第六章 电液比例阀及比例控制回路(206)
比例控制阀
单向移动式比例电磁铁的吸力特性
比例阀的特点
1、对压力、流量等参数进行连续或比例控制； 2、输出的压力、流量等参数不受负载影响； 3、结构简单，通用性强； 4、加工精度接近普通液压阀； 5、具有伺服阀远程、连续操纵优点； 6、对油液污染不像伺服阀敏感。
比例阀实物图
直动式比例溢流阀
输入一I，产生一电磁力作用于阀心上，得到一控制压力
先导式比例溢流阀
利用比例溢流阀的调压回路
利用比例减压阀的减压回路
将比例溢流阀的主阀换 为减压阀，则称为比例 减压阀。
利用比例减压阀的减压 回路，可以实现多级减 压甚至无级减压，大大 简化系统结构。
比例流量阀
比例电磁铁和节流阀组 合，即成为比例节流阀。
比例电磁铁和调速阀组 合即成为比例调速阀。 如右图所示。
比例调速阀的工作原理： 通过比例电磁铁控制节 流阀阀芯的开度，从而 控制调速阀的输出流量。
利用比例调速阀的调速回路
比例方向阀
换向阀阀心上开有三角槽，阀心运动时，其通流面积变化， 故液流方向变化时，流量也会变化 输入一电流，得到一个运动方向，并且还可改变输出流量的 大小；改变电流信号极性，即可改变运动方向。
比例复合阀原理
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比例电磁铁
结构：极靴1，线圈2，限位 环3，隔磁环4，壳体5，内盖 6，外盖7，调节螺栓8，弹簧 9，衔铁10，隔磁支承环11， 导向管12。
工作原理：线圈通电后产生 磁场，隔磁环使磁力线主要 通过衔铁、气隙和极靴，极 靴对衔铁产生吸力。电流一 定时，吸力大小一定。在电 磁铁左端加一弹簧，则衔铁 的位移与电流大小成正比。
5.5比例控制阀
1、电液比例阀简称比例阀，是一种按输入信号连续或 按比例地控制液压系统中的流量、压力和方向的控制 阀。
电液比例阀
3.2.1直动式比例溢流阀直动式比例溢流阀的工作原理及结构见图3-2,。
这是一种带位置电反馈的双弹簧结构的直动式溢流阀。
它于手调式直动溢流阀的功能完全一样。
其主要区别是用比例电磁铁取代了手动弹簧力调节组件。
如图3-2a所示，它主要包括阀体6，带位置传感器1、比例电磁铁2、阀座7、阀芯5及调压弹簧4等主要零件。
当电信号输入时，电磁铁产生相应的电磁力，通过弹簧座3加在调压弹簧4和阀芯上，并对弹簧预压缩。
此预压缩量决定了溢流压力。
而压缩量正比输入电信号，所以溢流压力也正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。
弹簧座德实际位置由差动变压器式位移传感器1检测，实际值被反馈到输入端与输入值进行比较，当出现误差就由电控制器产生信号加以纠正。
由图3-2b所示的结构框图可见，利用这种原理，可排除电磁铁摩擦的影响，从而较少迟滞和提高重复精度等因素会影响调压精度。
显然这是一种属于间接检测的反馈方式。
ab图3-2 带位置电反馈的直动式溢流阀a)工作原理及结构b）结构框图1—位移传感器2—比例电磁铁3—弹簧座4—调压弹簧5—阀芯6—阀体7—阀座8—调零螺钉普通溢流阀可以靠不同刚度的调压弹簧来改变压力等级，而比例溢流阀却不能。
由于比例电磁铁的推力是一定的，所以不同的等级要靠改变阀座的孔径来获得。
这就使得不同压力等级时，其允许的最大溢流量也不相同。
根据压力等级不同，最大过流量为2～10L/min。
阀的最大设定压力就是阀的额定工作压力，而设定最低压力与溢流量有关。
这种直动式的溢流阀除在小流量场合下单独作用，作为调节元件外，更多的是作为先导式溢流阀或减压阀的先导阀用。
另外，位于阀底部德调节螺钉8，可在一定范围内，调节溢流阀的工作零位。
3.2.2先导式比例溢流阀1.结构及工作原理图3-3所示为一种先导式比例溢流阀的结构图。
它的上部位先导级6，是一个直动式比例溢流阀。
下部为主阀级11，中部带有一个手调限压阀10，用于防止系统过载。
当比例电磁铁9通有输入信号电流时，它施加一个直接作用在先导阀芯8上。
《电液比例技术》课件
《电液比例技术》 PPT课件
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DATE
ANALYSIS
SUMMARY
目录
CONTENTS
• 电液比例技术概述 • 电液比例元件 • 电液比例系统 • 电液比例技术的发展趋势 • 电液比例技术的应用实例
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
01
电液比例技术概述
