液压比例阀技术_图文

1、液压比例阀技术 人员服务部人员开发科 液压比例阀技术 目 第一章 比例控制技术概述 录 1-7 1.1 比例控制技术的含义 - 1 1.2 比例控制技术的应用 - 2 1.3 比例控制技术的特点及组成 - 5 第二章 比例电磁铁 8-12 2.1 比例电磁铁基本工作原理 - 8 2.2 比例电磁铁的类型 - 9 第三章 比例方向阀 13-30 3.1 直控式比例方向阀 - 13 3.2 先导式比例方向阀 - 25 3.3 温漂及其比例方向阀的特点 - 29 第四章 比例压力阀 31-38 4.1 直控式比例溢流阀 - 31 4.2 先导式比例溢流阀 - 33 4.3 先导控制式比例减压阀 -

2、35 第五章 比例流量阀 39-48 I 液压比例阀技术 5.1 压力补偿器串联在检测节流阀口之后的 电液比例二通流量调节阀（NG6） - 39 5.2 带外控关闭型压力补偿器的二通流量调节阀 - 41 5.3 二通比例节流阀（插装式） - 43 5.4 液压比例阀的安装使用维护 - 46 第六章 压力补偿器 49-75 6.1 进口压力补偿器 - 50 6.2 出口压力补偿器 - 60 6.3 减压型二通压力补偿器 - 65 6.4 溢流型三通压力补偿器 - 69 6.5 用二通插装阀的负载压力补偿 - 72 第七章 比例阀用电控制器 76-99 7.1 概念说明及解释 - 76 7.2 比

3、例阀用比例放大器 - 85 第八章 比例系统油液的过滤 100-120 8.1 液压油的污染 - 100 8.2 液压系统污染油的取样和检验 - 105 8.3 滤芯与滤油器 - 109 8.4 维护须知 - 120 II 液压比例阀技术 第九章 比例阀应用实例 121-141 9.1 无线电控制矿用有轨空中缆车 - 122 9.2 转炉钢厂运输装置-转炉貯槽更换车 - 124 9.3 轧钢厂高位加料牵引机 - 127 9.4 焊接自动线上的提升装置 - 129 9.5 链式传输机-运输液压缸 - 131 9.6 空间升降平台的控制 - 133 9.7 造纸工业中的堆垛设备 - 134 9.8

4、 双功能压力机的操作车 - 135 9.9 滑台单元 - 137 9.10 戏院平台的控制 - 138 9.11 注塑机 - 141 III 液压比例阀 第一章 比例控制技术概述 以前我们介绍的普通液压阀，其特点是手动调节和开关式控制。开关控制 阀的输出参数在阀处于工作状态下是不可调节的。所以这种阀不能满足自动化 连续控制和远程控制的要求。而电液伺服系统虽然能够满足要求，而且控制精 度很高，但电液伺服系统复杂，对污染敏感，成本高，因而不能普遍使用。 电崖比例阀是一种性能介于普通液压阀和电液伺服阀之间的新阀种，它既 可以根据输入的电信号大小连续地按比例地对液压系统的参数实现远距离控制 和计算机控

5、制，又在制造成本、抗污染等方面优于电液伺服阀，因而广泛应用 于一般工业部门。 1.1 比例控制技术的含义 用如下的信号流图来加以说明： 图 1 比例控制技术的信号流图 1 第一步:根据一个输入电信号电压值的大小,通过电放大器,将该输入电 压信号(一般在 0±9V之间转换成相应的电流信号,如 1mV=1mA。第二步:这个电流信号作为输入量被送到比例电磁铁,从而产生和输入信 号成比例的输出量力或位移。第三步:这个力或位移又作为输入量加给液压阀,使液压阀产生一个与力 或位移成比例的流量或压力。通过一系列的转换,一个输入电压信号的变化,不但能控制执行元件和机 械设备上的工作部件的运动方向,而

6、且可以对其作用力和运动速度进行无级的 调节。此外,还能对相应的时间过程,例如在一段时间内流量的变化,加速度的 变化或减速度的变化等进行无级调节。1.2 比例控制技术的应用 这里举加工车身的焊接流水线为例: 在一些汽车驾驶 员 测 定 他 的 汽 车 的 加速度数据之前,汽 车 中 的 一 些 部 件 在 生产过程中,已经经 历了最高的“运动生 涯” 。图 2 一个液压缸 (图上方 通过机械方式使所有工位同时动作 , 另一个液压缸备用如 在 图 示 的 焊 接 流 水 线 上 进 行 车 身 部 件 的 加 速 度 试 验分析,则可折算成 相当于 11秒内从 0变化到 100公里/小时的加速度。

7、在焊接流水线上实现车身的装配和焊接时,车身围绕在车辆通过台的周围。 产品的各加工工序,就在很多工位或节拍中依次进行。加工时所有提升台都同时升起,同时降下,已进入加工工作位置,即落入 焊钳的工作范围内。每一次接收已准备好的补充钢板时,要求在其行程过程中 降低其速度。接近速度不允许超过 0.15米/秒,否则自动插入的板料就可能被 抛出去。另一方面,无论是上升行程还是下降行程都应尽量快速进行,以达到 提高效率的要求。 可以采用液压比例技术来实现对这个工艺流程的控制 (图 3和图 4 。 假如不 采用比例技术,就会降低其控制性能。譬如说最高速度将大为降低,也许就要 用带有机械加载凸轮的延迟阀来解决加、

