电液比例控制技术讲义42.docx

电液比例控制技术讲义42.docx

《电液比例控制技术讲义42.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电液比例控制技术讲义42.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电液比例控制技术讲义42

§4.3直控式比例方向阀

讨论比例方向阀的一些使用性能，如滞环、重复精度、控制阀芯、控制阀芯的基本特性曲线及时间响应特性等。

和开关式比例方向阀的结构一样，在直控式比例方向阀中，比例电磁铁是直接推动控制阀芯的。

通常配用的是位移—电流比例电磁铁。

§4.3.1结构与功能

阀的基本组成部分有：

壳体

（1），

一个或两个具有模拟量位移——电流特性的比例电磁铁

（2），

电磁铁还带有电感式位移传感器（3），

控制阀（4），

一至二个复位弹簧（5）。

在电磁铁不工作时，控制阀芯在复位弹簧作用下保持在中位。

由电磁铁直接驱动阀芯运动。

阀芯在图示位置时，P、A、B和T之间，互不相通。

如果电磁铁A（左）通电，阀芯向右移动，则P与B，A与T分别相通。

由控制器来的控制信号越大，控制阀芯向右的位移也越大。

也就是说，阀芯的行程与电信号成比例。

行程越大，则阀口通流面积和流过的体积流量也越大。

图中左边的电磁铁，配有电感式位移传感器。

它检测出阀芯的实际位置，并把与阀芯行程成比例的电信号（电压），反馈至电放大器。

位移传感器的量程，按两倍阀芯行程设计，所以能检测阀芯在两个方向上的位置。

在放大器中，实际值（控制阀芯的实际位置）与设定值进行比较，检测出两者的差值后，以相应的电信号输给对应的电磁铁，对实际值进行修正，构成位置反馈闭环。

实际上，阀的滞环和重复精度，因阀的规格而异，但均小于等于1%。

§4.3.2滞环

一般表明一个状态与前一个状态的关系。

在电信号从零到最大，再从最大到零的往返扫描过程中，阀芯有与电信号成比例的确定位置。

同一输入设定值上，往返扫描所得输出量的偏差，称为滞环或滞环误差。

§4.3.3重复精度

在重复调节同一输入信号时，输出信号所出现的差值。

对应控制阀芯说来，就是重复调节同一输入的信号为相同设定值时，得到（一个小于等于1%）的位置偏差。

图中所示的阀用电磁铁，不带位移传感器，因而不能检测阀芯的位置。

按阀的规格不同，其滞环为5~6%，重复精度2~3%。

§4.3.4控制阀芯的结构

图示，比例阀控制阀芯与普通方向阀阀芯不同，它的薄刃型节流断面呈三角形。

用这种阀芯形式，可得到一条渐增式流量特性曲线。

阀芯的三角控制棱边和阀套的控制棱边，在阀芯移动过程中的任何位置上，总是保持相互接触。

这表明，它的过流断面，总是一个可确定的三角形。

也就是说，不存在像常规方向阀（开关型控制阀）中那样的情况：

阀芯阀套两个棱边之间，先存在一个“空行程”，再进入相互接触，或者在阀口打开时完全脱开。

此外，在液流流入和流出比例阀阀口时，总是受到节流作用。

§4.3.5流量特性

对于不同公称流量的阀应该确定相应的受控过流断面。

用一实例来说明这一情况，并观察相应的特性曲线。

（1）数据

数据如下：

调定的系统压力P=120bar

工进时的负载压力P=110bar

快进时的负载压力P=60bar

工进速度范围内所需流量Q=5~20L/min

快进速度范围内所需流量Q=60~150L/min

（2）工况

不能象选用普通开关阀那样来选择比例阀（仅以Q=150L/min作为公称流量）。

这样就会得到如下数据：

快进时阀的压降Pv=120-60bar=60bar

Q快进=60~150L/min

工进时阀的压降Pv=120-110bar=10bar

Q工进=5~20L/min

快进时，Q快进=60~150L/min，对应于Pv=60bar，流量Q=150L/min，仅利用额定电流的约66%，流量Q=60L/min时，仅利用额定电流的约48%。