应用领域
工业自动化
电液比例技术广泛应用于各种工业自动 化设备中，如注塑机、压机、液压机等
。
农业机械
在农业机械中，电液比例技术用于控 制拖拉机、收割机等的液压系统。
汽车工业
在汽车工业中，电液比例技术用于控 制发动机的燃油喷射、自动变速器等 。
军事领域
在军事领域中，电液比例技术用于控 制火炮、导弹等武器系统的液压系统 。
REPORT
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ANALYSIS
SUMMAR Y
02
电液比例元件
比例电磁铁
比例电磁铁是电液比例技术中的一种 重要元件，它能够将输入的电信号转 换为机械位移输出，从而实现电信号 对液压系统的控制。
比例电磁铁的输出位移与输入电流成 正比关系，因此其控制精度较高，响 应速度快，广泛应用于各种液压系统 中。
定义与特点
定义
电液比例技术是一种利用电信号控制 液压系统压力和流量的技术。
特点
具有快速响应、高精度控制、低能耗 等优点，广泛应用于工业自动化领域 。
工作原理
工作原理
通过比例电磁阀将电信号转换为液压信号，从而控制液压系统的压力和流量。
控制系统
通常采用闭环控制系统，通过传感器检测液压系统的状态，并将信号反馈给控 制器，控制器根据反馈信号调整比例电磁阀的输入电压或电流，以实现对液压 系统的精确控制。
电液控制技术(1)及应用
比例阀技术初步
• 比例阀介于常规开关阀和闭环伺服阀之间已成
为现今液压系统的常用组件,液压工业从比例阀 技术的发展而获益匪浅。
• 看一个例子：
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
比例阀技术对于液压系统究竟意味着什么
上图说明了信号流程： 输入电信号为电压多数为0至9V由信号放大器成比例地转化为
电流即输出变量如1mV相当于1mA； 比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出； 液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输 出流量或压力； 这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动 作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力 的无级调控； 同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某 一时间段内的连续性变化等。
如果对于不带位移传感器的直动式比例方向阀，其滞环一 般为5-6%，重复精度2-3%。
比例方向阀-直动式
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，
比例泵的恒压、恒流、压力流量复合控制等多种功能控制块 ，可采用组合叠加方式；
控制放大器、电磁铁、和比例阀组成电液一体化结构。
电液比例控制的技术特征
带比例电磁铁的比例阀和比例泵为电气控制提供了良好的接 口无论对于顺序控制的生产机械还是其它可编程的控制/驱动 系统都提供了极大的灵便性。 比例控制设备的技术优势主要在于阀位转换过程是受控的设 定值可无级调节且实现特定控制所需的液压元件较少从而减 少了液压回路的投资费用。 使用比例阀可更快捷更简便和更精确地实现工作循环控制并 满足切换过程的性能要求由于切换过渡过程是受控的避免产 生过高的峰值压力因而延长了机械和液压元器件的使用寿命 。
电液比例阀基本原理课件
本课程介绍电液比例阀的定义、组成、工作原理、应用领域、检查和维护， 以及未来发展趋势。
电液比例阀的定义
概念与作用
电液比例阀是液压传动控制的重要元件，将电信号 和液压信号相互转换，实现精确流量调节。
液压传动的基本原理
液压传动利用液体介质传递能量，将机械能转化为 液压能。
电液比例阀的基本结构
电液比例阀的发展趋势
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
未来发展方向
电液比例阀将逐渐向智能化、高精度、高可靠、节 能环保、小型化、轻量化的方向发展。
新进展
新材料、新工艺、新技术的应用，使电液比例阀具 有了更高的性能和更广泛的应用前景。
主要组成部分
• 电磁比例阀 • 节流组件 • 扩散器 • 传感器组件
各部分的功能和作用
• 电磁比例阀：电信号转换为机械位移和液流控制 • 节流组件：控制液流量的大小和方向 • 扩散器：将高速液流分散，减少压力和噪声 • 传感器组件：监测液压系统状态和工作参数
