第九章 方向控制阀.ppt

1、第九章 电液比例方向控制阀,比例方向阀,电液比例方向阀，与开关式方向阀最大的差别在于，前者能按输入电信号的正负和数值大小同时实现液流方向控制和流量的比例控制。其结构型式往往又与开关式方向阀或电液伺服阀相似。,一.电液比例方向阀概述：,开关型电磁换向阀由电磁铁分别得电来连通不同的油口实现液流方向的切换； 双比例电磁铁的比例方向阀由放大器中的极性判别电路选通不同的控制通道以控制相应的比例电磁铁，连通不同的油口，实现液流方向的切换； 单比例电磁铁的比例方向阀是在比例放大器通电时，先将主控阀芯推到行程中点，与信号的中间值相对应，然后根据信号偏离信号中点的情况来连通不同的油口，实现液流方向的切换。,二.

2、 电液比例方向阀的分类,按其对流量的控制方式，分为节流控制型和流量控制型两大类。 节流控制型与比例节流阀相当，其受控参量是功率级阀芯的位移或阀口开度，输出流量受负载压力和供油压力变化的影响。 流量控制型与比例调速阀相当，它由比例方向阀和定差减压阀或定差溢流阀组成压力补偿型比例方向流量阀。此外，还有近年来发展起来的，内含各种型式流量检测反馈闭环的流量反馈型电液比例方向流量阀。其受控量只取决于输入电信号，而与供油压力、负载压力及回油压力变化无关。,电液比例方向阀的分类,按照对功率级控制方式来分：分为直接控制式(单级阀）、先导控制式。 根据结构型式来分：分为四边滑阀型、二通插装式或三通插装型式。,三

3、.直接控制式比例方向节流阀,（一）普通型直控式比例方向节流阀 （行程控制型比例电磁铁）,阀的稳态控制特性具有较大的中位死区，其起始电流往往可达额定电流的1530左右。,比例电磁铁需要提供的起始电流为：,起始电流可达额定电流的20左右。在比例放大器中设计有快跳电路。,普通型直控式比例方向节流阀,比例电磁铁必须克服弹簧力、摩擦力和功率级液动力才能控制阀芯移动。可见阀芯的位移及阀的功率域，均受到比例电磁铁的有效工作行程及其电磁力的限制。因此它只适宜于流量不大、压差较低的场合使用。同时，阀的稳定性在很大程度上取决于它的负载特性。 阀的负载位移偏差方程为：,稳态液动力刚度,稳态液动力偏差,稳态液动力,稳

4、态液动力是影响直控式比例方向节流阀等位移偏差的主要因素,阀芯位移出现负偏差,高压大流量工况更甚，严重时，会使方向阀阀口关闭。,必须使定位弹簧刚度大于稳态液动力刚度，,（二）位置调节型双比例电磁铁比例方向节流阀,位移传感器,这种位置调节闭环，使阀芯对各种非线性干扰力例如液动力变化,油液污染引起摩擦力变化等的影响不敏感。而且能快速，准确地跟踪预调设定值。这种电反馈回路，一般还设置PID调节器，进行电校正，以提高阀的控制特性。,位移-电反馈直控式比例方向节流阀特征,这系统是一个对指令输入的一阶无差系统(型系统)，其位置误差为零，速度误差为：,PID调节器 总增益,除K1外的前向通道增益,反馈增益,因

5、此，阀的稳态性能主要由位移传感器的性能所决定。PID参数的合理选择，是提高阀的静、动态性能的关键。线性度、滞环和重复精度等稳态控制特性，一般可控制在1以内。,电反馈比例方向阀的稳态控制特性曲线,职能符号：,四.先导控制式比例方向节流阀,对大流量高压液流实现控制，必须采用先导型二级或多级方向比例节流阀。由于阀内含有一级或多级液压功率放大足以克服主阀芯上的液动力干扰，在负载变化时具有较高的稳定裕度。该类阀各级间需采取一定方式互相耦合(位移-压力, 位移-力,位移-电信号,以及单位位置直接反馈等形式),（一）先导压力控制型二级比例方向节流阀,先导减压型和先导溢流型二级比例方向节流阀是这类阀的常见形式