这样一来调节范围仅达到额定电流的18%。

工进时，Q工进=5~20L/min，对工进速度的调节，也只达到调节范围的10%（20L/min时为47%额定电流，5L/min时为37%额定电流）。

假如一般阀的滞环为3%，而对应于调节范围仅10%的情况，则其滞环相当于30%。

显然，很难用如此差的分辨率来进行控制。

（3）阀口流量特性

选用比例阀的正确方法

现用一实例来说明按下列特性选用比例阀的正确方法：

快进工况的比例关系

此时设定值在66%到98%额定电流之间（60-150L/min），因此得到32%调节范围。

工进工况的比例关系

此时设定值落在36%至63%额定电流之间，可见调节范围很大，有一个较好的分辨率。

同时，重复精度造成的偏差当然也减小

（4）控制阀芯的时间特性

图中给出了控制阀芯在输入阶跃电信号时的过渡过程曲线。

在从一个位置运动到另一个位置的过渡过程中，没有产生超调，阀芯快速移动时间比较短，减速后停留在交换位置。

加速和制动过程的调节时间，也是充分的。

（5）加速与减速

流量正变化或负变化，由比例阀来加以控制。

这些预调设定值，即在哪个时间流量应发生变化进而控制阀芯位置发生变化，都由操纵比例电磁铁的电控制器来设定。

由放大器预调的设定值，在给定时间内，变化到该设定值的终值。

电控器的这一功能块，称为斜坡发生器。

设定值变化所需的时间间隔称为斜坡时间。

例如：

在2秒钟内，设定值从零变化到最大值，加速时间短，加速度大

例如：

在5秒钟内，设定值从零变化到最大值，加速时间长，加速度小

（6）控制范围（分辨率）

控制范围（在实践上，常称为调节范围，或调速比），可理解为最大与最小控制流量之比。

对于不带位移传感器的比例方向阀，调节范围是1：

20。

假如最大流量是40L/min，则最小流量是2L/min。

在这里重复误差起重要作用。

重复误差在数值上必须显著地低于最小流量。

带位移传感器的比例方向阀，其控制范围是1：

100。

§4.3.6阀芯形式

§4.3.7应用实例分析

（1）E型阀芯

E型阀芯有很好的减速制动特性，

P->A和B->T或

P->B和A->T

各通流断面是一样的。

因此，它可用于双出杆液压缸，

或液压马达。

在液压马达控制系统中（图4-15），

在图中负载管路中配置补油系统。

管路中万一出现了负压，

就会使马达的噪声级提高。

如果想使马达的负载精确停留定位，

必须象通常那样配置一个停车制动器。

（2）E1型阀芯

在上述油路中，

如果缸面积比为2：

1，

则必须选用节流面积比为2：

1的阀芯。

E1型阀芯能满足这一条件

（W1型阀芯也一样）

这种关系如下：

Q1/Q2=（△p1/△p2）1/2

当Q2=2Q1

和过流断面积相等时

得△p1/△p2=Q12/Q22

△p2=（Q22/Q12）·△p1

△p2=4·△p1

这种关系式表明，

在过流断面面积相同时，

要使通流流量增加一倍，

压差就要等于原来的4倍。

对于单活塞杆液压缸，

当活塞面积和环形面积比为2：

1时，

若P→A和B→T的节流面积相同，

则形成压差比为4：

1。

为了制动质量力，如果要求在有杆腔施加一个比驱动压力高1/4的反力，从上述情况分析可知，由于△P和Q之间存在平方根关系，这一要求不能完全满足的。

若配用E1型阀芯，（P→A=1/1和B→T=1/2的过流面积比），或过流面积比倒过来的E2型阀芯，就可避免产生上述问题。

（3）E3型阀芯

对于过流面积比为2：

1的缸，

如果想用较简单的方法实现差动控制，

可使用配E3型阀芯的比例阀。

配用的单向阀可做成中间块，

装在阀板上。

（4）W型阀芯

在一个面积比接近1：

1的

单出杆缸的油路中，采用W型阀芯，

通过其泄漏可阻止无负载时缸的微小位移。

W型阀芯在中位时，

由A和B到T具有

3%公称过流断面大小的节流通道。

（5）W1型阀芯，W2型阀芯

这种阀芯，一方面同E1型阀芯一样，

节流面积比为2：

1，

以适应2：

1面积的液压缸。

另一方面，又同W型阀芯，

在中位时，由A和B到T

具有3%公称过流断面大小的节流开口。

（6）W3型阀芯

同E3型阀芯一样，

用W3型阀芯也可实现差动控制。

由于B通向T而卸荷，

液压缸在制动后没有背压（弹簧）。

（7）配用E型阀芯的差动回路

（8）重力平衡1

图示单出杆液压缸

（面积比接近1：

1），

采用重力平衡的垂直布置，

配用W1型阀芯。

通过直控式溢流阀，

和缸管路上关闭时

不存在泄漏的单向阀

来实现重力平衡。

（9）重力平衡2

图示单出杆液压缸，

垂直布置，

采用重力平衡面积比2：

1，

配用W1型阀芯，

实现差动控制。

（10）无泄漏液压锁

由于压力比的关系，

无泄漏液压锁不能用

一双联单向阀来实现。

在这回路中，尽管配置了

无泄漏式液控单向阀，

但仍需注意压力比的关系。

如果压力比超过面积比，

则会导致液压缸运动不连续。

在这种情况下,锁紧用的液控单向阀，

就要用外控方式，

而不是图示控制油路中所表示的

来自另一侧油路的控制方式。

§4.3.8总结说明

实用性说明：

注意阀的油口与液压缸的油口相连时，只有当比例阀与执行器之间的连接管路尽可能短时，才有可能达到优化的运动特性值。

每个液压系统，都可用一个弹簧——质量系统来描述。

其最大可能的加速度决定液压装置的调整时间，或由弹簧质量系统本身来决定的。