比例控制阀

第二章 比例控制阀
1、早期比例阀：比例电磁铁+普通开关型阀 体部分
2、比例阀：比例电磁铁+专门研制的阀体部 分（是我们本章讨论的重点）
3、伺服比例阀（也叫比例伺服阀、高性能比 例）：从90年代中期开始研制的，用于闭 环控制的比例阀。
先看一下：图片：先导式比例溢流阀
图片：先导式比例换向阀
比例调速阀
比例溢流阀(功能符号和图片内部结构)：
安全阀,防 止系统过载
直动式比例溢流阀
比例压力阀比例溢流阀带先限导压式阀比的例先溢导阀式间直比接接例检检减测测压先先阀导导式式比比例例溢溢流流阀阀
比例减压阀带双 三压向 通力三 比补通 例偿比 减流例 压量减 阀控压制阀器的比例减压阀
直动式溢流阀（力控制型）最大流量10L/min。常用于先导 阀。
由于比例电磁铁的最大推力是一定的，所以不同 的调压范围要通过改变阀座的孔径来获得，而不 是普通溢流阀那样靠更换刚度不同的调压弹簧来 获得。
先导式比例溢流阀
1、结构及工作原理：
也叫间接检测式比例溢流阀
Fm a0 px Fy Ff
原理：先导阀
芯8左端检测到
的压力是主阀
上腔的PX，而
不是下腔的PA。 故属于间接检测
直接检测式比例溢流阀，比前面的先进
工作原理：左图为一种压力直接检 测的新型电液比例溢流阀的结构原 理图，先导型从原来的锥阀变成了 差动滑阀，溢流阀的进口压力油pA被 直接引到先导滑阀反馈推杆1的左端 （作用面积为a0），然后经过固定阻 尼R1到先导滑阀阀芯2的左端（作用 面积为a1），进入先导滑阀阀口和主 阀上腔，主阀上腔的压力油再引到 先导滑阀的右端（作用面积为a2）。 在主阀阀芯2处于稳定受力平衡状态 时，先导滑阀阀口与主阀上腔之间 的动压反馈阻尼R2不起作用，因此 作用在阀芯两端的压力相等。
图2-7 直接检测式比例溢流阀 1-反馈推杆 2-先导阀阀芯 3-比例电磁铁
4-主阀阀芯（插装阀）
直接检测式比例溢流阀，比前面的先进
设计时取a1-a0＝a2，于是作 用在先导滑阀上的液压力F ＝pAa0。当液压力F与比例电 磁铁吸力Fm相等，先导阀阀 芯受力平衡，阀芯稳定在某 一位置，先导滑阀开口一定， 先导滑阀前腔压力即主阀上 腔压力px为一定值（因R1的 阻尼作用，px<pA），主阀阀 芯在上下两腔压力px和pA及 弹簧力、液动力的共同作用 下处于受力平衡，主阀开口 一定，保证溢流阀的进口压 力pA与电磁吸力成正比，即 pA=Fm/ A0。调节输入的电流 大小，即可调节阀的溢流压 力。
时间。比例阀的阶跃响应时间一般为0.4~0.6s.。如果阶跃响应
具振荡形，则以上升时、超调量和振荡次数来表示。
6、重复精度：用重复误差来表示。重复误差是指在同一方向多
次重复输入同一电流值，其输出量的最大变化量与额定值的百
分比。比例阀的重复误差一般小于1%。
7、分辩率：使输出量发生变化所需的最小控制电流变化值与额
直接检测式比例溢流阀
因此作用在阀芯两端的压力相等。设计时取A1-A0 ＝A2，于是作用在先导滑阀上的液压力F＝pA0。 当液压力F与比例电磁铁吸力FE相等，先导阀阀芯 受力平衡，阀芯稳定在某一位置，先导滑阀开口 一定，先导滑阀前腔压力即主阀上腔压力p1为一 定值（因R1的阻尼作用，p1<p），主阀阀芯在上 下两腔压力p1和p及弹簧力、液动力的共同作用下 处于受力平衡，主阀开口一定，保证溢流阀的进 口压力p与电磁吸力成正比，即p=FE/ A0。调节输 入的电流大小，即可调节阀的溢流压力。
直接检测式比例溢流阀
1、工作原理所示为一种压力直接检测的新型电液 比例溢流阀的结构原理图，与普通先导型电液比 例溢流阀不同，它的先导阀为滑阀结构，溢流阀 的进口压力油p被直接引到先导滑阀反馈推杆3的 左端（作用面积为A0），然后经过固定阻尼R1到 先导滑阀阀芯4的左端（作用面积为A1），进入先 导滑阀阀口和主阀上腔，主阀上腔的压力油再引 到先导滑阀的右端（作用面积为A2）。在主阀阀 芯2处于稳定受力平衡状态时，先导滑阀阀口与主 阀上腔之间的动压反馈阻尼R2不起作用，
从阶跃响应曲线中可以找到滞后时间。 响应时间及超调量 从频率特性曲线中可以找出 最高工作频率（或者叫频宽）。 从图中可以看出，幅频宽为5Hz，相频 宽为11Hz,则最终取5Hz为该阀的工作 频宽值。
以相位滞后90°时的频率区间作为相频 宽度.当幅频宽度与相频宽不等时,应取 小值作为工作频宽值.
