常用电液比例阀ppt课件.ppt
工程机械液压元件及系统,(Hydraulic Component & System of Engineering Machine),第二节 常用电液比例阀,第三章 工程机械用阀,电液比例压力阀电液比例方向阀电液比例流量阀,普通液压阀属开关式定值控制阀。由它们组成的系统属传统的开关阀液压系统，大多采用机械式手动可调节手柄和普通的通断电磁铁、压力继电器、行程开关来实现对液体压力、流量和方向的控制。运动部件的加速或减速过程一般是通过机械凸轮曲线来实现。 电液比例阀能按输入的电信号连续地、按比例地控制液压系统的压力、流量和方向。,比例阀控制系统实质上是一种模拟式开关控制系统，使用各种比例阀和相配套的电子放大器，根据给定的模拟电信号，按比例地对液体的压力、流量和方向进行有效的连续的控制。 根据一个输入电压值的大小，通过电子放大器，将输入电压信号（一般010V之间）转换成相应的电流信号，如1mV=1mA。这个电流信号作为输入量被送入电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量力或位移。 该力或位移又作为输入量加给比例阀，使比例阀产生一个与输入量成正比例的流量或压力。,开环控制原理框图,闭环控制原理框图,性能对照表,项目类别 电液伺服阀 电液比例阀 早期电液阀 开关阀介质过滤精度 310 25 25 25阀内压降MPa 721 0.52 0.250.5 0.255滞环 13 13 47 无重复精度 0.5 0.5 1 0.1%频宽-3dbHz 20200 130 15 5线圈功率W 0.055 1024 1030中位死区 无 有 有 有价格因子 3 1 1 0.5,1.电液比例压力阀,比例压力阀用来实现压力控制，压力的升降随时可以通过电信号加以改变。 工作系统的压力可根据生产过程的需要，通过电信号的设定值来加以变化，这种控制方式常称为负载适应控制。 根据在液压系统中的作用不同，可分为比例溢流阀，比例减压阀和比例顺序阀。根据控制的功率大小不同，可分为直动式和先导式两种，根据是否带位置检测反馈，可分为：带位置检测和不带位置检测比例压力阀两种。,1.1 直动式比例溢流阀,直动式比例压力阀与传统的开关型压力阀相比，只是用比例电磁铁取代了手动调压手柄，由输入电信号调控阀的输出压力，而且输出压力与输入电信号成正比。 直动式比例溢流阀使用方便，重复精度高，滞环小，响应速度快。但由于受到电磁推力的限制，其输出流量不能太大。因此，直动式比例溢流阀主要作先导控制级使用。与开关型压力控制阀的先导阀不同的是，弹簧在整个工作过程中，不是用来调压而是用来传递推力的，故称为传力弹簧。传力弹簧由于没有预压缩量，因此无弹簧力作用在锥阀上。,比例电磁铁1接收电信号以后，产生推力经推杆2和弹簧3作用在锥阀4上。它是依靠阀芯上的液压作用力与弹簧力相平衡的原理而工作的，当阀芯上的液压作用力大于弹簧作用力时，锥阀开启而溢流。若按比例连续地改变输入电流大小，就可按比例连续地调控阀的开启压力，获得所需的压力调定值。,（1）阀体（2）比例电磁铁（3）阀座（4）锥阀,1.2 先导式比例溢流阀,结构上主要由比例电磁铁，先导阀，主阀和限压阀组成。 与开关型溢流阀不同的是：先导阀没有调压弹簧，比例电磁铁的推杆2直接作用在先导阀锥阀阀芯3上，对阀芯施加电磁力。系统压力P作用在主阀芯4的下端，流经阻尼孔R1后作用在锥阀芯3上。当系统工作压力达到比例电磁铁的调整压力时，先导锥阀芯开启形成先导溢流。主阀芯4上端的油压力降低，主阀芯开启而溢流。 限压阀5是一个开关型直动式微量溢流阀，主要起安全阀作用，保护系统不受峰值压力的损坏。,先导式比例溢流阀（DBE型）1-比例电磁铁 2-推杆 3-先导阀芯4-主阀芯 5-限压阀,1.3先导式比例减压阀,由比例电磁铁输出的电磁力直接作用在先导阀的锥阀芯上，输出压力由输入的电信号大小调定。 构成主阀减压口的是主阀芯上对称布置的若干小孔。一次压力油p1从A口进入，经减压小孔减压后，降为二次压力油p2，并从油口B流出。减压后的出口压力p2经阻尼小孔R1、R2下降为p3作用在锥阀芯上。