8、减速的控制问题,用流量阀解决速度 调节问题,以及当然还要用方向控制阀解决运动方向改变的问题。这种不采用 比例技术的解 但得到的仍 然是一种费 时费力、精 度不高、柔 性不大的系 统。使 用液 压比例技术 时,即使系 统运动质量 很大,仍然 能平稳 决方案,除了元件费用高之外,尽管降低了速度及加速度指标, 地达 到较 图 3 左边是为加速过程提供 460L/min的蓄能器单元 ; 右边为 V4叶片泵 , 在液压缸不运动时向蓄能器充液 安装在阀板右边的是比例方向阀4WRZ25高的速 度 和 加 速 度。 图 4 液压 -机械传动的焊接自动线原理图 (上 及其运动循环图 (下部右侧液压比例阀1.3

9、比例控制技术的特点及组成一、比例控制技术的特点1、其转换过程是可控的,设定值可无级调节,达到一定控制要求所需的液 压元 ,满足切换过程要求。通过控制 切换 给执行器, 这样 。,可由液压厂家市售提供。 它们 技术用的放大器,近年来已发展成为功能可靠、结构简单的欧 洲型 二、比例控制技术的组成原则上比例阀只是在开关式阀的基础上增加了比例电磁铁而已,它一般由 比例 部分: 生器 级件较少,降低了液压回路的材料消耗。2、可方便迅速、精确地实现工作循环过程 过渡过程,可避免尖峰压力,延长机械和液压元件的寿命。3、用来控制方向、流量和压力的电信号,通过比例器件直接加 使液压控制系统的动态性能得到改善。4

10、、使用电信号容易实现远距离和自动控制 5、液压比例器件中的液压放大装置,结构简单 与标准液压器件没有多大的区别,其中,许多零件或标准组件都可取自标 准液压元件。6、作为比例 电控插板。电磁铁、液压控制阀和电控插板等组成。对应于每一类液压比例控制装置, 都设计有专门的电控插板。电控插板一般包括以下几 稳压单元 斜坡信号发 功能发生器 设定值单元 设定值继电器 脉冲调制式功率液压比例阀三、比例控制技术的元器件及其控制调节功能 常用的液压比例阀见下图。 图 5 4WRZ型比例方向阀 图 6 DBE型比例溢 图 7 2FRE型比例调速阀及其控制放大器流阀及其控制放大器及其控制放大器液压比例阀 液压比例

11、技术元器件控制与调节功能: 液压比例阀第二章 比例电磁铁比例电磁铁是电子技术与液压技术的连接环节。它是一种直流行程式电磁 铁, 2.1 比例电磁铁基本工作原理如图 6,比例电磁铁主要由极靴 1、线圈 2、壳体 5和衔铁 10等组成。线圈 2通 线圈电流一定时,吸力大小因极靴与衔铁之间的距离不同而变化,其特点 如下 与开关式阀用电磁铁有所不同。后者只要求有吸合和断开两个位置,而比 例电磁铁则要求吸力或位移与给定的电流成比例,并在衔铁的全部工作位置上, 磁路中保持一定的气隙。 电后产生磁场,由于隔磁环 4的存在,使磁力线主要部分通过衔铁 10、气 隙和极靴 1,极靴对衔铁产生吸力而使衔铁带动推杆

12、13产生移动。 图 8 1-极靴 2-线圈 3-限位环 4-隔磁环 5-壳体 6-内盖 7-外盖8-调节螺钉 9-弹簧 10-衔铁 11-支撑环 12-导向管图所示。图中还画出了普通电磁铁的吸力特性,以便比较。比例电磁铁的吸力特性可分为三段:在气隙很小的区段,吸力虽然较大, 但随 即可在衔铁上得到与 其成 2.2 比例电磁铁的类型比例电磁铁按照实际使用情况,可分为以下两类: 性。一、力调节型电磁铁在力调节型电磁铁中,衔铁行程没有明显变化时,改变电流 I , 就可调节 其输 工作行程内保持恒定。如图 11所示,这类 电磁 位置的改变而急剧变化。在气隙较大的区段,吸力明显下降。所以吸力 随位置变化

13、较小的区段,是比例电磁铁的工作区段。只考虑在工作区段内的情况,改变线圈中的电流, 正比的吸力。如果要求比例电磁铁的输出为位移时,则可在衔铁右侧加一 弹簧,便可得到与电流成正比的位移。 图 9 吸力特性1、行程调节型电磁铁:具有模拟量形式的位移电流特 2、力调节型电磁铁:具有特定的力电流特性。 出的电磁力。由于在电子放大器中设置电流反馈环节,在电流设定值恒定 不变而磁阻发生变化时,可使磁通量进而使电磁力保持不变。其基本特性是力-行程特性。在控制电流不变时,电磁力在其 铁的有效工作行程约为 1.5mm。由于行程较小,使其结构很紧凑。正由于其行程小,可用于比例方向阀和 比例 磁铁,在其衔铁腔中,充满

