典型电-气比例阀,伺服阀的工作基本知识
伺服阀相关知识介绍
伺服阀相关知识介绍伺服阀是一种常用的控制元件，主要用于控制液压系统中液压执行器（如液压缸、液压马达）的运动速度和位置。
它采用传感器检测执行器位置或压力信号，并通过比较与设定值的差异来控制阀门的开闭，以实现对执行器的精确控制。
伺服阀具有响应速度快、控制精度高的特点，广泛应用于液压系统中要求动作灵敏、位置准确的情况，如工业机械、航空航天、冶金等领域。
伺服阀的基本结构包括主阀和控制阀两个部分。
主阀是伺服阀的核心部件，它根据控制信号控制阀芯的位置，从而控制流体的流动。
控制阀是用来控制主阀阀芯位置的部件，它通过传感器接收反馈信号，并根据设定值和传感器信号的差值来调整主阀的位置。
伺服阀的工作原理主要是依靠电磁力和液压力的作用。
当控制阀接收到传感器的反馈信号后，根据设定值和反馈信号的差值来调整主阀的位置。
当控制阀开启时，液压流体通过控制阀进入主阀，根据主阀芯位置的不同，液压流体可以分别流入执行器的两个腔室，从而实现执行器的运动。
当反馈信号与设定值一致时，控制阀会使主阀保持在当前位置，停止液压流体的流动。
伺服阀的主要特点有以下几点：1. 高精度控制：伺服阀能够实现对执行器速度和位置的精确控制，控制精度高达0.01mm。
2.快速响应：伺服阀具有快速的响应速度，可以在毫秒级的时间内完成对执行器的控制。
3.高可靠性：伺服阀采用先进的液压控制技术和材料，具有高可靠性和长寿命。
4.多功能：伺服阀可以实现多种控制模式，如位置控制、速度控制、力控制等。
5.节能环保：伺服阀采用先进的液压控制技术和能量回收技术，能够降低能耗并减少环境污染。
伺服阀在工业自动化领域有广泛的应用。
例如，在机床中，伺服阀可以实现对主轴的速度和位置控制，确保加工工件的精度和质量。
在液压系统中，伺服阀可以实现对液压缸的位置和速度控制，用于实现机械手臂、输送带等设备的自动化控制。
在航空航天领域，伺服阀可以实现对飞机起落架的伸缩和停留控制，确保飞机的安全起降。
比例伺服阀培训课件
比例伺服阀培训课件比例伺服阀培训课件伺服阀是一种广泛应用于工业控制系统中的关键元件，其作用是根据输入信号来调节液压系统中的流量和压力。
其中，比例伺服阀是一种特殊类型的伺服阀，它通过调节电流或电压来控制液压系统的输出，具有高精度、高响应速度和稳定性等优点。
本课件将为大家介绍比例伺服阀的工作原理、结构组成以及调试方法等内容。
一、比例伺服阀的工作原理比例伺服阀的工作原理基于电磁力和液压力的相互作用。
当输入信号（电流或电压）改变时，电磁线圈中的电流也会相应改变，从而改变阀芯的位置。
阀芯的位置变化会导致液压系统中的流量和压力发生变化，从而实现对液压系统的精确控制。
二、比例伺服阀的结构组成比例伺服阀由电磁线圈、阀芯、阀座、阀体等组成。
其中，电磁线圈是控制阀芯位置的关键部件，它通过改变电流或电压来改变阀芯的位置。
阀芯与阀座之间的间隙决定了液压系统中的流量和压力。
阀体则起到支撑和密封的作用。
三、比例伺服阀的调试方法1. 调试前的准备工作在进行比例伺服阀的调试之前，需要先检查液压系统的工作状态，确保系统正常运行。
同时，还需要准备好相应的调试工具和设备，如电流表、电压表等。
2. 调试过程中的注意事项在调试比例伺服阀时，需要注意以下几点：- 确保电源正常，避免因电源问题导致的调试失败。
- 逐步调整输入信号，观察液压系统的响应情况，确保调试的稳定性和准确性。
- 注意阀芯的位置和间隙的调整，确保液压系统的流量和压力在设定范围内。
3. 调试后的检查和维护调试完成后，需要对比例伺服阀进行检查和维护，确保其正常工作。
检查包括对阀芯、阀座、阀体等部件的清洁和密封性的检查。
维护包括定期更换液压油、清洗阀芯等。
四、比例伺服阀的应用领域比例伺服阀广泛应用于工业控制系统中，特别是在需要精确控制流量和压力的场合。
例如，它可以用于机床、塑料机械、冶金设备等行业中的液压系统中。
此外，比例伺服阀还可以应用于航空航天、汽车工业等领域。
五、比例伺服阀的发展趋势随着工业自动化水平的提高，对比例伺服阀的要求也越来越高。
电液伺服阀和电液比例阀的概述
电液伺服阀和电液比例阀的概述摘要 介绍了电液伺服阀和电液比例阀的组成及功能特点，同时对两种阀进行了比较，得出两种阀的使用特点和使用场合。
关键词 电液伺服阀 电液比例阀 闭环控制 力矩马达 比例电磁铁 反馈装置1.前沿阀对流量的控制可以分为两种： 一种是开关控制：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态，如普通的电磁换向阀、电液换向阀。
