超高速电液比例阀学习报告

超高速电液比例阀学习报告

一、电液比例阀概述

（1）电液比例阀(简称比例阀)：以传统的工业用液压控制阀为基础，采用模拟式电气一机械转换装置，将电气信号转换为位移信号，按输入电信号令，连续成比例地控制液压系统油液的压力、流量或方向等参数。

（2）优点:抗污染能力强(过滤精度25um)，减少了由于污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性，因此更适合于工业过程;另一方面，比例阀的成本比伺服阀低，而且不包含敏感和精密的部件，更容易操作和保养，己在许多液压控制场合获得广泛应用。

（3）缺点:传统的电液比例阀是以比例电磁铁作为驱动装置的电-液信号转换元件，虽然其结构坚固，抗污染能力较强，价格较为低廉。但存在着运动部件体积惯量大(两端对置)，支撑部位多，摩擦力大、线性度差等固有弊病。同时，由于比例电磁铁固有特性的限制，导致电液比例阀无论在响应时间还是在响应速度上都不是很快，响应速度稍快的但流量又太小，滞环大、死区大，而且给系统的控制算法带来困难。

二、电液伺服阀概述

（1）电液伺服阀：作为电液伺服控制中的关键元件，通过接受模拟电信号，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀由于其独有的特点，广泛地在航空、航天、冶金以及化工等行业应用。

（2）优点：以力矩马达为驱动装置的电液伺服阀虽然控制品质较好，频响高，滞环小，死区亦小，且线性度好。

（3）缺点：电液伺服阀对工作油液的污染十分敏感，导致系统过滤成本高，且其加工难度大，价格昂贵，限制了电液伺服阀的应用。

三、超高速电液比例阀概述

（1）超高速电液比例阀:超高速电液比例阀是采用动圈式电-机械转换器作为驱动装置的电一液信号转换元件，阀芯位置采用电反馈，控制性能很好，某些性能指标达到甚至超过了电液伺服阀，尤其是在频率响应方面更优越，可达300Hz以上。另一方面，与传统伺服阀不同，其中不存在喷嘴一类的细小节流口，

故抗污染能力强，无需高成本的过滤措施，工作可靠性高。

一般情况，工程上将响应速度在50Hz以下定义为普通，50Hz- 200Hz称为高速，200Hz以上称为超高速。

（2）超高速电液比例阀的结构：超高速电液比例阀的外形结构，如图3-1。主要由超高速电液比例直动式先导阀、P口叠加式单向节流阀、AB口叠加式单向节流阀和主控阀四部分组成。

图3-1 超高速电液比例阀的外部结构示意图

超高速电液比例直动式先导阀可单独使用于小流量控制环境，而直动式先导阀、叠加式单向节流阀和主控阀三者组合可为液压控制系统提供较大的控制流量。超高速比例阀在结构设计上，为了防止预期系统压力的较大波动，在直动式先导阀与主控阀之间装有两个叠加式单向节流阀，用来调节超高速电液比例阀入口或者出口的压力，改善其动态性能。对于小流量的电液比例控制环境，可仅采用超高速电液比例直动式先导阀控制。由于直动式先导阀运动部件惯性小，因此其响应速度较高，达到350Hz以上。同时，因为先导阀阀芯开口度较小，使得其输出流量较小，在40L/min左右。另外，对于需要大流量控制的液压环境，一般需要采用超高速电液比例直动式先导阀作先导控制，利用先导输出油液压力推动主控

阀阀芯运动，从而打开阀口，输出流量。由于采用先导控制，运动部件较多，因此其响应速度一般不高，接近100Hz。但由于主控阀阀口开度较大，使得该液压控制阀输出流量较大，超过300L/min。

图3-2 超高速电液比例阀结构原理图

（3）超高速电液比例阀油液流道如图3-3所示，主要由复位弹簧、阀套、阀芯、推力线圈骨架、控制线圈、衔铁和永磁体等组成，控制线圈安装在推力线圈骨架上，线圈骨架与先导阀阀芯相连。

图3-3 超高速电液比例阀油液流道图

（4）超高速电液比例阀控制原理如图3-4所示，输入信号电压ui经放大器放大理后，加载到控制线圈，载流线圈连同推力线圈骨架在永磁体产生的恒定磁场中，受到电磁力Fpc。作用，与先导阀复位弹簧共同推动先导阀阀芯运动，产生与控制信号电压成比例的位移Xp，导致先导阀阀口打开。当电磁力、弹簧力和先导阀液动阻力达到瞬态平衡时，先导阀阀口保持一定的开度，从而输出相应的先导流量。

图3-4 超高速电液比例阀控制原理图

由先导阀输出控制油压，在主控阀阀芯端面产生液压驱动力，使得主控阀阀芯克服弹簧弹力而移动，产生与控制信号电压成比例的位移Xm，导致主控阀阀口打开。当液压驱动力、弹簧力和主控阀液动阻力达到瞬态平衡时，主控阀阀口保持一定的开度，从而输出相应的控制流量。先导阀阀芯和主控阀阀芯分别由两个位移传感器检测位置误差，然后转换成信号电压，补偿到输入信号电压ui作为纠偏电压。经放大器处理后驱动动圈式电-机械转换器，以确保先导阀和主控阀阀芯都保持在所需要的正确位置。这样整个超高速电液比例阀由双闭环控制，从而提高了比例阀的响应速度和控制精度。

载流线圈连同推力线圈骨架在磁场中所受电磁力的大小和方向，取决于线圈中控制电流i的大小和方向。这样由线圈电流励磁，减小了磁回路中涡流的影响。动子无铁芯，从而使动子质量变轻，动态特性也有保证。另外，通过改变输入电压信号的方向，来改变线圈组件所受电磁力的方向，并控制先导阀阀芯或者主控阀阀芯的运动方向，从而实现超高速电液电液比例阀的方向控制功能。

（5）超高速电液比例阀液压原理如图3-5，联合图3-3所示的超高速电液比例阀油液流道图，可得到超高速电液比例阀腔室油液流动过程如下:

图3-5 超高速电液比例阀液压原理图

液压泵提供的液压油，其中一路直接输送到主控阀阀口，另一路经P口叠加式单向节流阀节流后，输送到先导阀阀口。

若先导阀动圈式电-机械转换器的控制线圈得电使得先导阀阀芯左移，则先导阀阀口被打开，导致先导阀P口与先导阀A口接通，使得液压泵提供的油液从先导阀P口流到先导阀A口，从而先导阀输出相应的先导流量。

先导阀输出的先导油液经过A口叠加式单向节流阀，直接通流后流到主控阀左腔，推动主控阀阀芯右移，导致主控阀阀口被打开，使得主控阀P口与主控阀B口通，液压泵提供的油液从主控阀P口流到主控阀B口，主控阀输出相应的流量。主控阀右腔油液经B口叠加式单向节流阀节流后，流到先导阀B口。此时，先导阀B口与先导阀T口接通，油液经先导阀B口流到先导阀T口，最后经主控阀Y口流回油箱。反之，若动圈式电-机械转换器的控制线圈得电使得先导阀阀芯右移，与前文分析的阀芯右移类似。

四、超高速电液比例与普通电液比例阀的转换装置比较