14、 工作 压力阀的先导级,将电磁力转换为液压力。 这种比例电磁铁,是一种可调节型直流比例电 油液。 图 10 力调节型图 11 力 -行程 特性曲线比例电磁铁 二、行程调节型电磁铁在行程调节型电磁铁中,衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。只要电 磁铁 接推 制直 滞环及 重复 用在一个较 大的 在其允许的工作区域内工作,其衔铁位置就保持不变,而与所受反力无关。 使用行程调节型比例电磁铁,能够直 动诸如比例方向阀、流量阀及压力阀 的阀芯,并将其控制在任意位置上。电磁 铁的行程因规格而异, 一般在 3-5mm 之间。行程调节型比例电磁铁主要用来控 接作用式四通比例方向阀。配上电反馈环节后,电磁铁的

15、 误差均较小。此外,作用在阀芯上的 液动力也受到抑制(与各种可能产生的干 扰力相比,电磁力较小 。在先导阀中,受控压力作 控制面积上,因此供使用的调节力要大得多,而干扰力影响的百分比并不大。 馈机构。 因此,先导式比例阀也可以不带电反 图 13行程调节型比例电磁铁图 12 力 -行程特性曲线三、比例电磁铁的两种常用形式(国内按照用途不同,比例电磁铁常用两种形式:盆底结构型的直流甲壳式螺管 电磁 铁:行程大(7mm ,但吸力较小(最 大推 甲壳式电磁铁:行程较小(一般为 3mm ,但吸力大(可达 400N 铁和锥底结构型的甲壳式电磁铁。1、盆底结构型的直流甲壳式螺管电磁 力 100N ,对于同一

16、电流值,吸力基本与行程无关而保持定值,多用于流量 调节阀和方向阀。 2、锥底结构型的 ,吸力与行程有关,多用于压力调节阀。图 14盆底结 图 15 锥底结 构比例电磁铁 1-推杆 2-轴承 3-挡铁 4-壳体 5-线圈 6-衔铁 构比例电磁铁 1-推杆 2-轴承 3-挡铁 4-壳体 5-线圈 6-衔铁第三章 比例方向阀将普通四通电磁换向阀中的电磁铁改为比例电磁铁并严格控制阀芯和阀体 上控 电流成比例,以调 节通 3.1 直控式比例方向阀 与开关式方向阀的结构布置一样,在 直控 一、基本结构和工作原理制边缘的轴向尺寸(阀口开度 ,即成为比例方向阀。比例方向阀除了能够换向外,还可使其开口大小与输入

17、 过阀的流量。式比例方向阀中,比例电磁铁也是直 接推动控制阀芯的。 图 16 带电反馈的直接控制式比例方向阀 4MRE10型及其电控器 图 17 带电反馈的直接控制式比例方向阀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 处在图示位置时,P、A、B 和 T 之间互不相通。如果电磁铁 A (左 通 电, 位移也越大。即阀芯的行程 与电 程按两倍阀芯行程设计,所以,能检测阀芯在两个方 向上 位移传感器采用密封式结构,没有泄漏油口,因此不需要附加 的密 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 滞环和重复精度,因阀的规格不同而不同,但均1%。二、

18、滞环和重复精度1、滞环:个状态和前一个状态 的关 输出 磁铁 2 (图 17中还附带有电感式位移传感器 3,控制阀芯 4,复位弹簧 5。 在电磁铁不工作时,控制阀芯由复位弹簧 5保持在中位。由电磁铁直接驱动阀芯 运动。阀芯 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 信号成正比。行程越大,则阀口通流面积和流过的体积流量也越大。电感 式位移传感器可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。由于位移传感器的量 的位置。另外,这种 封。这意味着这种结构形式不存在对阀的控制精度产生不利影响的附加摩 擦力。在放 的差值后,

19、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 图 18 滞环一般表明一 系。在电信号从零到最大,再从 最大返回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 量的偏差,称为滞环。2、重复精度(也称可重复性输入信号时,输出信号所出现的差值。对 于控 阀芯的位 置。 是一 比例阀控制阀芯与普通方向阀阀芯不同, 三角形。用这种阀芯形 式, 阀 阀套的控制棱边, 在阀芯移动过程 中的 阀 重复精度是指:在重复调节同一 制阀芯来说,就是重复调节同一输入信号为相同设定值时,得到一个1%的位置偏差(对 WRE 型阀 。图 19

20、为不带反馈的阀用电磁铁, 不 带位移传感器,因而不能检测 图 19 不带反馈的 4MRA6型直控式比例方向阀及其电控器其滞环为 5-6%,重复精度为 2-3%。对于某些使用情况, 不带位移传感器 的阀所能达到的控制精度已经足够,这 种经济实惠的设计方案。三、控制阀芯的结构 它的薄刃型节流断面呈 可得到一条递增式流量特性曲线(图 20 。 图 20 Q-S特性曲线和 Q-I 特性曲线 图 21 由阀芯圆周方向上控制切口错位和较长的阀芯行程获得较好的分辨率芯的三角形控制棱边(图 21 和 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

21、方向阀中那样的情况: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 口时,总是受到节流作用。四、流量特性为了能够很好地利用最大的阀芯位移,对于不同公称流量的阀应该确定相 这一情况,并观察相应的特性曲 线。 调定的系统压力 P=120bar P=110bar 图 22 25通径标准方向阀 “ E ” 型阀芯 中位各油口封闭遮盖情况示意图 图 23 25通径比例方向阀 “ E ” 型阀芯 (中位各油口封闭遮盖情况示意图(应的受控过流断面。这里拟用一个实例来说明题目 某设备的数据如下: 工进时的负载压力 快进时的负载压力