同时经阻尼孔R3作用在主阀芯上。当出口压力p2低于输入电信号的调定压力时，锥阀3关闭，阻尼孔R1、R2、R3中没有油液流动，主阀芯上下两端的油压力相等，此时，主阀芯在弹簧力作用下处于最下端位置，减压小孔完全打开，阀处于非工作状态，也就是阀不起减压作用。当出口压力p2上升到调定压力时，先导锥阀3被打开，主阀上腔的油经阻尼孔R3，通过锥阀由泄油口流往油箱，产生压力降，p2 p3，主阀芯上移，减压小孔进入控制位置，小孔的通流面积减小，液阻增大。油液从A通过小孔流向B时，产生压力将使出口处压力保持在调定值上,DRE型先导式比例减压阀的先导阀部分与溢流阀部分完全相同。A为一次压力油入口，B为二次压力油出口。y为外泄油口，必须单独接往油箱。,1.4 静态特性曲线,阀的静态特性是指在稳定工作状态下，比例阀各静态参数之间的相互关系。如输入电流与输出压力之间的关系曲线，称为IP特性曲线，输入压力与输出流量之间的关系，称为pq特性曲线等。,（a）IP特性曲线,（b）pq特性曲线,2.电液比例方向阀,电液比例换向阀是在传统的电磁换向阀的基础上发展起来的，用比例电磁铁取代了电磁换向阀的普通开关电磁铁。因此比例换向阀的开口不只是有开和关两种状态，其开口大小与比例电磁铁的输入信号成正比，也就同时对系统液流的方向和流量进行控制。所以比例换向阀实质上是一种兼有流量控制和方向控制功能的复合阀。,比例方向阀,功能：比例方向控制阀按输入信号的极性和幅值大小，同时对液压系统液流方向和流量进行控制，从而实现对执行器运动方向和速度的控制。在压差恒定条件下，通过电液比例方向阀的流量与输入电信号的幅值成正比例，而流动方向取决于比例电磁铁是否受激励。具有方向控制功能和流量控制功能的两参数控制复合阀。 外观：其外观与传统方向控制阀相同。 基本原理：为了对进、出口同时执行准确节流，比例方向阀滑阀阀芯台肩圆柱面上开有轴向的节流(控制)槽。节流槽几何形状为三角形、矩形、圆形或其组合状。节流槽在台肩圆周上均匀分布、左右对称分布或成某一比例分布。节流槽轴向长度大于阀芯行程，使控制口总有节流功能。节流槽与阀套通过不同的配合可以得到O型、P型、Y型等不同的阀机能。比例方向阀有直动型和先导控制型。,2.1 比例换向阀的特点,1.它和普通电磁换向阀一样，具有许多种中位滑阀机能，可以适应各种液压回路的要求，同时阀芯内部充分采用了流量阻尼及引入各种内部反馈控制，以及输入电信号大小可控等特点，因此换向平稳、完全避免了换向时的液压冲击。,2. 比例换向阀从结构上看，阀芯与阀体窗口之间有较大的搭合量，为正重叠阀，存在较大的零位死区，（一般为控制电流的1020），伺服阀虽然已有正重叠、零重叠和负重叠三种，即使是正重叠阀，其搭合量也很小，而且大多数为零重叠阀。比例阀的阀口压降比伺服阀低，节流损失能耗较小。,3.高性能比例换向阀，又称为比例伺服阀，采用了零重叠结构，所以在滞环，线性度，重复精度等方面的性能已经接近伺服阀的水平，但在动态响应性能方面与高性能的伺服之间还存在差距。现代电液比例换向阀不仅能用于开环控制系统，也能用于闭环控制系统。,4.比例换向阀的阀芯与阀体之间的配合间隙约35m，而伺服阀的配合间隙约为0.5m。因此，比例换向阀抗污染能力强，制造成本相对较低，维护也比较容易，这是比例换向阀的突出优点。,2.2 比例换向阀的类型,比例换向阀的类型，根据对输出流量的功能不同，可分为比例方向节流阀和比例方向流量阀两种。前者类似于比例节流阀，比例电磁铁输入的电信号直接控制阀口的开度，因此输出流量与阀口前后压差有关，输出流量随负载而变。后者类似于比例调速阀，它由比例换向阀和具有压力补偿功能的定差减压阀组成，输出流量不受负载变化的影响。 根据控制功率大小不同，可分为直动式比例换向阀和先导式比例换向阀两种。前者由比例电磁铁推杆直接推动换向阀阀芯，因此控制的流量较小。后者由先导级（小直径三通比例减压阀或其他压力阀）来控制功率放大级。可构成二级甚至三级阀。先导级与功率级之间的耦合方式有多种形式，例如流量压力反馈，流量位移反馈和流量电反馈等。,（1）直动式比例换向阀不带位置反馈,主要由比例电磁铁，阀体，阀芯和复位弹簧等组成。