电液比例控制阀结构及原理

电液比例控制阀结构及原理第1页/共39页1概述

电液比例控制阀由于能与电子控制装置组合在一起，可以十分方便的对各种输入、输出信号进行运算和处理，实现复杂的控制功能。同时它又具有抗污染、低成本以及响应较快的优点，在液压控制工程中获得越来越广泛的应用。比例控制元件的种类繁多，性能各异，有多种不同的分类方法。

◆按其控制功能来分类，可以分为比例压力控制阀、比例流量控制阀、比例方向阀和比例复合阀。前两者为单参数控制阀，后两者为多参数控制阀。

◆按压力放大级的级数来分，又可以分为直动式和先导式。直动式是由电—机械转换元件直接推动液压功率级，由于转换元件的限制，它的控制流量都在15L/min以下。先导控制式比例阀由一直动式比例阀与能输出较大功率的主阀级构成，流量可达到500L/min，插装式更可以达到1600L/min。第2页/共39页图1闭环的电液比例控制系统及比例阀框图

◆按比例控制阀的内含的级间反馈参数或反馈物理量的形式可以分为带反馈或不带反馈型。

◆反馈型又可以分为流量反馈、位移反馈和力反馈。◆比例阀按其主阀芯的型式来分，又可以分为滑阀式和插装式。第3页/共39页

从电液比例阀的原理框图中可以看出，它主要有以下几部分组成：

1）电—机械转换元件；

2）液压先导级；

3）液压功率放大级；

4）检测反馈元件。第4页/共39页2比例压力控制阀

比例压力控制阀应用最多的有比例溢流阀和比例减压阀，有直动型和先导两种。第5页/共39页2.1直动型比例溢流阀不带位置反馈的和带位置反馈图2直动式比例溢流阀1.插头；2.衔铁推杆；3.传力弹簧；4.锥阀芯；

5.防振弹簧；6.阀座；7.阀体直动式压力阀的结构与普通压力阀的先导阀相似，所不同的是阀的调压弹簧换为传力弹簧3，手动调节螺钉部分换装为比例电磁铁。第6页/共39页图3带位置反馈的直动溢流阀位移传感器；2.传感器插头；3.放气螺钉；4.比例电磁铁；5.线圈插头；6.弹簧座；7.调压弹簧；8.防振弹簧；9.锥阀芯；10.阀体；11.阀座；12.调节螺塞

带位置反馈的直动溢流阀包括力控制型比例电磁铁4以及由阀体10、阀座11、锥阀芯9、弹簧7等组成的液压阀本体。电信号输入时，比例电磁铁4产生相应电磁力，通过弹簧7作用于阀芯9上。电磁力对弹簧预压缩，预压缩量决定溢流压力。预压缩量正比于输入电信号，溢流压力正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。第7页/共39页

普通溢流阀采用不同刚度的调压弹簧改变压力等级。由于比例电磁铁的推力是一定的，比例溢流阀是通过改变阀座11的孔径而获得不同的压力等级。阀座孔颈小，控制压力高，流量小。调节螺塞12可在一定范围内调节溢流阀的工作零位。直动型比例溢流阀在小流量场合下单独做调压元件，更多的是做先导型溢流阀或减压阀的先导阀。第8页/共39页2.2先导型比例溢流阀图4先导型比例溢流阀1.阀座；2.先导锥阀；3.轭铁；4.衔铁；5.弹簧；6.推秆；7.线圈；8.弹簧；9.先导阀

先导型比例溢流阀下部与普通溢流阀的主阀相同，上部则为比例先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的安全阀（先导阀）9，用以限制比例溢流阀的最高压力。第9页/共39页带位置反馈先导型比例溢流阀图6带位置调节型比例电磁铁的先导型比例溢流阀1.位移传感器；2.行程控制型比例电磁铁；3.阀体；4.弹簧；5.锥阀芯；6.阀座；7.主阀芯；8.节流螺塞；9.主阀弹簧；10.主阀座（阀套）第10页/共39页图7直接检测式比例溢流阀1.推杆；2.先导阀阀芯；3.比例电磁铁；4.主阀阀芯