电液比例阀的工作原理
1 工作过程
2 调节方式
电信号经过电磁比例阀转换为机械位移，改 变节流组件的结构，控制液流的大小和方向。
电液比例阀可以通过手动或自动调节来控制 流量和压力，实现精确的液压控制。
电液比例阀的应用领域
应用领域
电液比例阀广泛应用于工业自动化、机床、冶金、重型机械、建筑机械、船舶、航空、国防 和科研等领域。
应用案例
电液比例阀可以应用于自动控制、压力控制、流量控制、液压缸控制、转向器控制、振动力 控制等复杂系统中。
电液比例阀的检查和维护
1
日常检查方法
定期检查液压系统的压力、流量、温度、过滤器等参数，保持电液比例阀的正常 工作状态。
电液比例控制阀结构及原理
电液比例控制阀结构及原理电液比例控制阀（Electro-hydraulic proportional control valve）是一种通过电信号控制液压工作机构运动的装置。
它将电信号转化为液压信号，通过控制液压系统的液压阀门来调节油液的流量和压力，从而达到对液压系统运动进行精确控制的目的。
首先是电磁比例阀部分，它是通过电磁线圈的磁性效应控制液压阀门的开启和关闭。
电磁比例阀由铁芯、阀芯、阀阀座和电磁线圈等组成。
电磁线圈环绕在铁芯上，在线圈中通电产生磁场时，铁芯会被磁化，吸引阀芯与阀座之间的间隙关闭。
电磁线圈通电后，油液进入阀芯的控制腔，从而控制阀芯的位置和开口大小，进而控制液压油的流量和压力。
当电磁线圈断电时，铁芯失去磁性，阀芯与阀座之间的间隙打开，油液再次流动。
其次是液压比例执行机构部分，它是通过液压油的力学性能将电信号转化为液压信号，并通过调节活塞的位移或液压系统的压力来控制液压工作机构。
液压比例执行机构由油缸、活塞和杆等组成。
当电磁线圈通电时，液压油从阀芯的控制腔进入液压比例执行机构的缸腔，使活塞移动，从而实现对液压工作机构的控制。
当电磁线圈断电时，液压油从液压比例执行机构的缸腔排出，活塞回到初始位置。
整个电液比例控制阀工作的原理是将电信号转化成了液压信号，通过控制液压系统的流量和压力，来精确控制液压工作机构的运动。
通常情况下，电液比例控制阀通过调节电磁比例阀的阀芯位置来控制油液的流量，通过调节液压比例执行机构的液压力来控制油液的压力。
通过不同的电信号输入可以实现对液压工作机构的精确控制，达到所需的运动参数。
电液比例控制系统
控制方式 闭环控制: 带有反馈信号
恒值系统: 系统输入信号保持常值，与时间等其它因素无关
输入信号形式
ห้องสมุดไป่ตู้
随动系统: 系统输入信号随时间任意变化，输出量跟踪参考输入量
功率调节元件
阀控系统: 节流具有流量损失，结构简单，响应较快但效率较低 泵控系统: 系统效率高，发热量小，刚度好，用于较大功率的场合
电液比例电磁阀的分类
◆ 比例压力阀
直动式比例溢流阀
先导式比例溢流阀
1-比例电磁铁；2-弹簧；3-阀芯；4-阀座； 5-调零螺塞；6-阀体
➢ 内部带有位置电反馈的双弹簧结构, 用 比例电磁铁作为调节组件。
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）
— 组成
◈ 液压执行元件。液压执行元件是液压系统的转换装置,把液压能转换为机械 能驱动负载实现直线或回转运动。主要包括液压缸和液压马达。
◈ 检测元件。根据系统需要,检测元件对被控量或中间变量进行检测获得其数 值作为系统的反馈信号。检测元件有加速度传感器、位移传感器、压力传感器等。
电液比例控制系统的分类
电液比例控制系统的研究与发展
I
发展现状
Ⅱ
电液比例控制系统的组成
Ⅲ
电液比例控制系统的分类
Ⅳ
电液比例控制系统发展趋势
电液比例控制系统的发展
电液比例控制系统的组成
◈ 指令元件 ◈ 比较元件 ◈ 比例放大器 ◈ 电机转换器 ◈ 液压放大器 ◈ 液压执行元件 ◈ 检测元件
— 组成
◈ 指令元件。系统的控制信号的产生与输入元件,是信号发生装置或过程控制器。 ◈ 比较元件。把输入信号与反馈信号做比较,得到偏差信号作为控制器的输入量。比较元件进行比较的信号要同类型的信号。 ◈ 比例放大器。比例阀内电磁铁需要的控制电流较大,而偏差信号电流较小不能满足控制要求,所以需要采用比例放大器进行功率放大,使其达到电-机转 换装置的控制要求。
电液比例阀工作原理
电液比例阀工作原理
电液比例阀是一种通过电磁控制流体流量的装置。
其工作原理基于比例关系，将输入的电信号转换为相应的流体流量。
电液比例阀通常由控制头、电磁铁、阀芯和阀座组成。
当输入电信号作用于电磁铁时，电磁铁内的线圈产生磁场，吸引阀芯运动。