结构与普通电磁换向阀完全相似，只是用比例电磁铁取代了普通电磁铁。当比例电磁铁1接受到输入电信号时，比例电磁铁推杆直接推动阀芯右移，油口P与B通，A与T通，实现了换向。阀芯的位移量（开口度）与输入电信号大小成比例变化，输出流量也就与输入电信号大小成比例变化，实现了对液流方向和流量的同时控制。这类阀的控制边有较大的重叠量，存在较大的中位死区。由于受到摩擦力和液动力的影响，阀芯的定位精度不高。只适用于NG6,NG10以下通径的换向阀。,（2）直动式比例换向阀带位置反馈,它增加了位移传感器7来检测阀芯的实际位移。当比例电磁铁接受到输入电信号时，阀芯移动一个相应的距离，阀芯的移动由位移传感器检测，把检测到的阀芯实际位移量转变成电信号反馈到比例放大器，与输入信号比较后得出偏差控制信号，去纠正实际输出值与给定值之间的误 差。由于阀内部构成了位置电反馈闭环回路，也就可以抑制由摩擦力，液动力等外干扰带来的影响，使阀的控制精度得到很大提高。,（3）先导式比例换向阀-不带位置反馈,口均关闭。当比例电磁铁1通电时，先导阀芯右移，先导控制压力油从X口经先导阀开口进入主阀芯右腔，压缩主阀对中弹簧使主阀芯左移，主阀口PA及BT油路接通。主阀芯左腔回油经先导阀芯流到先导回油口Y。若忽略摩擦力、液动力等干扰力的影响，先导比例减压阀输出的控制油压力与输入电信号成正比，主阀芯的移动受控于两端油压作用力的大小，所以主阀芯的开口,先导阀采用一个双电磁铁控制的小通径比例减压阀，主阀采用单弹簧对中式滑阀。 P口接油源，A、B口分别接执行元件两腔，T口接通油箱，X口为外控制油口，Y口为回油口。当无电信号输入时，先导阀芯在两端对中弹簧作用下处于中间位置，所有阀,量与输入先导阀的电信号成正比，主阀的输出流量也就是可控的，连续地按比例变化的。这种阀的特点是主阀芯采用单弹簧对中方式，弹簧有压缩量，当先导阀无电信号输入时，主阀芯对中，单弹簧对中简化了阀的结构。使制造和装配无特殊要求，调整方便。但这种阀主阀芯的移动位置精度会受到摩擦力、液动力等干扰力的影响，输出流量的控制精度不可能很高。,先导阀是一个单电磁铁控制的小通径换向阀，在全行程上，有4个切换位置，先导阀芯的位移由位移传感器1检测。主阀芯的两端都有对中弹簧，先导阀芯为二级位移电反馈滑阀。该阀的位移电反馈功能提高了主阀芯的抗干扰（摩擦力、液动力等）能力，并能快速地跟踪输入电信号的变化。获得更加稳定的输出流量。,3.比例流量阀,电液比例流量阀，其功用是对液压系统中的液体流量进行比例控制，也就是对液压执行元件（液压缸或液压马达）的输出速度或输出转速进行比例控制。按照功能不同，可分为比例节流阀和比例调速阀两大类。按照控制功率大小不同可分为直接控制式和先导控制式两种。直动式控制的功率及流量较小，它是利用比例电磁铁直接驱动阀芯，从而调节阀口的开度和流量，其输出流量受到节流口前后压差的影响，输出流量是不稳定的，也就是随负载而变化，同时它所控制的执行元件的运动速度也就随负载而变化。比例调速阀由比例节流阀与通用压力补偿器或流量反馈元件组成。可以使节流阀口的前后压差基本保持不变，输出的流量基本上是恒定的，不受外界负载变化的影响。 根据阀内部是否含有反馈，直动式又可分为普通型和位移电反馈型两类。先导式比例流量阀是利用小功率的阀作为先导级，对大功率的主阀进行控制。根据反馈形式不同，先导式比例节流阀有位移力反馈和位移电反馈等类型，先导式比例调速阀有流量位移电反馈和流量电反馈等类型。,3.1 比例节流阀-直动式电液比例节流阀,通过比例电磁铁的推杆2直接推动节流阀阀芯4移动。改变节流口开度的大小，从而改变通过节流口的流量。阀口开度大小与比例电磁铁输入的电压信号成正比。也就控制了输出流量与输入电信号大小成比例变化。直动式比例节流阀结构简单，但由于没有压力补偿器，输出流量受到外界负载变化的影响，流量控制精度较低。同时，推动阀芯的力与摩擦力和液动力有关。仅适用于小流量和要求不高的低压系统。,3.2 比例节流阀-先导式-位移力反馈型,结构上主要由比例电磁铁，滑阀式先导阀芯，插装式主阀，反馈弹簧和复位弹簧等组成。