另一种是连续控制：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，这类阀有手动控制的，如节流阀，也有电控的，如比例阀、伺服阀。
所以使用比例阀或伺服阀的目的就是：以电控方式实现对流量的节流、压力控制。
2.电液伺服阀电液伺服阀是一种自动控制阀，它既是电液转换组件，又是功率放大组件，其功用是将小功率的模拟量电信号输入转换为随电信号大小和极性变化、且快速响应的大功率液压能[能量（或）和压力]输出，从而实现对液压执行器位移（或转速）、速度（或角速度）、加速度（或角加速度）和力（或转矩）的控制。
电液伺服阀通常由电气-机械转换器、液压放大器（先导阀和功率级主阀）和检测机构组成。
电液伺服阀的基本组成有前置级液压放大器的伺服阀，无论是射流放大器还是喷嘴挡板放大器，其产生阀芯驱动力都要比比例电磁铁大得多(高一个数量级)。
就这个意义上讲，伺服阀阀芯卡滞的几率比比例阀小。
特别是射流管伺服阀的射流放大器因为没有压力负反馈，前置级流量增益与压力增益都较高，推动阀芯的力更大，所以伺服阀有更高的分辨率和较小的滞环。
简单地说，所谓伺服系统就是带有负反馈的控制系统，而伺服阀就是带有负反馈的控制阀。
伺服阀的主阀一般来说和换向阀一样是滑阀结构，只不过阀芯的换向不是靠电磁铁来推动，而是靠前置级阀输出的液压力来推动，这一点和电液换向阀比较相似，只不过电液换向阀的前置级阀是电磁换向阀，而伺服阀的前置级阀是动态特性比较好的喷嘴挡板阀或射流管阀。
伺服阀的主阀是靠前置级阀的输出压力来控制的，而前置级阀的压力则来自于伺服阀的入口p，假如p口的压力不足，前置级阀就不能输出足够的压力来推动主阀芯动作。
典型电气比例阀伺服阀的工作原理
典型电气比例阀伺服阀的工作原理电气比例阀是将电气信号转化为液压信号的装置，通过调节电流或电压信号的大小来控制液压系统的流量。
电气比例阀一般由电磁比例阀和液控比例阀两部分组成。
1.电磁比例阀的工作原理：电磁比例阀基本上是由电磁操纵部分和主阀部分组成。
当电磁操纵部分受到电气信号的控制时，通过对电流的调节，产生力矩以移动阀芯，进而控制主阀的开度。
当主阀开度改变时，液体流量也会相应改变。
2.液控比例阀的工作原理：液控比例阀通过电磁阀内的液控比例环路，使电磁阀的流量与输入电流成正比。
液控比例阀内部有一个液体引导径向凹槽，引导凹槽上有一个弹簧推力盘，推力盘下面有一个直径较小的圆柱体，柱体的上表面和底表面之间有一个微小的液腔间隙。
当电流通过电磁阀线圈时，产生的液压力作用在柱体上，使其下移，改变推力盘上液控端的压力，从而得到输入电流与输出流量的比例关系。
伺服阀是一种根据控制信号在阀芯上施加力来控制流量或压力的装置，其工作过程通过反馈控制闭环实现。
伺服阀的工作原理可简单概括为以下几个步骤：1.控制信号输入：控制信号通过电气线路输入到伺服阀的控制电磁阀上。
2.控制电磁阀操作：控制电磁阀接收到控制信号后，将其转化为阀芯上的力。
这个力会使阀芯移动，改变主阀的开度。
3.主阀调节：通过改变主阀的开度，液压介质的流量或压力得以调节。
4.反馈控制：伺服阀的主阀位置会通过反馈器进行实时监测，并以信号的形式返回给控制电气系统。
这个反馈信号可以与控制信号进行比较，从而实现闭环控制。
伺服阀的反馈控制系统能够根据控制信号和反馈信息的差异，自动调整阀芯位置，使得输出流量或压力与设定值匹配。
总结：典型电气比例阀和伺服阀的工作原理分别是通过调节电流或电压信号的大小或通过控制信号在阀芯上施加力来改变液压系统的流量或压力。
其中，电气比例阀是根据电气信号来控制液压系统的流量，而伺服阀是通过反馈控制闭环来控制流量或压力。
这两种阀门装置在工业控制系统中起到了非常重要的作用。
9-伺服阀和比例阀
二、伺服阀(Servo Valve)
伺服阀的输出量（流量）和输入量（电信号等）成
连续比例关系，应用在精度要求较高的力、位移和速度 的控制场合。
伺服阀对油液的清洁度要求较高，价格较昂贵。
1、结构组成
从输入信号的类型而言，伺服阀可分为电液伺 服阀、气液伺服阀和机液伺服阀。三者的工作原理大 体相同，只是输入信号与阀芯控制信号间的转换方式 不同。其中，电液伺服阀最为常用。
由于比例阀的主要特点在于其加载装置有别于普 通阀，因此只需在普通液压阀的主体名称前面加上 “比例”两个字便可标识比例阀。例如，我们可以这 样说：先导比例溢流阀、比例调速阀、三位四通比例 方向流量阀等等。
2、比例电磁铁
比例电磁铁是一种线性的电—机转换装置，其 输入电信号与输出电磁吸力成正比，通过弹簧把力 转换为位移，从而把输入电信号与阀芯的位移对应 起来。
伺服放大器
伺服放大器把输入的电压信号与反馈的电压信 号进行比较和放大运算后，转换为与偏差电压成比 例关系的电流信号，作用在控制线圈上，从而控制 伺服阀的动作。