阀芯上有一些小孔，与阀座上的孔相对应。
通过阀芯和阀座的相对位置，可以控制流体流过的通道面积，从而控制流量。
当电信号比较小的时候，电磁铁的磁场相对较弱，阀芯与阀座的间隙较小，流体流过的通道面积较小，流量较小。
当电信号逐渐增大时，电磁铁的磁场加强，阀芯与阀座的间隙逐渐增大，流体流过的通道面积逐渐增大，流量逐渐增大。
通过控制输入信号的大小，可以实现对电液比例阀的流量输出进行精确控制。
这一特点使得电液比例阀在许多液压和气动系统中得到广泛应用，如工业控制、航空航天、汽车工程等领域。
电液比例阀
液压传动
液压传动
电液比例阀
1.1 电液比例压力阀 1.2 电液比例流量阀 1.3 电液比例换向阀
1.1 电液比例压力阀
图所示为电液比例压力先导阀。它与普通溢流阀、减压阀、顺序阀的主阀组合 可构成电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例顺序阀。
1—比例电磁铁；2—推杆； 3—传力弹簧；4—阀芯 图 电液比例压力先导阀
1.2 电液比例流量阀
普通电液比例流量阀是将本章第五节所介绍的流量阀的手调部分改换为比例 电磁铁而成。下面介绍带内反馈的比例二通节流阀的结构和工作原理。
1—比例电磁铁；2—先导滑阀；3—反馈弹簧； 4—复位弹簧；5—主阀芯 图 电液比例二通节流阀
1—比例电磁铁；2—先导滑阀； 3—反馈弹簧；4—复位弹簧；5—主阀芯
放大级由阀体、主阀芯、左右端盖和阻尼螺钉6，7 等零件组成。当前置级输出 的控制压力 pc 经阻尼孔缓冲后作用在主阀芯 5 右端时，液压力克服左端弹簧力使阀 芯左移，开启阀口，阀芯左端弹簧腔通回油 pd ，油口 ps 与B 口通，A 口与 T 口通。 主阀开口大小取决于输入电流的大小。当前置级输出的控制压力为 pc ' 时，主阀反 向位移，开启阀口，连通 ps 口与 A 口、B 口与 T 口，油流换向并保持一定的开口， 开口大小与输入电流大小成比例。
图 电液比例二通节流阀
1.3 电液比例换向阀
）两部分组成。前置级由两端比例电磁铁 4，8 分别控制双向减压阀阀芯 1 的位移。
1—减压阀阀芯； 2，3—流道；
4，8—比例电磁铁； 5—主阀芯；
6，7—阻尼螺钉 图 电液比例换向阀
电液比例的原理及应用
电液比例的原理及应用1. 原理电液比例技术是一种将电信号转换为液压信号的控制技术。
其核心原理是通过电磁阀控制液压油流量的大小，从而实现对液压执行元件的精确控制。
电液比例控制系统由以下几个主要部分组成：•电流供应器：提供稳定的电流信号。
•电液比例阀：通过调节液压油流量来控制执行元件的运动。
•反馈传感器：用于测量执行元件的位置、速度等反馈信息。
•控制器：根据输入的控制信号和反馈信号，计算出合适的电流输出。
电液比例技术的工作原理简要描述如下：1.控制器接收到输入的控制信号，根据事先设定的算法计算出目标电流值。
2.控制器将目标电流值与反馈传感器测得的实际电流值进行比较，计算出误差信号。
3.控制器根据误差信号调整输出电流的大小，并将电流输出到电液比例阀。
4.电液比例阀根据输入的电流信号控制液压油的流量大小。
5.液压油流经电液比例阀后，进入液压执行元件，从而实现对执行元件的精确控制。
2. 应用电液比例技术在工业自动化控制、机械工程、航空航天等领域有着广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用示例：2.1 机械工程•注塑机控制：电液比例技术可以用于控制注塑机的模具开合、注射压力等参数，以实现精确的注塑过程。
•机床控制：电液比例技术可以用于控制机床的进给速度、切削力等参数，提高机床的加工精度和效率。
•液压破碎机控制：电液比例技术可以用于控制液压破碎机的破碎力度，以适应不同的破碎需求。
2.2 航空航天•飞机起落架控制：电液比例技术可以用于控制飞机起落架的伸缩、减振等操作，提高飞机起降的安全性和稳定性。
•舵面控制：电液比例技术可以用于控制飞机舵面的转动角度，以实现飞机的姿态控制和飞行稳定性。
2.3 工业自动化控制•液压机械手控制：电液比例技术可以用于控制液压机械手的运动轨迹、力量大小等参数，以实现精确的物料搬运和装配。
•液压升降平台控制：电液比例技术可以用于控制液压升降平台的升降高度和速度，以适应不同高度的工作需求。
3. 总结电液比例技术是一种将电信号转换为液压信号的控制技术，通过电磁阀控制液压油流量的大小，从而实现对液压执行元件的精确控制。
电液比例阀