22、 P=60bar工进速度范围内所需流量 Q=5-20 L/min L/min样的错误,即像选用普通 量 。这样做就会得 到如下 -60=60bar 快进速度范围内所需流量 Q=60-150 选择一(公称流量 150L/min 人们常常会犯这 开关阀那样来选用比例阀(以 Q=150L/min作为公称流 数据:快进时阀的压降Pv=120Q 快进 =60150L/min工进时阀的压降Pv=120-110=10bar Q 工进 =520L/min 分析 快进时,对应于 Pv=60bar,流量 Q=150L/min时利用了额定电流的图24 阀压降 10bar ,公称流量 150L/min对应的输入电流输

23、出流量特性66%;流量 Q=60L/min时为 48%。故调节范围达额定电流的 18%。10%的情况, 则其 流 之 间 (60复精度造成的偏差当然也减少。 控制阀芯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 工进时, 对工进速度的调节, 也只达到总调节范围的 10%(20L/min时为 47%, 5L/min时为 37% 。假如一般阀的滞环为 3%,而对应于调节范围仅 滞环相当于 30%。显然,很难用如此差的分辨率,来进行控制。选择二(公称流量 64L/min 如图 25,这个选择是正确的。 快 进 工 况 的 比 例 关 系 :此 时 设 定 值 在 66%到 98%额

24、 定 电 -150L/min ,因此得到 32%的调节范围。 工进工况的比例关系:此时设定值落在 36%到 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,重五、控制阀芯的时间特性26、27给出了控制阀芯在输入阶跃电信号时的过渡过程曲线。 图 快速移动时间比较短,减速后停留在新位置。加速和制动过程的调节时间,也是充分的。 图 25 阀压降 10bar ,公称流量 64L/min对应的输入电流输出流量特性缸或马达的加速度和减速度,表示了单位时间内供油流量的变化。流量正 设定值,即在哪个时间流量应发 生变 如果用了 2秒钟 上是从大 到小 图 26 输入信号阶跃 (信号变化 25

25、 75%时的过渡过程特性 图 27 输入信号阶跃 (信号变化 0 100%时的过渡过程特性六、加速与减速或负的变化,由比例阀来加以控制。这些预调 化进而控制阀芯的位置发生变化,都由操纵比例电磁铁的电控器来设定。 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。图 28 电流 -时间曲线例如,设定值从零 变到最大值, ,则加速时间短, 加速度大;如果用了 5秒钟,则加速时间长, 加速度小。在制动过程, 设定值 的变化,大致 。七、功率域与一般开关型方向阀一样,在比例阀中也存在功率域问题,必须加以注意。 在这里,

26、令人感兴趣的是不带位移传感器的直控阀的性能。在较大压差P的作 流量 关的。一般原则是:最大流 量尽 八、控制范围(分辨率 ,可以理解为最大与最小控制流量之比。 对于不带位移传感器的 WRA 型比例方向阀,调节范围是 1:20。即假如最大流量 九、阀芯结构形式29,不同滑阀机能阀芯 十、各种阀芯形式的示例用下,这种直控阀的流量增大到功率界限时,液动力会自动将阀口关小, 不会再增大。这是一种“自然的”功率域。选用哪种与通流流量有关连的控制阀芯,选用多大规格的比例阀,对一个 液压装置来说,是与其选定的系统压力等级密切相 量接近对应于 100%的额定电流值。控制范围(常称为调节范围或调速比 为 40L

27、/min,则最小流量为 2L/min。在这里,重复误差起着重要的作用。重复 误差在数值上必须明显地低于最小流量。带位移传感器的 WRE 型比例方向阀, 其控制范围是 1:100。常用的阀芯形式如图 图 29 含中间过渡形式的滑阀机能图通流情况的说明见下图。1、E 型阀芯 E 型阀芯有很好的减速制动特性,PA、BT 或 PB、AT 各通流截面是 一样的 压缸,或者是液压马达。 31那样,在负载管路中配置补油 统。 管路中万一出现了负压,就 使马达的噪声级大为提高。位,必须象通常那样配 置一 在马 在下述油路中,如果缸面积A K :AR =2:1,则必须选用节。因此,它可以用于双出杆液在液压马达的

28、控制系统中,我们推荐像图 系 会 如果想使马达在负载下精 确停留定 个停车制动器。由于马达的泄漏很大,因而 达没有负载时,比例方向阀 的泄漏油,不会使马达产生位置 漂移。比 图 30 E型阀芯配 用双出杆液压缸图 31 E型阀芯配用液压马达流面积比为 2:1的阀芯。E1阀芯能满 型阀 2、E3型阀芯(W3型阀芯对于面积比为 2:1的缸,如果想 用较简单的方法实现差动控制, 可以使 用 E3型阀芯的比例阀。 配用的单向阀, 可做 过其泄漏可阻止无负载时缸的 微小 芯在中位时, 由 A 芯一样,节流面积比为 2:1,以适应于 2:1面积比的液压缸;另一方面,又同 W 型阀芯一样,在中位时,由 A