电气－机械转换装置
电－机转换装置包含了电流－力转换和力－位移转换两 个功能。电气信号转换为力（力矩）信号后作用在液压前置 放大器上，经弹性元件转换为位移。 典型的电气－机械转换装置有力马达和力矩马达两种。
提高，因此比例技术成为当今极具前景的液压技术之一。
插装阀的概论知识。
第9章 伺服阀和比例阀
(Chaper 9 Servo valve and proportional valve) 一、概述
在实际应用中，除了开关和定值控制外，还更多地需 要比例控制，即保持输出和输入成连续、正比关系，这不 仅有利于降低系统的复杂程度，而且会大大提高系统的自 动化程度和控制精度。
伺服阀文档
伺服阀1. 引言伺服阀是一种常见的机械控制装置，用于控制流体系统中的流量和压力。
它可以实现精确的流体控制，从而满足各种工业设备和系统的需求。
本文将介绍伺服阀的工作原理、分类、应用和维护保养。
2. 工作原理伺服阀通过调节流体的通道大小来控制流量和压力。
它通常由阀芯、阀座和阀体组成。
当驱动器施加压力对阀芯进行控制时，阀芯会改变阀座和阀体之间的流体通道的大小，从而调节流量和压力。
伺服阀通常采用电动、液压或气动驱动器来控制阀芯的移动。
电动驱动器可以通过电动机控制阀芯的位置，液压驱动器可以通过液压缸驱动阀芯的移动，而气动驱动器则使用压缩空气来控制阀芯的位置。
3. 分类3.1 按驱动方式分类•电动伺服阀：通过电机驱动阀芯的移动，可以实现精确的流量和压力控制。
•液压伺服阀：通过液压缸的驱动来控制阀芯的移动，适用于高压、高流量的应用。
•气动伺服阀：使用压缩空气作为动力源，驱动阀芯的移动，广泛应用于气动系统中。
3.2 按控制模式分类•恒定流量伺服阀：可以调节流体的通道大小，使其流量保持恒定。
•恒压伺服阀：可以调节流体的通道大小，使其压力保持恒定。
•比例控制伺服阀：根据输入信号的大小，通过调节流体的通道大小，实现流量和压力的比例控制。
3.3 按工作原理分类•阀式伺服阀：通过阀芯和阀座的开关控制来实现流量和压力的调节。
•调压器式伺服阀：通过调压器来调节流体的压力，从而实现流量和压力的控制。
4. 应用伺服阀在各个工业领域中都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.液压系统：伺服阀可以用于控制液压系统中的液压马达和液压缸的流量和压力，以实现精确的运动控制。
2.机床：伺服阀可用于控制机床中的液压刀架和切割工具的运动，实现高精度的切割操作。
3.汽车工业：伺服阀常用于汽车的转向系统中，以实现对转向轮的精确控制。
4.能源领域：伺服阀可以用于控制石油、天然气和水电等能源的输送和分配，确保能源系统的安全和稳定运行。
5. 维护保养为了保证伺服阀的正常工作和延长使用寿命，以下是一些常见的维护保养措施：•定期检查：定期检查伺服阀的工作状态，包括阀芯和阀座的磨损情况，以及阀体和密封件是否有漏油等现象。
《伺服阀与比例阀》课件
伺服阀和比例阀的工作原理
伺服阀通过调节阀芯的位置来控制流体流量和压力，而比例阀则根据输入信号的大小调节阀芯的开度来控制流 量。
伺服阀的组成部分及其功能
伺服阀包括阀体、阀芯和传动装置。阀体提供流体通道，阀芯控制流体流量和压力，传动装置将输入信号转化 为阀芯位置调节。
伺服阀的调节方式和控制原则
伺服阀可以通过手动控制、反馈控制或自动控制来实现精确的流量和压力调节。其控制原则基于反馈信号的比 较和调整。制、反馈系统和数字控制等。
伺服阀和比例阀的控制系统
伺服阀和比例阀通常作为控制系统的关键组成部分，用于实现流量和压力的 精确控制。
伺服阀和比例阀的控制系统的 框图
伺服阀和比例阀的控制系统通常由输入信号、控制器、阀芯驱动和反馈信号 组成，框图显示了各个组件之间的关系。
伺服阀和比例阀控制系统的稳态和动态特 性
伺服阀和比例阀的控制系统在稳态和动态操作下具有不同的特性，稳态保持恒定输出，动态响应能够快速调节。
比例阀的控制精度和响应特性
比例阀可以实现很高的控制精度，并具有快速的响应特性，适用于对流量要求较高的应用。
伺服阀和比例阀的性能比较
伺服阀和比例阀在控制精度、响应速度和适用范围等方面具有不同的特点和 性能，可以根据具体需求选择。
伺服阀和比例阀在工业控制领域的应用案 例
伺服阀和比例阀在机械加工、印刷机械、液压系统等领域有广泛的应用，提高了生产效率和质量。
伺服阀和比例阀的未来发展趋 势
伺服阀和比例阀的未来发展趋势包括智能化、节能环保、数字化控制等方面 的创新和应用。
伺服阀与比例阀
这个PPT课件将介绍伺服阀和比例阀的基本知识和应用，以及它们之间的区别。 我们将探讨它们的结构、工作原理、调节方式和控制系统，以及它们在工业 控制领域的应用案例和未来发展趋势。