电液比例阀现代工业的不断发展对液压阀在自动化、精度、响应速度方面提出了愈来愈高的要求，传统的开关型或定值控制型液压阀已不能满足要求，电液伺服阀因此而发展起来，其具有控制灵活、精度高、快速性好等优点。
而电液比例阀是在电液伺服技术的基础上，对伺服阀进行简化而发展起来的。
电液比例阀与伺服阀相比虽在性能方面还有一定差距, 但其抗污染能力强，结构简单，形式多样，制造和维护成本都比伺服阀低，因此在液压设备的液压控制系统应用越来越广泛。
今天，一个国家的电液比例技术发展程度将从一个侧面反映该国的液压工业技术水平，因此各发达国家都非常重视发展电液比例技术。
我国在电液比例技术方面，目前已有几十种品种、规格的产品，年生产规模不断扩大，但总的看，我国电液比例技术与国际水平比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，并缺乏足够的工业性试验研究，性能水平较低，质量不稳定，可靠性较差，以及存在二次配套件的问题等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提高。
1电液比例阀概述电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。
阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。
由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。
近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。
它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。
特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。
2电液比例阀的特点与分类比例阀把电的快速性、灵活性等优点与液压传动力量大的优点结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统中执行元件运动的力、速度和方向，简化了系统，减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。
电液比例阀pwm控制器颤振原理
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第六章电液比例阀及比例控制回路(2015)详解
电梯举例 – 比例系统
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。
电梯举例 – 比例系统
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
因此，比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制：
电磁换向阀的响应时间
0.025
S
由于复位弹簧力比电磁力低，所以，电磁换
向阀的断电响应时间稍微长一些（一般约为 25ms）。
比例阀的响应时间
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
中位死区
3-10 7/21
25 0.5 ~ 2
1~3 0.5 20 ~ 200 0.05 ~ 5
无
1~3 0.5 1 ~ 30 10 ~ 24
有
25 0.25 ~ 0.5
25 0.25 ~ 0.5
4~7 ±1 1~5 10 ~ 30
有
有
比例控制系统发展
第二次世界大战期间，由于以飞机、火炮等军事装备为对象的控制系统 ，要求快速响应、高精度等高性能指标，在这个背景下迅速发展了电液 伺服控制。
图6-1 电液比例开环控制系统方框图
图6-2 电液比例闭环控制系统方框图
目前，最常用的分类方式是按被控对象(量或参数)来进行分 类。则电液比例控制系统可以分为：
比例流量控制系统 比例压力控制系统 比例流量压力控制系统 比例速度控制系统 比例位置控制系统 比例力控制系统 比例同步控制系统
电液比例阀及比例控制回路
(2) 比例电磁铁的分类与应用
位置控制型比例电磁铁
位置控制型比例电磁铁与阀芯的连接方式
三种类型比例电磁铁的比较
6.2 .2 比例压力控制阀
１、按功能分为：溢流阀、减压阀、顺序阀等。 ２、按功率大小分为：直动式、先导式。 ３、按控制原理分为：直接检测式、间接检测式。 ４、按反馈方式分为：不带电反馈（普通型式）、压力 电反馈式、位移电反馈式。 ５、按结构型式分为：滑阀式、锥阀式、插装式。