29、和 B 到 T 具图 32 E1型阀芯配型 足这一要求(W1芯也一样 。 用单出杆液压缸成中间块,装在阀板上。图 33 E3型阀芯配用单出杆液压缸 3、W 型阀芯在一个面积比接近 1:1的单 出杆缸的油路中, 配用 W 型阀芯, 通 位移。W 型阀 和 B 到 T 具有 3%公称通流截 面大小的节流通道。4、W1型阀芯,W2型阀芯这种阀芯,一方面同 E1型阀 图 34 W型阀芯配用单出杆液压缸有 3%公称通流截面大小的节流开口。 3 接近 1:1 ,采用重力平衡的垂直布 和缸管路上关闭时不存在泄漏的单 向阀 图 38所示的单出杆液压缸,垂直 置,采用重力平衡,面积比为 2:1,配用 型阀芯,实

30、现差动控制。5、W3型阀芯同 E3型阀芯一样,用 W 型阀芯也可以实现差动控制。由于 B 与 T 相通而 卸荷,所以液压缸在制动后没有背压。 图 35 W3型阀芯配用单出杆液压缸 图 36 配用 E 型阀芯的差动回路 6、其它控制回路的示例 图 37所示的单出杆液压缸(面积 比 置,配用 W1型阀芯。通过直控式溢流 阀 来实现重力平衡。 图 37 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型阀芯布 W17、无泄漏的液压锁 无泄漏的液压锁如图所式。在这个回路中 液控单向阀, 但 。, 则会导致液压 缸运 紧用的液 控单 一种可能的锁紧方式,是配置出口截 止型 8、

31、实用性说明注意应将阀的油口 A 与液压缸的油口 A 别适用于 E1型、W1型、E3型和 W3型阀芯。因此,只有当比例阀与执行元件之间的连接管路尽可能短时,才有可能达 到优化的动态特性值。出于这个考虑,在大多 比例 和 B 与执行元件的两个接口相连。只有这样,由普通阀芯 牵连 , 尽管配置了泄漏油外泄 仍然需要注意压力比的关 式 系 如果压力比超过面积比 动不连续。 在这种情况下, 锁 向阀, 就要用外控方式, 而不是如图所 示的互为液控。另 压力补偿器 (见 “用压力补偿器实现负 载压力补偿” 。图 38 单出杆液压缸,垂直比为 布置,采用重力平衡,面积 2:1,配用 W1型阀芯图 39 无泄

32、漏的液压锁(即液压缸无杆腔相连,这一点特 这是由于在阀中 AT 的油路较短。 数情况下,以最短的距离将四通 方向阀出油口 A 的流进液阻和流出液阻的综合阻力,才能对运动过程产生明显的影响。3.2先导式比例方向阀与开关式方向阀一样, 大通径的比例阀也是采用先导控制型结构。 问题的关 键仍然是推动主阀芯运动所需的操纵力。一般规则是:10通径以及小于 10通径的阀采用直接控制式,大于 10通径 的采用先导控制式。一、先导式比例方向阀的结构原理先导式比例方向阀的结构如图 40所示。它主要由以下几部分组成:带比例 电磁铁 1和 2的先导阀 3,带主阀芯 8的主阀 7,对中和调节弹簧 9。 图 40 4W

33、RE单边弹簧对中 型先导式比例 方向阀先导阀配用具有电流-力特性的力调节型比例电磁铁。先导式比例方向阀的工作过程如下:来自电控制器的电信号, 在比例电磁铁 1或 2中, 按比例地转化为作用在先 导阀芯上的力,使先导阀芯移动,与此相对应,控制油从 P 口流向先导阀 3的 出口 A 或 B,作用在主阀芯 8的端面上,克服弹簧 9的弹力推动主阀芯移动,直 到液压力和弹簧力达到平衡时便停止运动。主阀芯位移的大小,即相应的阀口 开度的大小,取决于作用在主阀端面上的先导控制油压力的高低。一般可用溢 流阀或减压阀来得到这个先导控制油的压力。二、先导阀的结构原理上述先导式比例方向阀是用减压阀作为先导级的。 它

34、的优点在于不需要持续 不断地耗费先导控制油。图 41所示的三通减压阀, 主要由两个比例电磁铁 1和 2, 阀体 3, 控制阀芯 4和两个测压活塞 5、6所组成。 图 41 3DREP 6型三通比例压力阀,作先导控制阀用比例电磁铁按比例地将电信号转变为作用在控制阀芯上的电磁力,即控制电流越大,则相应的电磁力也越大。在比例阀整个的工作过程中,调定的电磁力保持不变。在电磁铁未通电时(图 41所示 ,控制阀芯 4由弹簧保持在中位。此时 A 和 B 与油口 T 相通,因而在这些油口上没有压力。油口 P 封闭。如果电磁铁 B 通电, 电磁力通过测压活塞 5作用在控制活塞 4上, 使它向右 移动。因此,油液