伺服阀与比例阀原理介绍
伺服阀与比例阀原理介绍电液伺服阀的原理和性能介绍电液伺服阀是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压控制阀，其输出流量或压力受输入的电气信号控制，主要用于高速闭环液压控制系统，而比例阀多用于响应速度相对较低的开环控制系统中，伺服阀价格高且对过滤精度要求也高，比例阀广泛用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。
另外，1.伺服阀中位没有死区，比例阀有中位死区；2.伺服阀的频响（响应频率）更高，可以高达200Hz左右，比例阀一般最高几十Hz；3.伺服阀对液压油液的要求更高，需要精过滤才行，否则容易堵塞，比例阀要求低一些。
比例伺服阀性能介于伺服阀和比例阀之间。
比例换向阀属于比例阀的一种，用来控制流量和流向。
伺服阀跟比例阀的本质区别就是他有两横1、伺服阀和比例阀上下都有两横；2、比例阀两边都有比例电磁铁，而且有比例电磁铁的符号上都箭头。
但是伺服阀确是只有一边有力马达，要强调的是只有一边有。
比例阀多为电气反馈，当有信号输入时，主阀芯带动与之相连的位移传感器运动，当反馈的位移信号与给定信号相等时，主阀芯停止运动，比例阀达到一个新的平衡位置伺服阀，阀保持一定的输出；伺服阀有机械反馈和电气反馈两种，一般电气反馈的伺服阀的频响高，机械反馈的伺服阀频响稍低，动作过程与比例阀基本相同。
区别：一般比例阀的输入功率较大，基本在几百毫安到1安培以上，而伺服阀的输入功率较小，基本在几十毫安；比例阀的控制精度稍低，滞环较伺服阀大，伺服阀的控制精度高，但对油液的要求也高一个粗液压缸一个细液压缸长短样怎么同步升起最简单的就是在细油缸的进油口加一个节流阀，控制一下进入油缸的流量使细油缸慢下来。
但节流阀的节流效果受负载和液压油粘度的影响比较大，如果负载变化大，你得经常调整。
不用节流阀，用调速阀也可以，不受负载影响，但有发热的趋势。
也可以用分流阀，但分流阀的分流比是确定的，通常是1:1或1:2。
比例阀与伺服阀的基础知识
闭环变量泵调试注意事项
• 接头编号 •1 •2 •3 •4
信号 QIN COM PIN SMP
斜盘传感器 电源(+8V) 0V 输入 屏闭线
压力传感器 电源(+5V)
0V 输入
COM
电源 0V +24V 0V
_
比例阀与伺服阀的性能比较
•
伺服阀 伺服比例阀 带反馈比例阀 不带反馈
比例阀
• 滞环% 0.1-0.5 0.2-0.5
0.3-1
3-7
• 中位死区 理论为零 理论为零
± 5-20 %
• 频宽/HZ 100-500 5制系统
闭环控制系统
开环控制及闭环速度控
• 过滤精度 13/9-15/11 16/13-18/14 16/13-18/14 16/1318/14
大机插装油路液压系统
大机液压原理图(锁模阀板)
大机液压原理图分析(锁模阀板)
• 1.开合模回路 • 2.低压模保回路 • 3.液压安全保护回路 • 4.差动回路(快速锁模回路) • 5.液控回路 • 6.慢速开模 • 7.防气蚀回路
大机液压原理图(注射阀板)
大机液压原理图分析(注射阀板)
比例阀与伺服阀的基础知识
• 比例控制系统(含开环控制和闭环控制)所采 用的元件为比例阀和比例泵.其采用的驱动控 制装置为比例电磁铁,其特点是感应负载大, 电阻小,电流大,驱动力大,但响应低.
• 伺服控制系统(只有闭环控制)采用的控制元 件为伺服阀.其采用的驱动控制装置为力马达 或力矩马达,其特点是输出功率小,感抗小, 驱 动力小,但响应快.
• (ISO4406)
伺服阀与比例阀工作原理
华中科技大学
伺服阀
伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续 成比例地控制流量和压力的液压控制阀.根据输入 信号的方式不同,又分电液伺服阀和机液伺服阀.
电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压 能输出,实现执行元件的位移、速度、加速度及力 的控制.
机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移. 伺服阀控制精度高,响应速度快,特别是电液伺服系
输出,常称为力矩马达或力马达.
图中上部分为力矩马达.
▪ 液压放大器接受小功率的转角
或位移信号,对大功率的液压油
进行调节和分配,实现控制功率
的转换和放大.图中有喷嘴挡板
〔前置级和主滑阀两级.
▪ 反馈平衡机构使阀输出的流量
或压力与输入信号成比例.图中
反馈弹簧杆11为反馈机构.