电磁换向阀的响应时间
0.025
S
由于复位弹簧力比电磁力低，所以，电磁换
向阀的断电响应时间稍微长一些（一般约为 25ms）。
比例阀的响应时间
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
图6-6 行程控制型比例电磁铁原理图
(2) 比例电磁铁的分类与应用
位置控制型比例电磁铁
比例电磁铁衔铁的位置通过位移传感器检测，与比例放大器一起构成位 置反馈系统，就形成了位置调节型比例电磁铁。只要电磁铁运行在允许的 工作区域内，其衔铁就保持与输入电信号相对应的位置不变，而与所受反 力无关，这类位置调节型比例电磁铁多用于控制精度要求较高的各类比例 阀上。
图6-3 耐高压比例电磁铁 1.导套；2.限位片；3.推杆；4.工作间隙；5.非工作间隙；6.衔铁；7.轴承环；8.限磁环
(1) 电—机械转换元件
电磁铁是一种依靠电磁系统产生的电磁吸力，使衔铁对外做功的一种电 动装置。其基本特性可表示为衔铁在运动中所受到的电磁力 Fm 与它的 行程x之间的关系，即Fm ＝f(x) 。这个关系称为吸力特性。对比例电磁 铁，要求它具有水平的吸力特性。（吸合区不能用采用限位片隔离）
电液比例控制阀结构及原理
阀芯形状与阀的中位机能
3-13 直动式比例方向阀
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
3.2 先导型比例方向阀
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。
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。
电液比例控制阀结构及原理
1 概述 2 电液比例压力控制阀 3 电液比例方向控制阀 4 电液比例流量控制阀 5 闭环比例阀
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。
5.防振弹簧；6.阀座；7.阀体
图3 带位置反馈的直动溢流阀 1. 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
电液比例控制基本回路共71页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
电液比例控制基本回路
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
比例阀与电液比例技术
Байду номын сангаас 恒压泵+蓄能器油源
四通阀控制差动缸
位置控制系统
速度控制系统
二阶固有频率和阻尼比
力控制系统
力控制问题的设计目标是通过为系统设计适当的时间常数来形 成一阶响应。通过适当选择比例和积分控制增益，可以根据控 制系统输出所需的稳定时间来增大或减小时间常数。注意，公 式中的一阶控制系统是基于直线液压缸移动缓慢这一假设设计 的。如果该系统所需的响应时间过短，那么在建模过程中被忽 略的高阶动态将变得更加重要，观察到的输出结果也可能不尽 人意。在这种情况下，需要对系统进行更复杂的分析，以确保 令人满意的响应特性。
EHA技术介绍
闭式回路中差动液压缸的泵控制
AGC液压泵站
AGC控制回路
比例阀与电液比例技术
信号流程图
电液比例阀的发展历史
开关阀技术
细分
1.5 电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。 电液伺服阀是液压控制系统的核心元件。 电液伺服阀控制精度高，响应速度快。 根据输出液压信号的不同，电液伺服阀分为电液流量控制伺服阀和电液压力 控制伺服阀
1-负载；2-二次元件；3-光电编码器；4-单向截止阀；5-液压蓄能器；6-过滤器；7-电液伺服阀；8变量控制油缸；9-斜盘摆角传感器；10-速度控制器；11-摆角位置控制器；12-控制放大器
二次调节静液传动系统工作原理图
燕山大学机械工程学院
补偿
特性曲线
特性曲线
特性曲线
直动式比例溢流阀
进口压力补偿器
泵控开环速度控制系统
带位置环的泵控闭环速度控制系统
不带位置环的泵控闭环速度控制系统
通过改变二次元件 排量V2的大小可改变输 出转矩M2大小，从而建 立起与之相适应的转速 ω2 (n2)；通过改变二次 元件斜盘的摆动方向 (过零点)来改变二次元 件的旋转方向。液压泵 /马达可在四个象限内 运行工作，二次元件既 可以工作在液压马达工 况，也可以工作在液压 泵工况，为能量的回收 和再利用创造了条件.