幅频特性曲线
比例溢阀的主要性能参数
1、静态特性：三条曲线 ① 设定压力与输入电流的关系曲线 ② 溢流量与最低设定压力的关系曲线 ③ 溢流阀的前后压差与流量的关系曲线 （要能读懂这几条曲线的含义） 2、动态特性 ① 阶跃响应（从中找到滞后时
间、响应时间和超调量） ② 频率响应：可找到最高工作频率和频宽。
最高、最低设定压力： 最高：30MPa 最低
PX
主阀与普通溢流阀 相同，先导阀用比 例电磁铁代替手动 部分，输入电流成 比例地直接作用在 先导阀芯上决定了 主阀的设定压力。 电流大推力就大。
不同调压范围也是 通过改变先导阀座 的孔径来获得。
图2-3先导式比例溢流阀(间接检测式) 1-先导油流道 2-主阀弹簧 3、4、5-节流孔 6-先导阀 7-外泄口8-先导阀芯 9-比例电磁铁 10-安全阀 11-主阀板 12-主阀芯 13-内部先导油口螺堵 A-进油口 B-出油口 X-外部先导油口 Y-外部先导泄油口（使控制油路单独流回 油箱）
有些复合阀能对单个执行器或多个执行器实现压力、流量和方
向的同时控制。
比例阀的分类：
2、按液压放大级的级数来分：
直动式：直动式是由电—机械转换元件直接推 动液压功率级。直动式比例阀能控制的功率 有限，一般控制流量都在15L/min以下。
先导式：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。前者称 为先导阀或先导级，后者称主阀或功率放大 级。根据功率输出的需要，它可以是二级或 三级的比例阀。二级比例阀可以控制的流量 通常在500L/min以下。比例插装阀可以控制 的流量达1600L/min。
2MPa 滞环、线性度稳态调压 偏差
从这些图中能确定溢流阀的主 要性能参数： 滞环、死区电流
线性度、调压偏差，最高、最 低设定压力。
图2-5 溢流阀的静态特性曲线 a)设定压力与输入电流的关系曲线 b)最低设定压力与流量关系曲线 c)比例溢流阀前后压差—流量特性
关于书中的几个概念：
1、滞环：两条实际特性曲线之间的最大电流 差值与额定控制电流的百分比。
Fy 液动力 F f 摩擦阻力
直接检测式比例溢流阀，比前面的先进
R1 –稳态液阻
R2—动态反馈液阻，起动态压力 反馈作用，提高主阀芯的稳定性。
这种直接检测式溢流阀在液压控 制手册中未查到。
若忽略液动力和摩擦阻力则：
PA QA
Fm a0 pA a2 ( py px )
直接检测式比例溢流阀，比前面的先进
I I
m N
ax
100比%例阀的滞环一般在
±（2-5）% 2、死区电流：无响应的电流
非线性度：名义特性曲线2与理想特性曲线(参考直线1)之间的最大差值
I L max与额定控制电流IN的百分比。即 ILmax % 。 IN 比例阀的非线性度一般为：±（3-5）%
I L max % IN
非线性度
I max % IN
Fm a0 ( pA py ) a1 py a2 px Fy Ff
a0 ( pA py ) (a0 a2 ) py a2 px Fy Ffa0 pA a来自 ( py px ) Fy Ff
直接检测式比例溢流阀，比前面的先进
与间接检测式溢流阀在油路上比较一下
直接检测式比例压力阀与间接检测式的最
相频特性曲线 图2-5b曲线中看出，从0dB→10Hz 这条曲线是溢流阀的幅频特性曲线。当幅值 比下降到-3dB时，即输出压力幅值与输入电流变化幅值之比为0.707时，便认 为输出已不能跟随输入而变化。这时对应的频率称为该比例溢流阀的工作频宽， 本例中约为5Hz。 从-16dB→11Hz 这条曲线是溢流阀的相频特性曲线。相频特性反映输出量与 输入量之间的相位差别，以角度所示。随着输入电流信号频率增加输出压力与 其相位差也在增大，即说明溢流阀的跟踪能力下降。
滞环
3、稳态调压偏差：指溢流阀A、B口间的压力 差。
3、非线性度：名义特性曲线与理想特性曲线(参考直线1)之间的
最大差值I Lma与x 额定控制电流 线性度一般为：±（3-5）%
I N的百分比。即
比例阀的非 I L max 100 % IN
4、频率响应：加入频率为 的正弦输入信号时，在稳定状态下
定电流的百分比。它反应了比例阀的灵敏度。比例压力阀在2%
以下，比例流量阀在（2-5）%。
t ----上升时间
t p ----峰值时间
ts ----过渡过程时间 p -----超调量
响应时 间，仅 为几毫 秒
根据阶跃响应曲线确定超调量、过渡过程时间和振荡次数 等时域品质指标。通常规定阶跃输入电流的幅值为5%或 10%，25%、40%或50%，90%或100%。
Fm a0 pA a2 ( py px )
动态工作过程分析
R1--稳态液阻
R2—动态反馈液阻，起动态压力反馈 作用，提高主阀芯的稳定性。
①当PX>Py时，导阀芯向左移动，Py处
开口↓，Py↑直至Py=PX。
②当PX<Py时，导阀芯向右移动，Py处开 口↑，Py↓直至Py=PX。
以上就是它自动调节的过程。 PX、Py不相 等即为动态，但最终使之相等而稳定下来。
伺服比例阀（插装式）：
伺服比例阀（带比例放大器的整体式）：
伺服比例阀（带比例放大器的整体式）：
带集成放大器的比例方向阀