQR3l/min550l/minQR额定流量1)额定流量可以定义为阀口压降为5bar（最大开口度）时，比例阀所通过的流量。2)通过改变阀芯节流槽的大小、形状或数量，可获得不同的额定流量。3)目前，比例阀的额定流量范围为3~550l/min。A1V1Q1QR=?流量计算正确确定比例阀大小是非常重要的，若比例阀太小，则将不能保证执行元件的运动速度，若比例阀太大，则需要产生很小的阀口开度，这样就很难控制。A1A2FPSP1P2PT压力计算然而，因比例阀可以控制进入和流出液压执行元件的流量，所以，正确选择比例阀大小并不像选择普通换向阀那样简单。A1A2FPSP1P2PTP1.A1P2.A2P1.A1=P2.A2+F压力计算为了确定比例阀的阀口压降，有必要估算压力P1和P2，这可以通过液压缸活塞的力平衡方程...A1A2FPSP1P2PTQQ.A2A1PS–P1P2–PT=A2A12P1.A1=P2.A2+FPQ2压力计算...和阀口流量与压降之间的关系来完成。比例阀大小选择软件不过，最方便的办法就是使用计算机软件来完成计算过程。阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式PQ功率容量，比例阀，无反馈1)当选择比例阀的最佳流量时，也应考虑其功率容量，即为了防止液动力将阀口关闭，比例阀应具有将阀芯保持在期望位置的能力。2)对于无反馈的比例阀，当比例电磁铁通电时，就会产生电磁力，其将压缩弹簧推动阀芯。PQ功率容量，比例阀，无反馈1)然后，阀口开启，直至电磁力与弹簧力相平衡。2)在最大开度处，阀口流量将与阀口压降的平方根成正比。3)然而，随着液体流过比例阀，液动力也作用在阀芯上，以抵消电磁力。PQ功率容量，比例阀，无反馈1)液动力的影响将部分关闭阀口...2)...这会导致实测曲线与理论曲线不一致，且限制了比例阀的最大通流能力。PQ功率容量，比例阀，无反馈一旦达到了流量饱和，则曲线或者变为垂直，或者变为向后弯曲，这表明增加压降将会减小阀口流量大小。不过，垂直曲线表明阀口压降变化不会产生流量变化，即压力补偿影响。PQ功率容量，比例阀，无反馈因此，功率容量曲线决定了比例阀在最大输入信号下的工作范围，即比例阀不可能工作在阴影处。PQ功率容量，比例阀，带反馈带反馈的比例阀也有功率容量限制，但其通常比同种规格的无反馈比例阀的功率容量要高许多。PQ功率容量，比例阀，带反馈1)若液动力试图将阀口关闭，则反馈传感器的信号将指示阀芯要偏离期望位置，这样比例电磁铁电流就会自动增大。2)这使得阀芯将克服较大的液动力，从而允许比例阀可以通过较大的流量。PQ功率容量，比例阀，带反馈不过，液动力最终会变得很大，以克服电磁力，然后，阀芯向关闭阀口方向移动。PQ功率容量，比例阀，带反馈因此，对于带反馈的比例阀，其功率容量曲线要比同种规格的无反馈的比例阀大，即带反馈的比例阀可控流量范围更大。阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式开环和闭环控制电压电流流量速度斜坡加速度位置开环控制2)然而，执行元件负载或系统压力的变化可引起执行元件速度变化。通过使用功率放大器上的斜坡发生器来改变输出电流的变化速度，可以实现执行元件的加速度和减速度控制。3)对于开环系统，为了控制执行元件位置，可使用感测开关，以断开至功率放大器的输入信号电压（因而将执行元件速度选择为零）。不过，执行元件的定位精度将取决于许多因素（如负载惯性、比例阀响应快速性和执行元件运动速度等），任何超调都将被校正。1)在开环控制系统中，输入至功率放大器的电压可对比例阀产生相应的输出电流，从而调节流入或流出液压执行元件的流量，即控制液压执行元件的速度。电压电流压力力斜坡力变化速度开环控制采用比例溢流阀或比例减压阀可以实现压力的开环控制，在这种情况下，输入至功率放大器的电压可对比例阀产生相应的输出电流，因此可无级调节执行元件压力。使用功率放大器上的斜坡发生器可以控制压力上升或下降的速度。电压电流流量速度斜坡加速度闭环控制–速度电压+_电压速度PID闭环速度控制系统需要一个传感器，以给出与执行元件速度成比例的反馈信号。