测压面a0检测ps，形成反馈力信号与衔铁的输出力Fm直接进行比较。第11页/共39页2.3先导型比例减压阀

先导型比例减压阀与先导型比例溢流阀工作原理基本相同。它们的先导阀完全一样，不同的只是主阀级。溢流阀采用常闭式锥阀，减压阀采用常开式滑阀。图8带位置反馈先导型比例减压阀1.位移传感器；2.行程控制型比例电磁铁；3.阀体；4.弹簧；5.先导锥阀芯；6.先导阀座；7.主阀芯；8.阀套；9.主阀弹簧；10.节流螺塞；11.减压节流口第12页/共39页

比例电磁铁接受指令电信号后，输出相应电磁力，经弹簧4将先导锥阀芯5压在阀座6上。由B进入主阀的一次压力油，经减压节流口11后的二次压力油，经主阀芯7的径向孔经A口输出，二次压力油同时经阀芯7上的节流螺塞10至主阀芯弹簧腔(右腔)、通路a、先导阀座6作用于先导阀芯5上。若二次压力不能使导阀5开启，则主阀芯左、右两腔压力相等。在弹簧9的作用下，减压节流口11为全开状态，B→A流向不受限制。当二次压力超过比例电磁铁设定值时，导阀芯5开启，液流经c、Y口泄回油箱。由于节流螺塞10的作用，主阀芯弹簧腔压力下降，主阀芯左、右两腔的压差使主阀芯克服弹簧9之作用，使减压节流口11关小，使二次压力降至设定值。为防止二次压力过高，可在X口接一手动式直动型溢流阀起保护作用。第13页/共39页图9带限压阀的先导比例减压阀工作原理图1.比例溢流阀先导级；2.限压阀；3.主阀；4.先导油流道第14页/共39页3.2.4三通比例减压阀

直动式三通比例减压阀图10直动式三通比例减压阀1.比例电磁铁；2.对中弹簧；3.阀芯；4.阀体第15页/共39页

无信号电流时，阀芯3在对中弹簧2作用下处于中位，P、T、A各油口互不相通。比例电磁铁接收信号电流时，电磁力使阀芯3右移，P、A接通，油口A输出的二次压力油输入到执行元件。二次压力油又经阀体通道a反馈到阀芯右端，作用于右端的油液压力与电磁力方向相反。二次压力与电磁力平衡时，滑阀芯3返回中位，A口压力保持不变，并与电磁力成正比例。若对阀芯的作用力大于电磁力，阀芯移至左端，A口与T接通，压力下降，直至新的平衡。三通比例减压阀可以控制二次压力油的压力和方向。成对使用时，用作比例方向阀的先导阀，如图3-11所示：第16页/共39页图3-11三通比例压力阀用作先导方向阀1、2.比例电磁铁；3阀体；4.阀芯；5、6.压力测量第17页/共39页3电液比例方向阀第18页/共39页

◆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。第19页/共39页阀芯形状与阀的中位机能第20页/共39页第21页/共39页3-13直动式比例方向阀第22页/共39页3.1直动型比例方向阀图14直动型比例方向阀（无位置控制）1、6.比例电磁铁；2、5.对中、复位弹簧；3.阀体；4.阀芯第23页/共39页

直动型比例方向阀因受比例电磁铁电磁力的限制，只能用于小流量系统。在大流量系统中，过大的液动力将使阀不能开启或不能完全开启，应使用先导型比例方向阀。先导型比例方向阀有两种：一种是以传统电液动方向阀为基础发展而成的，其先导阀是双向三通比例减压阀，主阀为液动式比例方向阀；二是在伺服阀简化基础上发展而成的，称做伺服比例方向阀或廉价伺服阀。

