第8讲 电液比例压力阀

当电磁换向阀通电使电梯下降时，阀芯运动很快，这表明 液压缸活塞很快加速到其最大速度（最大速度通过设定流 量控制阀F来确定）。电梯的这种突然启动会使乘客感到非 常不舒服。
F
同样，当电梯到达目的地时，因电磁换向阀的很快关闭，也会使电梯突 然停止，从而再次使乘客感到不舒服。在实际液压系统中，由执行元件 的突然启停而产生的冲击还会造成压力尖峰，这也是容易引起系统泄漏 的情况之一。
力
时间
在这种情况下， 不仅需要控制执 行元件的最大压 力，而且还需控 制施加或消除压 力的速率。
力
时间
实际上，机器 工作循环由一 系列斜坡和保 持周期组成， 这些周期都可 以通过比例阀 来实现。
力
时间
在机器工作循环末段，对许多过程 来说，压力下降速率也是非常关键 的。
力
因此，采用比例阀可 以实现运动和力控制 ，且在有些场合，同 一种比例阀既可用于 运动控制，也可用于 力控制。这通常涉及 到 “ PQ” 控 制 ， 如 控 制 压 力 (P) 和 流 量 (Q) 。
三、电子控制
通常，比例电磁铁的线圈电流由功率放
大器（电子放大器）来控制。功率放大 器本身需要一个电源（一般为12 或 24 VDC ）和一个输入信号。
功率放大器输出（电流）由输入信号控制，当输 入信号为零时，输出信号也为零。
24 V DC
当输入信号增大时，功率放大器的输出信号也相 应地增大。
24 V DC
距离
加速度
时间
2. 控制执行元件速度，若有必要，对于变负载， 应保持其恒定。
距离
速度
加速度
时间
3. 平滑减加速度，并使压力峰值最小。
距离
减速度 速度
加速度
时间
4. 通过采用合适的感测元件，比例阀还可以较高 精度控制执行元件定位。
位置
减速度
速度
距离
加速度
时间
力控制
比例阀也可以通过 控制施加于执行元 件中的压力来控制 执行元件的输出力 （例如在压机或注 塑机中）。
当输入信号增大时，功率放大器的输出信号也相 应地增大。
24 V DC
驱动比例电磁铁的大电流（一般为2 ~ 3A）由电 源提供，而来自输入信号装置的电流都是很小的 （通常为几个毫安），因此，输入信号装置可以 为简单的电位计。
24 V DC
在许多应用场合中，输入信号通常由机器控制器本身 （如PLC – 可编程序控制器）来产生，然后，输入信 号直接输入给功率放大器，以产生相应的输出。
此外，所有这些控制 功能都可通过将电信 号输入到比例阀上来 实现，而比例阀具有 与机器控制器相连接 的简单接口。
时间
当今机器控制通常采用电子 控制器来实现，而比例阀在 液压系统与电子控制器之间 可提供一个简单接口。
比例阀通过电信号控制，即 仅采用小功率电缆就可将操 作台与比例阀连接起来。
一台机器中，若 使用比例方向阀 和比例压力阀， 则表明这台机器 的液压功能（运 动和作用力）可 由电信号控制。
《电液伺服与比例控制》 第8讲 电液比例阀
机械工程系机电教研室
Wenzhou Vocational & Technical College
第8讲 电液比例阀
一、结构原理
1.电液比例溢流阀
1) 比例阀可用于控制压力，在这种 情况下，比例电磁铁用来推动阀芯 动作，即通过弹簧将锥阀芯压在阀 座上。电磁力越大，所需将溢流口 打开的压力就越大。
如果采用比例阀来替代电磁换向阀和流量控制阀，那么，电 梯速度不仅可由电信号调节，而且还可以控制电梯的启停。
比例阀可以非常缓慢地开启，以使电梯平滑加速至最大速度。
电梯举例 – 比例系统
同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也可以控制减加速度。
运动控制
比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制： 1. 平滑控制执行元件的加速度，直至最大速度。
24 V DC
四、比例阀类型
1.无反馈式比例阀
为了满足不同应用场合的要求，可使用不同类型的比例阀 ，这些比例阀具有不同的性能。在最简单的比例方向阀类 型中，电磁力与弹簧力相平衡，以对阀芯进行定位。
功率放大器的输入信号可产生相应的输出电流，以输出给 比例电磁铁。这个电流信号在阀芯上产生一个电磁力，从 而使阀芯移动，直至电磁力与弹簧力相平衡。
比例溢流阀多用于 系统的多级调压或实 现连续的压力控制。
2.电液比例调速阀
用比例电磁铁取代节流阀或调速阀的手调装置，以输入电 信号控制节流口开度，便可连续地或按比例地远程控制其输 出流量，实现执行部件的速度调节。
比例调速阀的工作原理图
二、电梯举例 – 开关系统
阀芯运动速度可控是非常有用的，这主要是因为其 可以降低系统中的冲击，即通过控制执行元件的加 速度和减加速度来达到此目的。假设以宾馆中电梯 为例，其采用开关式液压系统。
2) 所以，这种类 型的比例阀具有 一定的局限性， 如允许通过的最 大流量较小和其 性能较低等。
2.反馈式比例阀
比例阀性能可通过嵌入阀芯位移传感器来提高，这种传感 器将阀芯位移信号反馈给功率放大器，从而实现对阀芯更 加精确地定位。
增加输入信号，以使阀口逐渐开启。
与无反馈式比例阀一样，反馈式比例阀中也将产生克服电磁力 的液动力，该液动力试图将阀口开度变小。不过，阀口开度变 化现可通过阀芯位移传感器感测，并从功率放大器输出已增大 的电流，即采用已增大的电磁力来补偿液动力。
小输入信号对应于较小的阀开口度。
逐渐增加输入信号会使阀开口度也变大，且允 许较大流量流过...
... 直至达到阀的最大开口度，即通过最大流量。
1) 因此，对于任何输入信号，阀芯定位都是通过电磁力与弹 簧力相平衡来实现的。不过，其它形式的力实际上也作用在 阀芯上。当流体流过比例阀时，通常产生液动力，这些液动 力与弹簧力一起克服电磁力，从而使阀口大，液动力最终将克服电 磁力，并使阀口开度减小，不过，这种情况发生时阀口流 量要比无反馈式比例阀大得多。因此，对于给定规格的比 例阀，反馈式的通流能力要比无反馈式强，且阀芯定位精 度更高（流量控制更精确）。
2) 但反馈式比例阀的制造成本要比无反馈式比例阀高许 多，且其需要专用功率放大器来控制。
直动式比例溢流阀
先导式比例溢流阀
为了控制较 高的流量， 直动式比例 溢流阀可以 作为先导式 溢流阀的先 导级（或减 压阀）。
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
先导型比例溢流阀的工作原理简图
比例电磁铁的推杆 向先导阀芯施加推力 ，该推力作为先导级 压力负反馈的指令信 号。随着输入电信号 强度的变化，比例电 磁铁的电磁力将随之 变化，从而改变指令 力的大小，使锥阀的 开启压力随输入信号 的变化而变化。