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3-10 7/21
25 0.5 ~ 2
1~3 0.5 20 ~ 200 0.05 ~ 5
无
1~3 0.5 1 ~ 30 10 ~ 24
有
25 0.25 ~ 0.5
25 0.25 ~ 0.5
4~7 ±1 1~5 10 ~ 30
有
有
比例控制系统发展
第二次世界大战期间，由于以飞机、火炮等军事装备为对象的控制系统 ，要求快速响应、高精度等高性能指标，在这个背景下迅速发展了电液 伺服控制。
电梯举例 – 开关系统
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
电梯举例 – 开关系统
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。
距离
位置
减速度
速度
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）。
力
时间
力控制
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
力控制
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。
图6-1 电液比例开环控制系统方框图
图6-2 电液比例闭环控制系统方框图
目前，最常用的分类方式是按被控对象(量或参数)来进行分 类。则电液比例控制系统可以分为：
比例流量控制系统 比例压力控制系统 比例流量压力控制系统 比例速度控制系统 比例位置控制系统 比例力控制系统 比例同步控制系统
电液比例控制技术的发展动力
比例压力控制
在一台机器中，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。
电磁换向阀的响应时间
比例阀的最大优势就在于其电控能力， 即通过电信号可无级控制其阀芯运动速 度。
电磁换向阀的响应时间
0.015
S
根据电磁换向阀的通径大小和电源电压，其 通电响应时间约为15ms。
按主阀芯的型式分类 滑阀式和插装式(1600L/min)
电液比例阀组成
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：
(1) 电—机械转换元件
目前，生产上应用的电—机械转换元件大多采用电磁式设计，并且利用 电磁力与弹簧力相互平衡的原理，实现电—机械的比例转换。最常见的 有直流伺服电机、步进电机、力矩马达、动圈式力马达以及动铁式力马 达。后者更一般的称为比例电磁铁。 当前，应用最广泛的比例电磁铁是耐高压直流比例电磁铁。
电磁换向阀的响应时间
0.025
S
由于复位弹簧力比电磁力低，所以，电磁换
向阀的断电响应时间稍微长一些（一般约为 25ms）。
比例阀的响应时间
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
对比例电磁铁的要求：
推力大 结构简单 对油质要求不高 维护方便 成本低 衔铁腔可做成耐高压结构
(1) 电—机械转换元件
典型的耐高压比例电磁铁主要由衔铁、导套、壳体线圈，推杆等组成。 导套前后二段由导磁材料制成，中间用一段非导磁材料（隔磁环）焊接。 导套具有足够的耐压强度，可承受35MPa静压力。导套和壳体之间配置同 心螺线管式控制线圈。衔铁前端装有推杆，用以输出力或位移；后端装 有由弹簧和调节螺钉组成的调零机构，可在一定范围内对比例电磁铁特 性曲线进行调整。
距离
时间
运动控制
1. 平滑控制执行元件的加速度，直至最大速度。
距离
加速度 时间
运动控制
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
运动控制
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
运动控制
4. 通过采用合适的传感元件，比例阀还可以较高精度控制执行元件定 位。
图6-3 耐高压比例电磁铁 1.导套；2.限位片；3.推杆；4.工作间隙；5.非工作间隙；6.衔铁；7.轴承环；8.限磁环
(1) 电—机械转换元件
电磁铁是一种依靠电磁系统产生的电磁吸力，使衔铁对外做功的一种电 动装置。其基本特性可表示为衔铁在运动中所受到的电磁力 Fm 与它的 行程x之间的关系，即Fm ＝f(x) 。这个关系称为吸力特性。对比例电磁 铁，要求它具有水平的吸力特性。（吸合区不能用采用限位片隔离）
远程控制 – 开关系统
在开关系统中，为了调节液压缸活塞 运动速度，应将流量控制阀安装在合 适位置处，这表明工作油管与操作台 相连接。