华中科技大学
▪ 机液伺服阀
▪ 轴向柱塞泵的手动伺服变量机 构主要零件有伺服阀阀芯1、伺 服阀阀套2、变量活塞5等.伺服阀 芯与控制杆挂在一起,伺服阀套与 变量活塞刚性连成一体.伺服阀油 口a 通过油道b 与变量活塞下腔 相通；油口e 通过油道f 与变量活 塞上腔相通.变量活塞下腔通有泵 的压力油,上腔为密闭容腔,上下 腔面积比为2：1.
统容易实现计算机控制,在航空航天、军事装备中 得到广泛应用.但加工工艺复杂,成本高,对油液污染 敏感,维护保养难,民用工业应用较少.
华中科技大学
▪ 电液伺服阀的组成和工作原理 〔见动画
▪ 电液伺服阀由电气－机械转换
装置、液压放大器和反馈〔平
衡机构三部分组成.
▪ 电气—机械转换装置将输入的
电信号转换为转角或直线位移
▪ 放大级由阀体、主阀芯、左右端盖、
阻尼螺钉和弹簧等零件组成.控制压力 油经阻尼孔作用在主阀芯的端面时,液 压力将克服弹簧力使阀芯移动,开启阀 口,沟通油道.主阀开口大小取决于输入 电流的大小.
伺服阀与比例阀-知识总集2
反馈式比例阀
随着阀口压降和流量的不断增大，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）。
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。
134
带屏蔽的电缆
C B
A
在输入信号电缆的功率
放大器这一端，应将金
属网筛（A）接地（注意
：若使用电位计，也应
将其电源端（A和B）接
地）。在功率放大器末
D
端，还应将比例电磁铁 电 缆 （ D） 接 地 ， 而 反
馈 电 缆 （ E） 和 （ F） 应
在两端接地。
E
F
135
输入电位计
这里采用电位计产生 输入信号。正确选择 元件是非常重要的。
151
先导式比例方向阀（无反馈）
先导级为 减压阀。
控制压 力推动 主阀芯 动作， 并压缩 弹簧。
152
先导式比例方向阀（无反馈）
适合于振动小，简单速度控制以 及较高流量的场合；
结构简单，功率放大器成本低。
KDG5V - 5
KDG5V - 7
KDG5V - 8
KDG5V - 10
90
180
280
112
先导式比例阀（无反馈）
最 后 ， 减 压 装置有时安装 在先导级与主 阀之间，这样 ，当系统压力 较高时（通常 大 于 200 bar ），可使先导 压力减小。
113
先导式比例阀（无反馈）
先导级中的一个 比例电磁铁通电 ，就会在主阀相 应控制腔中产生 与电流成比例的 压力，该压力推 动主阀芯运动， 直至作用在主阀 芯上的液压力与 弹簧力相平衡。
液压与气压传动课件-第四章(伺服阀和比例阀)
2014年1月4日星期六
五、伺服阀 电液伺服阀的工作原理及演示
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
五、伺服阀 机液伺服阀的工作原理
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
六、比例阀
一种使输出液体参数（压力、流量和方向） 随输入电信号参数（电流、电压）成比例变化的 液压元件。 集普通控制阀和伺服阀液控制元件优点于一 身的新型液压控制元件。 可以根据输入电信号的大小连续成比例地对 油液的压力、流量、方向实现远距离控制、计算 机控制。
六、比例阀 电液比例阀的分类
比例阀种类很多，几乎所有种类、功能的普通液压阀都有相 应种类、功能的电液比例阀。
按照功能不同电液比例阀可分为：
电液比例压力阀 电液比例流量阀
电液比例方向阀
按反馈方式电液比例阀又可分为： 不带位移电反馈型和带位移电反馈型
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
六、比例阀 电液比例压力阀
阀芯 传力弹簧
推杆 电比例磁铁
职能符号
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
六、比例阀 电液比例流量阀
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
七、新型控制阀
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
中国农业大学工学院
流体传动与控制工程实验室
2014年1月4日星期六
六、比例阀 比例阀的分类
Байду номын сангаас根据所控制参数不同可分为：
美国MOOG伺服阀伺服阀的工作原理及作用
美国MOOG伺服阀，伺服阀的工作原理及作用1、电液伺服阀主要用于电液伺服自动控制系统,其作用是将小功率的电信号转换为大功率的液压输出,经过液压执行机构来完成机械设备的自动化控制.伺服阀是一种经过改动输入信号。