6、。,先导减压型二级比例方向节流阀,1）当比例电磁铁2和3的电流为零时，先导减压阀芯5处于中位，弹簧7将主阀芯6也推到中位。 2）主阀芯6的动作由先导阀4来控制，比例电磁铁2和3由比例放大器控制分别得电。,工作原理,工作原理,比例电磁铁2通入电流iFi=FpPAA,PA,补充：三通比例减压阀工作原理,当无信号电流时：阀芯在对中弹簧作用下处于中位，各油口互不相同。 当比例电磁铁通电流时：相应的电磁力使阀芯右移，接通进油口P和A，同时此A口压力作用在阀左端，与电磁力平衡，油口A压力PA与控制电流成正比。,当受到扰动，PA对阀芯施加的力超过电磁力，阀芯左移，AT， PA压力下降直至新的平衡重新建立。

7、三通减压阀，压力下降时，压力油直接回油箱，使降压响应与升压响应一样快速。,成对组合使用时，主要用作比例方向阀的先导阀。,补充：双向直动式三通比例减压阀工作原理,左边电磁铁通入电流iFi阀芯4右移(PA) 油液进入阀芯空腔产生FpPAAFi,（二）位移力反馈型比例方向节流阀,至回油,喷嘴,B型半桥,工作原理：,当信号电流输入力矩马达时，衔铁在电磁力矩作用下克服弹簧管弹性反力发生偏转，带动挡板产生偏移(例如向左），于是由前置固定液阻和双喷嘴挡板组成的先导液桥输出控制压力推动主阀芯右移，并带动反馈弹簧杆变形，所产生的反馈力直接参与力矩马达衔铁的平衡，使挡板又恢复到中位附近，所以该阀内含位置力反馈闭环

8、。 弹簧管既是密封隔离元件又是弹性支承，和伺服阀不同的是采用了直径较大的喷嘴孔径，和较简单的弹簧管结构。 主阀控制边均设有一定的遮盖量。为了保护先导圾,在两固定液阻前各设一滤油器。 力反馈回路抑制了主阀上液动力、摩擦力的干扰,因而阀具有良好的稳态控制性能及快的动态响应特性。但是，它的结构比较复杂,(三）位移电反馈型比例方向节流阀,电反馈方案的突出优点是，反馈增益调节十分方便，并可采用PID或状态反馈校正、以改善其稳、动态特性。由于微电子集成技术的发展，近年来已出现比例阀、位移传感器和测量放大器集成一体的机电液一体化器件，不仅结构紧凑，使用方便，其可靠性和寿命以及成本均能满足工业使用要求。,双级

9、电反馈比例方向节流阀,单电磁铁控制型双级电反馈比例方向节流阀结构原理图,正开口四边滑阀（液压全桥）,五.电液比例方向流量阀,比例方向流量阀分类： 按工作原理分：压力补偿型和流量检测反馈型两大类在工程实用上，以压力补偿型居多。 压力补偿型：分为定差减压型，定差溢流型和负载压力补偿型等。 流量反馈型：有流量压力反馈，流量力反馈及流量电反馈等形式,（一）定差减压型电液比例方向流量阀 （二通进口压力补偿器的工作原理及其应用）,定差减压型电液比例方向流量阀，由一前置式定差减压阀和比例方向节流阀串联而成。 定差减压阀，控制自比例方向节证阀进口，至负载前腔A或B之间的阀口压差。减压阀弹簧支承端的压力，应按换

10、向工作位置的不同，而与A腔或B腔相沟通，从而实现PA或PB的压力补偿作用。,定差减压阀的压力补偿是基于忽略弹簧力变化，液动力随工况变化所带来的影响，使工作阀口压降近似保持为常数的传统原理。,压力补偿器的压差可调和限压功能,压差可调整的进 口压力补偿（B型半桥）,带最高压力限制功能的进口压力补偿回路,进口压力补偿器不能被用于存在负载荷的系统,对于带有梭阀的补偿回路，在减速过程中，与压力补偿器弹簧腔相通的油压力，不再来自进油侧A，而是出油侧B 。在此工况下，B侧压力较高，它亦可将压力补偿器打开。,它在减速触动过程中，特别是当减速制动压力高于由弹簧设定的进口检测阀口处的压差时，不能正常工作。,（二）定差溢流型电液比例方向流量阀（三通压力补偿器）,（三）流量反馈型电液比例方向流量阀,工作原理：,采取了流量压力反馈的方式来