远程控制 - 比例系统
不过，在比例系统中，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。
PLC 远程控制 – 比例系统
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。
一、直动型比例溢流阀
图6-8 直动式比例溢流阀 2.比例电磁铁；3.弹簧；4.阀芯；5.阀座；6.调零螺塞；7.阀体
●控制功能比常规阀强，在系统中不但可稳定系 统压力为一定值，而且可根据工况要求无级调整 改变系统压力。 ●比例溢流阀不用附加二位二通电磁阀，就具备 了卸荷功能。
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
1.000
S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
比例阀的响应时间
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
图6-5 力控制型比例电磁铁原理图
(2) 比例电磁铁的分类与应用
力控制型比例电磁铁
在工作区内，具有水平的 位移一力特性，即其输出 力只与输入电流/电压成比 例，而与位移无关。
力控制型比例电磁铁力—行程曲线
力控制型比例电磁铁与阀芯的连接方式
(2) 比例电磁铁的分类与应用
行程控制型比例电磁铁
行程控制型电比例磁铁是在力控制型比例电磁铁的基础上，将弹簧 布置在阀芯的另一端得到的。电磁铁输出的力先通过弹簧转换成输出位 移, 输出位移与输入电流成正比。使用行程调节型比例电磁铁，能够直 接推动诸如比例方向阀、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，因其规格而异，一般在3~5mm之间。
力
时间
力控制
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
时间
力控制
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) 。
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。
1.传统的液压控制方式是开关型控制。它通过电磁驱动或手动驱动来 实现液压流体的通、断和方向控制，从而实现被控对象的机械化和自 动化。但是这种方式无法实现对液流流量、压力连续地按比例地控制 ，同时控制的速度比较低、精度差、换向时冲击比较大。
2.当需要高性能的速度或位置控制时，以前电液伺服阀曾经是唯一实 用的解决办法。电液伺服阀是一种高技术条件的方向和流量控制阀， 不可避免地带来成本高、不耐污染、维修不便等问题。在并不需要伺 服阀的全部性能潜力的应用场合，这些问题可能成为主要的缺点。
电梯举例 – 比例系统
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。
电梯举例 – 比例系统
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
因此，比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制：
6.2 电液比例阀
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。
6.2 .1 电液比例阀类型
控制功能分类 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
按压力放大级的级数分类 为直动式(15L/min)和先导式(500L/min) 按反馈/反馈物理量分类 带反馈或不带反馈型/流量反馈、位值反馈和力反馈
第一阶段：1967年瑞士Beringer公司率先生产出KL型比例复合阀，标 志液压比例技术的诞生。
第二阶段：从1975年到1980年，研制了耐高压的比例电磁铁，比例阀 的频宽已达5～15Hz，滞环缩小到3％。
第三阶段：80年代以来：比例阀的性能如滞环、频宽等，同工业伺服 阀接近；比例技术同插装技术结合；同液压泵、液压马达等组合在一起 ，构成节能的比例容积器件。
3.发展电液比例阀的主要目的在于填补从简单的通/断电磁阀控制与复 杂的电液伺服控制之间的空白。虽然比例阀的部分性能指标不如伺服 阀，但对许多应用场合来已经够用了,同时可以体现出明显的成本和维 护优势。
伺服、比例、开关元件性能对照表
电液伺服阀 电液比例阀 早期电液比例阀
开关阀
介质过滤度µ
阀内压力降 （M Pa) 滞环 % 重复精度% 频宽HZ 线圈功率w