依据输入信号的方式不同，分为电液伺服阀和机液伺服阀。
电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件，它的作用是将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能（压力和流量）输出，完成执行元件的位移、速度、加速度及力控制。
液压泵的输出压力是指液压泵在实践工作时输出油液的压力，即泵工作时的出口压力，通常称为工作压力，其大小取决于负载。
电液伺服阀通常由电气—机械转换安装、液压放大器和反应（均衡）机构三局部组成。
反应战争衡机构使电液伺服阀输出的流量或压力取得与输入电信号成比例的特性。
压力的稳定通常采用压力控制阀，比方溢流阀等。
2.细致材料：典型电---气比例阀、伺服阀的工作原理电---气比例阀和伺服阀按其功用可分为压力式和流量式两种。
压力式比例/伺服阀将输给的电信号线性地转换为气体压力；流量式比例/伺服阀将输给的电信号转换为气体流量。
美国威格士VI CKERS柱塞泵由于气体的可紧缩性，使气缸或气马达等执行元件的运动速度不只取决于气体流量。
还取决于执行元件的负载大小。
因而准确地控制气体流量常常是不用要的。
单纯的压力式或流量式比例/伺服阀应用不多，常常是压力和流量分离在一同应用更为普遍。
电---气比例阀和伺服阀主要由电---机械转换器和气动放大器组成。
但随着近年来低价的电子集成电路和各种检测器件的大量呈现，在1电---气比例/伺服阀中越来越多地采用了电反应办法，这也大大进步了比例/伺服阀的性能。
电---气比例/伺服阀可采用的反应控制方式，阀内就增加了位移或压力检测器件，有的还集成有控制放大器。
伺服阀、比例阀原理
伺服阀的工作原理下面介绍两种主要的伺服阀工作原理。
3.3.1力反馈式电液伺服阀力反馈式电液伺服阀的结构和原理如图28所示，无信号电流输入时，衔铁和挡板处于中间位置。
这时喷嘴4二腔的压力pa =pb，滑阀7二端压力相等，滑阀处于零位。
输入电流后，电磁力矩使衔铁2连同挡板偏转θ角。
设θ为顺时针偏转，则由于挡板的偏移使pa ＞pb，滑阀向右移动。
滑阀的移动，通过反馈弹簧片又带动挡板和衔铁反方向旋转（逆时针），二喷嘴压力差又减小。
在衔铁的原始平衡位置（无信号时的位置）附近，力矩马达的电磁力矩、滑阀二端压差通过弹簧片作用于衔铁的力矩以及喷嘴压力作用于挡板的力矩三者取得平衡，衔铁就不再运动。
同时作用于滑阀上的油压力与反馈弹簧变形力相互平衡，滑阀在离开零位一段距离的位置上定位。
这种依靠力矩平衡来决定滑阀位置的方式称为力反馈式。
如果忽略喷嘴作用于挡板上的力，则马达电磁力矩与滑阀二端不平衡压力所产生的力矩平衡，弹簧片也只是受到电磁力矩的作用。
因此其变形，也就是滑阀离开零位的距离和电磁力矩成正比。
同时由于力矩马达的电磁力矩和输入电流成正比，所以滑阀的位移与输入的电流成正比，也就是通过滑阀的流量与输入电流成正比，并且电流的极性决定液流的方向，这样便满足了对电液伺服阀的功能要求。
图28 力反馈式伺服阀的工作原理1—永久磁铁；2—衔铁；3—扭轴；4—喷嘴；5—弹簧片；6—过滤器；7—滑阀；8—线圈；9—轭铁由于采用了力反馈，力矩马达基本上在零位附近工作，只要求其输出电磁力矩与输入电流成正比（不象位置反馈中要求力矩马达衔铁位移和输入电流成正比），因此线性度易于达到。
另外滑阀的位移量在电磁力矩一定的情况下，决定于反馈弹簧的刚度，滑阀位移量便于调节，这给设计带来了方便。
采用了衔铁式力矩马达和喷嘴挡板使伺服阀结构极为紧凑，并且动特性好。
但这种伺服阀工艺要求高，造价高，对于油的过滤精度的要求也较高。
所以这种伺服阀适用于要求结构紧凑，动特性好的场合。
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典型电---气比例阀、伺服阀的工作原理电---气比例阀和伺服阀按其功能可分为压力式和流量式两种。
压力式比例/伺服阀将输给的电信号线性地转换为气体压力；流量式比例/伺服阀将输给的电信号转换为气体流量。
由于气体的可压缩性，使气缸或气马达等执行元件的运动速度不仅取决于气体流量。
还取决于执行元件的负载大小。
因此精确地控制气体流量往往是不必要的。
单纯的压力式或流量式比例/伺服阀应用不多，往往是压力和流量结合在一起应用更为广泛。
电---气比例阀和伺服阀主要由电---机械转换器和气动放大器组成。
但随着近年来廉价的电子集成电路和各种检测器件的大量出现，在1电---气比例/伺服阀中越来越多地采用了电反馈方法，这也大大提高了比例/伺服阀的性能。
电---气比例/伺服阀可采用的反馈控制方式，阀内就增加了位移或压力检测器件，有的还集成有控制放大器。
一、滑阀式电---气方向比例阀流量式四通或五通比例控制阀可以控制气动执行元件在两个方向上的运动速度，这类阀也称方向比例阀。