主阀芯和先导阀芯之间的力传递关系是由反馈弹簧和阀芯位移共同实现的，故称为位移力反馈型先导式比例节流阀。 当未输入电信号时，在反馈弹簧的作用下，先导阀口关闭，主阀上下腔的作用压力pA，px相等，但由于阀芯上端面积大及复位弹簧力的作用，使主阀关闭。 当输入电信号时，比例电磁铁产生相应的推力，推动先导滑阀克服弹簧力向下移动，打开可变节流口R2。液压油从A口经固定节流口R1，可变节流口R2流往B口时，产生压降，使主阀芯上腔压力pX降低。主阀芯在压差pApx的作用下克服弹簧力 上移，主阀节流口开启。同时，主阀芯的位移经反馈弹簧化为反馈力作用在先导阀芯上，先导阀芯上移，当反馈力与电磁推力相等时，达到一个新的平衡状态。,Rexroth-FES 2通比例节流阀,3.3 比例节流阀-先导式-位移电反馈型,位移电反馈型先导式比例节流阀1位移检测杆；2三通先导比例减压阀；3比例电磁铁；4比例放大器；5位移传感器；6控制盖板；7阀套；8主阀芯；9主阀节流口,主要由三通先导比例减压阀2、插装式主阀8及位移检测传感器5三部分组成。先导阀插装在主阀的控制盖板6上。A为进油口，B为出油口，X为先导油口与A口相连，y为外泄漏油口应直接连通油箱。位移传感器的检测杆与主阀芯固连成一体。外部控制电路的信号Ui输入比例放大器4与位移传感器的电反馈信号uf相比较得出差值，此差值驱动先导阀芯移动，控制主阀芯8上部弹簧腔的液压力，主阀芯在压差作用下运动，从而改变主阀芯阀口开度。并使阀口开度保持在规定值上。,3.4 比例调速阀-直动式电液比例调速阀,直动式比例调速阀与直动式比例节流阀的区别主要是在节流阀前或后串连了一个具有压差补偿器功能的定差减压阀。可以使节流阀的前后压差基本保持不变，也就使调速阀的输出流量不受负载变化的影响，获得稳定的输出流量。,它主要由比例电磁铁1，节流阀芯2，定差减压阀3，阀体4，弹簧5等部分组成。比例电磁铁的输出力通过推杆直接作用在节流阀芯上，输入电信号的大小控制了节流阀开口大小，只须改变电信号输入量，就可连续按比例地控制所需要的输出流量。与节流阀串联的定差减压阀的压力补偿功能使节流阀前后压差基本保持为定值。使输出流量不受外界负载变化的影响。,3.5 比例调速阀-先导式电液比例调速阀,它属于流量位移力反馈型比例调速阀。其结构主要由插装式主节流阀1，与之串连的流量传感器2，反馈弹簧3，先导阀芯4和比例电磁铁5等组成。R1、R2、R3为液阻，pS为进油口，接油源，p1为出油口，与外负载连接。,当比例电磁铁接受到输入电信号时，电磁力推动先导阀芯4克服反馈弹簧3的反馈力而移动，使先导阀口开启形成可控液阻，从而使主节流阀1控制腔的油压力p2降低，在压差pSp2的作用下，主节流阀开启，从油源来的压力油通过主节流口后流经流量传感器后至负载。机械式流量传感器检测到的流量大小与其阀芯位移量Z成比例变化，并通过反馈弹簧转换成反馈力作用在先导阀芯上，使先导阀口有关小的趋势，当反馈力与电磁力相平衡时，则先导阀，主节流阀与流量传感器的开口处于一个新的平衡状态，比例阀输出稳定的流量。而输出流量与主节流阀开口成正比与传感器位移Z成正比，Z又与电磁力成正比。,先导式比例调速阀与直动式比例调速阀相比较：其流量补偿原理是不一样的，直动式比例调速阀是依靠与之串联的定差减压阀的压力补偿功能来获得稳定输出流量。而先导式比例调速阀是依靠主节流口通流面积的变化来补偿因负载而引起的流量变化，通过流量位移力反馈内部闭环来获得稳定输出流量。,电液比例控制系统与集成技术,电液比例控制系统是用电液比例阀组成的液压系统。用比例压力阀、比例流量阀和比例方向阀来实现对液体压力、流量和流动方向的控制。若将所使用的各种控制阀按回路单元集成在一起，可以使结构紧凑，减少连接管道，降低压力损失和减少外泄漏，提高系统的效率。,电液比例压力控制回路,其工艺路线如下：送料架送片入冲铆机冲铆机压紧缸压紧种板和铜吊耳冲孔缸冲孔冲孔缸退，铆接缸进铆接缸退，压紧缸退送料架将片送出。对液压系统各执行元件的动作要求是：因种板和铜吊耳很薄，冲孔压力要求低，为了保证压紧可靠，压紧缸压力要求较高，为了保证铆接平整，铆接缸压力要求很高。以上动作要求由系统中的比例溢流阀来实现。,