3.2先导型比例方向阀第24页/共39页图15先导型比例方向阀

1，2.比例电磁铁；3.先导阀；4.控制阀芯；7.主阀；8.主阀芯；9弹簧；10，12.主阀腔；13.连杆

先导型比例方向阀结构它是由直动型比例方向先导阀和比例被动主阀叠加而成。其工作原理与电液动方向阀相同。第25页/共39页图16先导型比例方向阀阀芯第26页/共39页

先导阀是直动型四位四通闭环比例方向阀。它有四个工作位置．由一个行程型比例电磁铁控制。左边位置是机械零位，零位为Y型机能。先导阀处于机械零位时，保证主阀复位。右端为复位弹簧，比例电磁铁电磁力直接作用在先导阀芯和复位弹簧上。工作期间，阀芯在三个工作位置上移动。电磁铁失电时，复位弹簧使阀芯定位于机械零位(紧急停止时的故障保护位置)。在液动主阀中，主阀滑阀芯带位移传感器(双向控制)，阀芯两端用压力弹簧对中，阀芯台肩圆柱面轴向开有圆形和矩形组合的节流槽。主阀芯(右端)有防转动机构，可以提高重复控制精度。该先导型比例方向阀可实现闭环控制。第27页/共39页4电液比例流量控制阀第28页/共39页

比例流量控制阀的流量调节作用在于改变节流口的开度。它是用电—机械转换器取代普通节流阀的手调机构，调节节流口的通流面积，使输出流量与输入信号成比例。比例流量阀分为比例节流阀和比例调速阀。直动型比例节流阀较少见。由于比例方向阀具有节流功能，实际使用中则以二位四通比例方向阀代替比例节流阀。图17作比例节流阀时的四通比例阀的连接a.利用两个通道b.利用一个通道4.1利用方向阀作流量控制第29页/共39页4.2比例节流阀

图18位置—力反馈型比例节流阀1.先导阀阀芯；2.比例电磁铁；3.主阀芯第30页/共39页

比例调速阀是在传统调速阀的基础上将其手调机构改用比例电磁铁而成的。它仍然是由压力补偿器(定差减压阀)和比例节流阀构成的。因为它只有A、B两个主油口，又称做二通比例调速阀。4.3比例调速阀图19比例调速阀工作原理简图1.定差减压阀；2.比例节流阀；3.单向阀；4、5.弹簧第31页/共39页

图中，压力补偿器的减压阀1位于节流阀2主节流口的上游，且与主节流口串联，减压阀阀芯由一小刚度弹簧4保持在开启位置上，开口量为h；节流阀2阀芯也由一小刚度弹簧5保持关闭。比例电磁铁接受输入电信号，产生电磁力作用于阀芯，阀芯向下压缩弹簧5，阀口打开，液流自A口流向B口。阀的开口量与控制电信号对应。行程控制型比例电磁铁提供位置反馈，可使其开口量更为准确。压力补偿器的功能是保持节流阀进出口压差Δp=p2-p3不变，从而保证流经节流阀的流量

q稳定。第32页/共39页4.4定差调速阀图21定差溢流型比例调速阀1.定差溢流阀；2.比例节流阀；3.限压先导阀第33页/共39页5闭环比例阀

闭环比例阀是传统阀持续发展的产物，其动静态性能几乎毫不逊色于伺服阀，在某些方面甚至超过伺服阀。它与一般比例阀的最大区别在于采用了控制中位零搭接阀口的结构，因而无中位死区，而这点正是高精度闭环控制元件的先决条件。此外，它通常有四个阀位，除了正常工作的三个阀位外，还有一个机械（自然）零位。过去，在高精度的控制领域，通常只会想到伺服阀，现在闭环比例方向阀是一种可供选择的方案。闭环比例阀必须要采用行程控制的比例电磁铁来驱动，而测量电子装置，如振荡器、解调器等都与位置传感器一起集成在阀的内部，它可分为直动式和先导式，二位三通或三位四通、四位四通等。

第34页/共39页比例阀、闭环比例方向阀与伺服阀的主要性能比较表3.1几种连续操纵阀