当误差信号为零（反馈信号等于输入信号）时，为了产生输出电流（和执行元件流量），功率放大器应为积分形式。闭环系统的速度控制精度（负载变化等）比开环系统要高许多。与开环控制一样，使用功率放大器上的斜坡发生器可以实现加速度和减速度控制。电压电流流量位置斜坡速度闭环控制–位置电压+_电压位置PID3)然而，在有些情况下，也可以使用功率放大器的积分和微分功能，以提高系统的控制性能。不过，这时需要较高水平的专业技术。在执行元件从一个位置运动到另一个位置期间，也可以使用功率放大器上的斜坡发生器来控制执行元件速度。1)闭环位置控制系统需要一个传感器，以给出与执行元件位置成比例的反馈信号。2)在大多数应用场合，功率放大器都将简单产生与位置误差（输入信号与反馈信号之差）成比例的输出电流，因此，闭环系统的定位精度比开环系统高许多。电压电流压力输出力斜坡输出力变化速度闭环控制–力电压+_输出力电压PID闭环力控制系统可以使用压力或力传感器，以提供反馈信号。如果采用比例方向阀来实现闭环力控制，那么，功率放大器将产生一个包含比例和积分项的输出。如前述，也可以使用功率放大器上的斜坡发生器来控制执行元件输出力的变化速度。阀响应阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式输入输出时间流量阶跃响应在高性能系统中，比例阀响应时间是很重要的因素，其可通过比例阀跟踪阶跃信号的响应来确定（在有些情况下，如图所示），即确定输出与输入相等所需的时间。输入流量时间100%90%T输出阶跃响应在另一些情况下，输出也许有振荡，即很难确定输出与输入相等的点，为避免这种不确定性，响应时间通常定义为输出达到稳态值的90%所需要的时间。100%50%75%25%流量（P口至A口）流量（P口至B口）输入输出时间频率响应有时，采用正弦波作为输入信号来考核比例阀响应性能。在约阀口最大开度的一半处，让阀芯作振荡运动，振幅为其阀口最大开度的±25%。在低频段，比例阀输出将能精确地跟随输入信号。100%50%75%25%流量（P口至A口）流量（P口至B口）时间输入输出A2A1L幅值比(dB)=20logA2A1()相角(º)=L360º频率响应1)但是，当输入信号频率增加时，输出信号的幅值将降低，且输出信号也将滞后输入信号。2)幅值比和相角可以定量说明上述两个影响。幅值比(dB)110100频率(Hz)相角(º)110100频率(Hz)4590135截止频率带宽-3频率响应1)在不同频率下测量出幅值比和相角，绘制出对数坐标图，即伯德图。2)输出下降-3dB（50%）的频率称之为带宽，截止频率是相角为90º的频率，带宽或截止频率常用来定义阀响应。线性度阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式输出流量QMAX输入信号线性度(%)=x100EQMAXE线性度在开环控制系统中，阀输入信号与输出流量之间具有的线性关系是很重要的，阀的线性度定量说明了这种关系。重复性阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式输出流量QMAX连续施加信号（同样的比例阀）信号重复性(%)=x100EQMAXE重复性重复性说明当对比例阀连续施加和消除同样信号时，比例阀产生给定输出的精确性。为确保设备工作的一致性，在开环控制系统中，重复性也是很重要的。再现性阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式输出流量QMAX连续施加信号（不同的比例阀）信号再现性(%)=x100EQMAXE再现性与重复性一样，再现性也是一种测量，但其与同样信号施加给不同的比例阀有关。滞环阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式输出流量QMAX输入信号滞环(%)=x100EIMAXEIMAX滞环滞环说明输入信号产生给定输出的差别，即增加输入信号与减小输入信号相比较。压力增益阀芯结构额定流量功率容量开环/闭环阀响应线性度重复性再现性滞环压力增益遮盖形式