35、从 P 流向 B,A 仍然和 T 相通。在 B 油口建立起来的压力,通过控制阀芯 4上的径向孔,作用到测压活塞 6上。由此产生的液压力克服电磁力,推动控制阀芯 4向阀口关闭的方向移动, 直到两个力达到平衡为止。此时,测压活塞 6压在电磁铁 A 的推杆上。当 P 到 B 的通道被切断后, 工作通道 B 中的液压力将保持不变。 如果电磁力 下降,则在液压力的作用下控制阀芯向左移动,使油口 B 和 T 相通,控制油可 以从 B 流向 T, 使 B 中的控制油压力相应地有所下降, 从而使电磁力与先导控制 液压力之间达到了新的平衡。这意味着 B 油口中的控制压力仍保持为常数,只 不过处于与较小的电磁力相

36、对应的较低的压力值上。在电磁铁不通电而阀处于 中位时,P 与 A、B 间的通路被切断,而 A、B 与 T 相通,先导控制油可以直接流 回油箱,A、B 油口没有压力。利用先导阀,能够与输入电流成比例地改变 A 或 B 中的压力。当先导级的 A、B 油口没有压力,也就是当主阀两侧油腔 10和 12内没有压 力时,主阀芯 8由对中弹簧 9保持在中位。三、先导阀对主阀芯的控制先导控制油可以是内供的, 也可以是外供的。 内供时先导油来自 P 口, 外供 时先导油来自 X 口。当电磁铁 B 通电时,先导压力油经过先导阀进入油腔 10,此压力与输入电 信号成正比。由此产生的液压力克服弹簧 9的弹力,使主阀芯

37、 8移动,直到弹 簧力与液压力平衡为止(图 40a 。控制油压力的高低,决定了主阀芯的位置, 也就决定了紊流型节流阀口的开度,以及相应通过的流量。主阀阀芯的结构,与直控式比例方向阀的阀芯相似。当电磁铁 A 通入控制信号时, 则在油腔 12内产生与输入信号相应的液压力。这个液压力通过固定在阀芯上的连杆 13,克服弹簧 9的弹力使主阀芯移动。弹 簧 9连同两个弹簧座无间隙地安装在阀体与阀盖之间,并有一定的预压缩量。 采用一根弹簧与阀芯两个运动方向上的液压力相平衡的结构,经过适当的调整, 能够保证在相同输入信号时,左右两个方向上阀芯的移动相等。另外,弹簧座 的悬置方式有利于减小滞环。当主阀压力腔卸荷

38、后,弹簧力使控制阀芯重新回到中位。先导控制油供油的内供或外供, 先导控制油回油的内泄或外泄等, 可能有各 种组合,可以按先导控制式开关型方向阀一样的原则处理。所要求的控制压力在 Pstmin=30bar和 Pstmax=100bar。滞环为 6%,重复精 度为 3%。图 42给出了输入电信号阶跃时的过渡过程曲线。控制阀芯在到达新位置过 程中没有超调,这是因为配置了刚度大的复位弹簧的原因。另外,液动力对阀 芯的双向位置没有产生不同的影响。 图 42 输入电信号阶跃的过渡过程曲线 图 43 4WRE先导控制比例方向阀及其电控制器3.3温漂及其比例方向阀的特点一、温漂及其影响在油温不变时,带位移电反

39、馈的方向阀,主阀芯位置的重复精度为 0.01mm。 值得注意的是,在油温变化时(20-700C ,位移传感器及连杆的喂漂导致阀芯位 置的变化,对总行程为 4mm的 4WRE10型比例方向阀而言,实测其阀芯位置漂移 量为 0.03-0.04mm。力士乐公司生产的 4WRZ 型先导式比例方向阀,重复精度为 0.06-0.07mm。 这种阀采用弹簧直接反馈结构,没有温漂,总的行程为 5.5mm。这种阀的重复精 度之所以好,是由于在阀中采用了大刚度主阀芯弹簧及低摩擦的弹簧对中球窝 座结构。与各种可能存在的干扰力相比,其调节力比较大。在力士乐公司生产的比例方向阀中, 无论是直控式还是先导式, 具有较好重

40、 复精度的主要原因,是在控制阀芯上开有经过精密加工的长三角槽。机械摩擦 及其油中的污染颗粒引起的摩擦对重复精度的影响,只是在需要较长时间保持 相同的设定值时才起作用(阻塞效应 。现在几乎所有的设备中,设定值作快速 变化已经是基本的要求。此时,摩擦的影响很小,阀芯总是处于滑动摩擦状态。 对于某些调节过程, 除了要有较好的重复精度和较小的滞环之外, 更重要的 还要有较好的动态特性。在这种场合下,使用比例电磁铁(电磁感应式驱动 先导级的控制方式,往往不能完全达到这个要求。我们建议采用伺服阀的力矩 马达作为先导级的控制方式。可以使调节特性得到改善。不带反馈的先导式比例方向阀, 其优点在于本身的结构简单

41、, 由于取消了位 移传感器的输出屏蔽电缆,还使电控部分的费用得到降低。图 44 4WRA10直控式比例方向阀 (不带阀芯位置电反馈 及其电控器 图 45 4WRE10直控式比例方向 阀 (带阀芯位置电反馈 及其电控器 图 46 4WRE10先导控制比例方向阀 (不带阀芯位置电反馈 及其电控器 图 47 4WRD16先导控制式四通调 节阀 (带阀芯位置电反馈 及其电控器二、比例方向阀的特点1、结构上与三位四通弹簧对中型方向阀相似。2、对污染的敏感性较小。3、一个阀可以同时控制液流的方向和流量。在过程控制中,可以在没有附 加方向阀及节流阀的情况下,实现快速和低速的行程控制。速度的变化过程, 不是跳

