第六章电液比例阀与比例控制回路(2015)

第六章
电液比例阀及 比例控制回路
6.1 概述
本 章 介 绍
6.2 电液比例阀 6.3 电液比例控制基本回路 6.4 电液比例控制工业应用

6.1 概述
从广义讲，凡是输出量，如压力、流量、位移、速度、加速 度等，能随输入信号连续地按比例地变化的控制系统，都称 为比例控制系统。从这个意义上说，伺服控制也是一种比例 控制。电液比例控制可以分为开环控制和闭环控制。
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

电液比例控制技术的发展动力
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。
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、 伺服、比例、 比例、开关元件性能对照表 电液伺服阀 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 中位死区 1~3 0.5 20 ~ 200 0.05 ~ 5 无 1~3 0.5 1 ~ 30 10 ~ 24 有 4~7 ±1 1~5 10 ~ 30 有 有 3-10 7/21 电液比例阀 25 0.5 ~ 2 早期电液比例阀 25 0.25 ~ 0.5 开关阀 25 0.25 ~ 0.5

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。 第一阶段： 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： 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： 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。

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
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。

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

根据电磁换向阀的通径大小和电源电压，其

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

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。

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。

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。

同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也可以控制减加速度。

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）。

时间

力

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。

时间

力

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。

时间

力

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。

时间

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)。

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。

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 电液比例阀

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压力控制阀、、比例流量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为直动式(15L/min)(15L/min)(15L/min)和先导式和先导式和先导式(500L/min)(500L/min)按反馈/反馈物理量反馈物理量分类分类

带反馈或不带反馈型/流量反馈流量反馈、、位值反馈和力反馈按主阀芯的型式按主阀芯的型式分类分类

滑阀式和插装式(1600L/min)