图示即为这类阀的结构原理图。
它由直流比例电磁铁1、阀芯2、阀套3、阀体4、位移传感器5和控制放大器6等赞成。
位移传感器采用电感式原理，它的作用是将比例电磁铁的衔铁位移线性地转换为电压信号输出。
控制放大器的主要作用是：1）将位移传感器的输出信号进行放大；2）比较指令信号Ue和位移反馈信号U f U；3）I输出。
此外，为了改善比例阀的性能，控制放大器还含有对反馈信号Uf和电压差U的处理环节。
比如状态反馈控制和PID调节等。
带位置反馈的滑阀式方向比例阀，其工作原理是：在初始状态，控制放大器的指令信号UF=0，阀芯处于P与A、B两端输出口同时被切断，A、B两口与排气口也切断，无流量输出；同时位移传Uf=0。
若阀芯受到某种干扰而偏离调定的零位时，位移传感器将输出一定的电压Uf，控制放大器将得到的U=-Uf放大后输出给电流比例电磁铁，电磁铁产生的推力迫使阀芯回到零位。
若指令Ue>0，则电压差U增大，使控制放大器的输出电流增大，比例电磁铁的输出推力也增大，推动阀芯右移。
而阀芯的右移又引起反馈电压Uf的增大，直至Uf与指令电压Ue基本相等，阀芯达到力平衡。
此时。
Ue=Uf=KfX(Kf为位移传感器增益)上式表明阀芯位移X与输入信号Ue成正比。
若指令电压信号Ue<0，通过上式类似的反馈调节过程，使阀芯左移一定距离。
阀芯右移时，气源口P与A口连通，B口与排气口连通；阀芯左移时，P与B连通，A与排气口连通。
节流口开口量随阀芯位移的增大而增大。
上述的工作原理说明带位移反馈的方向比例阀节流口开口量与气流方向均受输入电压Ue的线性控制。
这类阀的优点是线性度好，滞回小，动态性能高。
二、滑阀式二级方向伺阀下图所示为一种动圈式二级方向伺服阀。
它主要由动圈式力马达、喷嘴挡板式气动放大器、滑阀式气动放大器、反馈弹簧等组成。
喷嘴档板气动放大器做前置级，滑阀式气动放大器做功率级。
这种二级方向伺服阀的工作原理是：在初始状态，左右两动圈式力马达均无电流输入，也无力输出。
在喷嘴气流作用下，两挡板使可变节流器处于全开状态，容腔3、7内压力几乎与大气压相同。
滑阀阀芯被装在两侧的反馈弹簧5、6推在中位，两输出口A、B与气源口P和排气口O均被隔开。
当某个动圈式马达有电流输入是（例如右侧力马达），输出与电流I成正比的推力Fm将挡板推向喷嘴，使可变节流器的流通面积减小，容腔6内的气压P6升高，升高后的P6又通过喷嘴对档板产生反推力Ff。
当Ff 与Fm平衡时，P6趋于稳定，其稳定值乘以喷嘴面积Ay等于电磁力。
另一方面，P6升高使阀芯两侧产生压力差，该压力差作用于阀芯断面使阀芯克服反馈弹簧力左移，并使左边反馈弹簧的压缩量增加，产生附加的弹簧力Fs，方向向右，大小与阀芯位移X成正比。
当阀芯移动到一定位置时，弹簧附加作用力与7、3容腔的压差对阀芯的作用力达到平衡，阀芯不在移动。
此时同时存在阀芯和挡板的受力平衡方程式：Fs=KsX=(P6-P5)AxFf=P6Ay=KiI式中KS----反馈弹簧刚度Ax----阀芯断面积Kf----动圈式力马达的电流增益。
在上述的调节过程中，左侧的喷嘴挡板始终处于全开状态，可以认为P5=0，代入后整理上述两式可得X=(AxKi/AyKs)*I阀芯位移与输入电流成正比。
当另一侧动圈式马达有输入时，通过上述类似的调节过程，阀芯将向相反方向移动一定距离。
当阀芯左移时，气源口P与输出口A连通，B口通大气；阀芯右移时，P与B通，A口通大气。
阀芯位移量越大，阀口开口量也越大。
这样就实现了对气流的流动方向和流量的控制。
这类阀采用动圈式马达，动态性能好，缺点是结构比较复杂。
三、动圈式压力伺服阀图示是一种压力伺服阀，其功能是将电信号成比例地转换为气体压力输出。
主要组成部分有：动圈式力马达1、喷嘴2、挡板3、固定节流口4、阀芯5、阀体6、复位弹簧7、租尼孔8等。
初始状态时，力马达无电流输入，喷嘴与挡板处在全开位置，控制腔内的压力与大气压几乎相等。
滑阀阀芯在复位弹簧推力的作用下处在右位，这时输出口A与排气口通，与气源口P断开。
当力马达有电流I输入时，力马达产生推力Fm(=KiI)，将挡板推向喷嘴，控制腔内的气压P9升高。
P9的升高使挡板产生反推力，直至与电磁力Fm相平衡时P9才稳定，这时Fm=Iki=P9Ay+Yksy式中Ay----喷嘴喷口面积；Y----挡板位移；Ksy----力马达复位弹簧刚度。
另一方面，P9升高使阀芯左依，打开A口与P口，A口的输出压力P10升高，而P10经过阻尼孔8被引到阀芯左腔，该腔内的压力P11也随之升高。
P11作用于阀芯左端面阻止阀芯移动，直至阀芯受力平衡，这时(P9-P11)Ax=(X+X0)Ksx式中 A x----阀芯断面积；X----阀芯位移；X0----滑阀复位弹簧的预压缩量；Ksx----滑阀复位弹簧刚度。