42、跃式而是无级变化。4、具有像先导控制方向阀一样的比较大的阀芯行程。5、流入和流出执行元件的液流,都要受到两个控制阀口的控制。6、与电控器配合,可以方便可靠地实现加速及减速过程。加速和减速的时 间可以由电控器预调,而与油液特性(如粘度无关。 图 48 速度-行程循环 图A 加速或减速B 各种不同的速度C 停止之前的剩余 速度7、输入电流与直流电磁铁一样。第四章 比例压力阀比例压力阀用来实现压力遥控,压力的升降随时可以通过电信号加以改变。 工作系统的压力可以根据生产过程的需要,通过电信号的设定值来加以变 化,这种控制方式经常称为负载适应控制。4.1直控式比例溢流阀这种比例溢流阀采用座阀式结构,它由

43、以下几部分构成:阀体 1,带电感式位移传感器 3的比例电磁铁 2,阀座 4,阀芯5,压力弹簧 6。 图 49 DBETR直 控 式 比 例 溢 流 阀 , VT5003型放大器 图 50 DBETR直接作用式比例溢流阀,带调压弹簧位置电反馈这里采用的比例电磁铁是位置调节型电磁铁,用它来代替手调机构进行调 压。给出的设定值, 经过放大器产生一个与设定值成比例的电磁铁位移。 它通过 弹簧座 7对压力弹簧 6产生预紧力,把阀芯压紧在阀座 4上。弹簧座的位置, 即电磁铁衔铁的位置(也就是压力的调节值 ,由电感式位移传感器检测,并与 电控器配合,在一个位置闭环中进行监控。与设定值相比出现的调节偏差,由

44、反馈加以修正。按这个原理,消除了电磁铁衔铁等的摩擦力影响。这样,我们 就得到了一个精度高、重复性好的调节特性:最大调定压力时。滞环<1%,重 复精度<0.5%。最高调定压力,以压力等级为准(25bar,180bar,315bar 。不同的压力等 级,通过不同的阀座直径来实现。因为电磁力保持不变,当阀座直径最小时压 力最高。图 51为 25bar 压力等级的特性曲线。 它表明最大调定压力还与通过溢流阀 的流量有关。图 51 调定压力与设定电压的关系在设定值为零, 比例电磁铁及其位移传感器电路中无电流时, 得到最低调节 压力(比值取决于压力等级及流量 。弹簧 8的作用:在信号为零时将衔

45、铁等运动件反推回去, 以得到尽可能低的 Pmin 。如果阀是垂直安装,它还要平衡衔铁的重量。4.2先导式比例溢流阀对于大流量规格的阀,一般采用先导 式结构。这种阀由以下几个主要部分组成:带有比例电磁铁 2的先导级 1,最高压力限制阀 3(供选择 ,带主阀芯 5的主阀 4。 图 52 DBE型先导式比例 溢流阀及其电控器 图 53 DBEM型先导式比例溢流阀,带限压阀阀的基本功能与一般先导式溢流阀一样, 其区别就在于先导阀:用比例电磁 铁代替了调压弹簧,它是一个力调节型比例电磁铁。如果在电控器中预调一个给定的电流, 对应就有一个与之成正比例的电磁力 作用在先导锥阀芯 6上。输入电流越大,电磁力就

46、越大,调节压力也就越大; 输入电流越小,电磁力就越小,调节压力也就越低。由系统 (油口 A 来的压力作用在主阀芯 5上。 同时系统压力通过液阻(7.8.9.及其控制回路 10,作用在主阀芯的弹簧腔 11上。通过液阻 12,系统压力作用 在先导锥阀 6上,并与电磁铁 2的电磁力相比较。当系统压力超过相应电磁力 的设定值时,先导阀打开,控制油由 Y 通道回油箱。注意:油口 Y 处应该始终 处于卸压状态。由于控制回路中液阻网络的作用, 主阀芯 5上下两端产生压力差, 使主阀芯 抬起,阀口 A 与 B 连通(泵-油箱 。为了在电气或液压系统发生意外故障时, 例如过大的电流输入电磁铁, 液压 系统出现尖

47、峰压力等,能保证液压系统的安全,可以选择配置一个弹簧式限压 阀 3,作为安全阀。它同时可以作为泵的安全阀。在调节安全阀的压力时, 必须注意它与电磁铁可调的最大压力的差值, 这个 安全阀应该只对压力峰值产生响应。作为参考,这个差值可取最大工作压力的 10%左右。例如:最大工作压力为 100bar,安全阀调定压力为 110bar。不同的压力等级(50,100,200,315bar ,也是通过不同的阀座直径来实现。除了一般的特性曲线,如“流量-压力特性” , “流量-最低调节压力特性” 之外,还有一条重要特性曲线是“控制 电流-进口压力特性” 。作为例子, 图 54给出了压力级别为200bar 的阀

48、的特性曲线。对于每一个压力等级来说,阀的最大的压力,总是对应于最大电流 800mA。实际上,人们只图 54 进口压力和控制电流的关系选择必要的压力等级,而不选较高的等级,以便得到尽可能好的分辨率。 从特性曲线上可以看出,当不是配用 VT2000,而是用其它不带颤振信号的 放大器时,会产生较大的滞环。使用这种阀可以达到如下指标:电流-进口压力的线性度 ±3.5%重复精度 <±2%滞环 ±1.5%滤油精度(耐压滤油器装在输入管道中 10m4.3 先导控制式比例减压阀一、DRE10,25型与前述的溢流阀一样,电磁力直接作用于先导锥阀。 图 55 DRE10先导控制

49、式比例减压阀通过调节比例电磁铁 2的电流来调整 A 通道中的压力。在调定值为零的原始位置(在 B 通道中没有压力或流量 ,弹簧 10使主阀 芯组件处于其输出口位置,A 与 B 之间的通道关闭。因此抑制了起动阶跃效应。 A 通道的压力通过控制通道 6,作用到主阀芯的端面 7上。B 中的油液经过 通道 8,通过主阀芯引到小流量调节器 9。小流量调节器使从 B 通道来的控制油 流量保持为常数,而与 A、B 通道间的压力差无关。从小流量调节器 9流出的控 制油进入弹簧腔 10,通过孔道 11和 12,并经过阀座 3,由 Y 通道 14、15、16流回油箱。A 通道中希望达到的压力,由配套的放大器预调。

50、比例电磁铁把锥阀芯 20压向阀座 13, 并把弹簧腔 10中的压力限制在调定值上。 如果 A 通道中的压力低 于预调的设定值时,弹簧腔 10中较高的压力,就使主阀芯向右移动,打开 A 与 B 之间的通道。当 A 通道的压力达到调定值时,主阀芯上的力也达到平衡。A 通道中的压力×阀芯面积 7=弹簧 10腔中的压力×阀芯面积+弹簧力 17。 如果 A 通道中压力上升,则阀芯向从 B 到 A 的阀口关闭方向移动。如果要使 A 腔的一个静止受压油柱(例如缸被制动降压,则可以在配套 放大器的设定值电位器上,预调一个较低的压力值。通过电磁铁的作用,这个 低压值马上就会在弹簧腔 10中出

51、现。作用在面积 7上的 较高的 A 腔压力, 把主 阀芯压在螺堵 18上, 使 A 到 B 的通道关闭, A 到 Y 的通道打开。弹 簧 17的弹簧力,与主 阀芯端面 7上的液压 力相抗衡。 主阀芯在这 个位置时, A 通道的油, 可以经过控制边 19, 通过 Y 流回油箱。图 56 DBEM20先导式比例减压阀及其电控器当 A 腔压力降到弹簧腔 10中的压力加上与弹簧力相应的压差P时,主阀 芯移动并关闭 A 到 Y 的控制阀口(开在阀套中的很大的控制孔口 ,A 腔中与新 的设定值相比高出约 10bar 的剩余压差,将通过精细控制孔 22卸除。通过这个 措施,得到一个较好的没有压力分谐波的瞬态

52、响应过程。为了使油能从 A 通道 自由流向 B 通道, 可以选择配置单向阀 5。 与此同时, A 通道中的另一部分油液, 通过主阀芯打开的控制阀口,从 A 经过 Y 流回油箱。二、DREM 型为了保证液压系统在电磁铁的电流超过允许值而在 A 通道产生高压时能够 安全运行,在本阀中安装了弹簧式最高压力限制阀 21。说明:对于在 B 通道中使用一个节流阀(例如比例方向阀进行节流制动 的系统,在油液经过单向阀 5从 A 流到 B 的同时,通过并联的 Y 通道进入油箱 的那一部分油液,将影响 A 通道中负载的制动过程。对于通道 A 的溢流控制来 说,这个 A 到 Y 的第三个通道也是不合适的。 图 5

53、7 机能符号 三、DRE30型A 通道中压力的调节,是由改变比例电磁铁的控制电流来实现的。主阀在初始位置时, B 通道中没有压力,主阀阀芯组件 4处于 B 到 图 58 DRE30先导式比例减压阀及其电控器A 打开的位置。A 通道中的压力作用在使阀口关闭的主阀芯底端。先导压力作用在使阀从 B 到 A 打开的主阀芯弹簧腔。从 B 通道来的控制油,经过孔 6,流量稳定器 9,孔 7,流到与锥阀 8相配 的阀座 10,然后从 Y 通道流回油箱。通过调节电磁铁 2的电信号,先导阀 1得到一个作用于主阀芯弹簧腔的压 力。 在主阀 4的调节位置上, 油液从通道 B 流向 A, A 通道中的压力不会超调 (A通道的压力取决于先导级压力和主阀弹簧 。当与 A 通道相连的执行元件不运动时(例如缸被制动 ,如果通过比例电磁 铁 2在 A 通道中调定一个很低的压力,则主阀芯移动,关闭从 B 到 A 的通道, 同时打开从 A 到主阀弹簧腔的通道。 在这种情况下, A 通道中的压缩流体可以通 过先导阀 1和 Y 通道卸荷。为了使油液能从 A 自由回流到 B 通道,可以安装一个单向阀 11。 图 59 DRE30/DREM30先导式比例减压阀第五章 比例流量阀比例流量阀的作用就是实现对执行元件运动速度的调节。它