由以上两式可得到P11=[P9Ax-(X+X0)Ksx]/Ax=(Iki-Yksy)/Ay-(X+X0)Ksx/Ax由设计保证，使工作时阀芯有效行程X与弹簧预压缩量X0相比小得多，可忽略不计，同时挡板位移量Y 在调节过程中变化很小，可近似为一常数，则上式简化为P11=KI+C其中K=Ki/Ay,称为电-气伺服阀的电流—压力增益，而C=-（X0Ksx/Ax+Yksy/Ay）是一常数。
由上式可见，P11与输入电流成线性关系。
阀芯处于平衡时，P10=P11，因此伺服阀的输出压力与输入电流成线性关系。
四、脉宽调制伺服阀与模拟式伺服阀不同，脉宽调制气动伺服控制是一种数字式伺服控制，采用的控制阀是开关式气动电磁阀。
脉宽调制气动伺服系统如图所示。
输入的模拟信号经脉宽调制器调制成具有一定频率和一定幅值的脉冲信号，经数字放大后控制气动电磁阀。
电磁阀输出的是具有一定压力和流量的气动脉冲信号，但已具有足够的功率，能借助气动执行元件对负载做功。
脉冲信号必须通过低通滤波器还原成模拟信号去控制负载。
低通滤波器可以是气动执行元件，也可以是负载本身。
采用前者滤波方式的称脉宽调制线性化系统，采用后者滤波的是依靠负载的较大惯性，它不能响应高频的脉冲信号，只能响应脉宽调制信号的平均效果。
负载响应的平均效果是与脉宽调制信号的调制量成正比的，其控制机理是：对于一个周期的脉冲波，设正脉冲和负脉冲的时间分别为T1和T2，周期为T，脉冲幅值为Ym ,则一个周期内的平均输出Ya为Ya=Ym(T1-T2)/T=YmKm式中Km=(T1-T2)/T称调制量（也称调制系数）。
一个周期的脉冲波及调制量与平均输出的关系如下图。
由于调制量Km与输入的模拟信号U成正比（这正是控制系统所要求的），因此平均输出与输入的模拟信号之间存在线性关系。
在脉宽调制气动伺服系统中，脉宽调制伺服阀完成信号的转换与放大作用，其常见的结构有四通滑阀型和三通球阀型。
下图所示为滑阀式脉宽调制伺服阀的结构原理图。
滑阀两端各有一个电磁铁，脉冲信号电流加在两个电磁铁上，控制阀芯按脉冲信号的频率往复运动。
脉宽调制伺服阀的性能主要是动态响应和对称性要求。
假设加在电磁铁上的是方波脉冲信号，从电磁铁接到信号到执行元件开始动作这段时间称信号的延迟时间。
延迟时间包括三部分，一是电磁线圈中电流由零逐渐增大到衔铁开始运动的电流增长时间；二是衔铁与阀芯一起运动的时间；三是从节流口打开、执行元件工作腔进行放气到执行元件开始动作的固定容器充放时间。
前两部分时间是由脉宽调制伺服阀决定。
脉宽调制气动伺服的工作频率一般是十几赫兹到二三十赫兹。
为了满足动态响应快的特点，要求延迟时间越短越好，一般控制在1~2ms以内。
所谓对称性要求，对四通滑阀，阀芯往复运动的响应要一致，即加在两个电磁铁上的脉冲信号在传递过程中延迟时间应基本相同，两输出口的压力与流量应基本相同；对三通球阀，对应脉冲信号上升沿下降沿的延迟时间应基本相同，球阀的充气过程和排气过程应基本相同。
由于三通球阀与差动气缸匹配，其对称性不如四通滑阀好。
为了提高四通滑阀的快速响应，常采用力反馈来提高阀芯反向运动的速度。
图所采用的是弹簧反馈的形式。
当信号反向时，弹簧力帮助阀芯反向运动，当阀芯运动过了中位，弹簧力改变，起阻止阀芯运动的作用，并能减轻阀芯到位的冲击力，降低噪声。
也有采用气压反馈的形式，其作用原理是一样的。
脉宽调制控制与模拟控制相比有很多优点：控制阀在高频开关状态下工作，能消除死区、干摩擦等非线性因素；控制阀加工精度要求不高，降低了控制系统成本；控制阀节流口经常处于全开状态，抗污染能力强，工作可靠。
缺点是功率输出小，机械振动和噪声较。
电—气比例伺服系统的应用实例一、柔性定位伺服气缸图示为一柔性定位气缸（又称位置伺服控制系统）。
该系统可以根据输给的电信号使气缸活塞在任意位置定位。
位置伺服控制系统由电—气方向比例阀由气缸1、2、位移传感器3、控制放大器4等组成。
该系统的基本原理是通过控制放大器、电—气比例阀、气缸的调节作用，使输入电压信号Ue与气缸位移反馈信号Uf(Uf与气缸位移之间是线性关系)之差U减小并趋于零，以实现气缸位移对输入信号的跟踪。
调节过程如下：若给定的输入信号Uf大于反馈信号Uf＞0，控制放大器输出电流I增大，使A口之间的节流面积增大，气缸A力Pa Uf增大，因此电压偏差U减小，直至U几乎为零（采用PID调节的控制放大器可将稳态偏差调节至零）。
当给定的输入信号小于反馈信号Uf时，U＜0，同样通过类似于上述的调节过程使偏差趋于零。
因此在稳定时，U=0即Ue=Uf=KX(K为常数)这就实现了输入信号Uf对气缸活塞位移X的比例控制。
上述的调节过程是在一段很短的时间内完成的，故只要输入信号Ue的主要频率分量在系统的频宽之内，气缸活塞位移就可以跟踪Ue的变化。