第二章 常用术语和比例电磁铁

节流口和节流边
在液压阀中，各种控制阀口都是可变节流口。
直动式溢流阀的结构图
先导式减压阀结构图
节流阀动画
四边滑阀阀口的控制作用图
双线箭头表示随阀口的开度增加而液阻减小，单箭头表示随阀口的开度减小而液阻增大。
液压桥路
利用阀口（节流边）的有效组合，可以构成 类似于电桥的液压桥路。液压桥路也有半桥和全 桥之分。液压全桥有A、B两个控制油口，用于控 制具有两个工作腔的双作用液压缸或双向液压马 达；液压半桥只有一个控制油口A（或B），只能 用于控制有一个工作腔的单作用缸或单向马达。
比例电磁铁的工作原理
当给比例电磁铁控制线圈一定电流时，在线 圈电流控制磁势作用下，形成两条磁路，如图所 示。由于电磁作用，产生了两个作用在比例电磁 铁衔铁的力，两个力的共同作用使比例电磁铁的 输出力相对于衔铁位移基本呈水平力特性关系。
在比例电磁铁衔铁整个行程区内，位移一力特 性并不全是水平特性。
有的书上还把力控制型比例电磁铁和行程控 制型比例电磁铁统一为力控制型比例电磁铁。 两者的差别有两点： 1.使用目的不同，力输出型以输出电磁力为主 要目的，而行程控制型以输出一定的位移为主要 目的。
2.负载弹簧刚度不同，力输出型的弹簧刚度较 大以获得较好的动态特性，行程控制型比例电磁 铁弹簧刚度较小以获得较大的位移。
位置调节型比例电磁铁在比例方向阀和比例流量阀上可 以控制阀口开度，用作比例压力阀上可以获得精确的输出力。 这种比例电磁铁具有很高的定位精度，负载刚度大，抗干扰 能力强。由于这类比例电磁铁是一个位置反馈系统，故要与 匹配的比例放大器一起使用。 由于有反馈环节，作用在衔铁和比例阀阀芯上的各种干 扰力（如液动力等）受到抑制，这种比例电磁铁有很好的线 性度，其滞环和重复误差均较小，比例阀的性能得到大幅度 提高，已无需用颤振信号来减少电磁铁的滞环，这样可以简 化比例放大器的结构。 由于这种比例电磁铁实现了衔铁位移的电反馈闭环，当 输入信号一定时，不管与负载相匹配的比例电磁铁输出电磁 力如何变化，其输出位移都保持不变。
电 磁 换 向 阀 的 工 作 原 理 图
普通阀用电磁铁的评价参数
详细信息
根据开关控制的要求，普通电磁铁最小推力要 能克服阀芯上的最大负载！
比例电磁铁的功能
比例电磁铁作为电液比例控制元件的电－机械转换 器件，是电子技术与液压技术的连接环节。其功能是将 比例控制放大器输出的电信号转换成为力或位移。
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液压反馈
对于比例控制系统而言，其优异的性能 和控制精度主要通过以下手段得到的：
1.阀内和系统中的液压反馈（压力反馈和流量反馈）
2.校正手段（含其采用的控制策略） 3.采用了比例电磁铁
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普通阀用电磁铁
阀用电磁铁根据所用电源的不同，有以下三种：①交 流电磁铁。 ②直流电磁铁。 ③本整型电磁铁。还可分为 湿式和干式电磁铁两种。
电液比例控制
比例电磁铁部分
内容
1.后面要经常遇到的几个专业名词
（1）液压阀的职能符号、结构图、原理图 （2）电液的相似原理 （3）节流口与液压桥路 （4）液压阻尼 （5）液压反馈
2.比例电磁铁
先导式溢流阀的职能符号
三级同心先导式溢流阀结构图
三级同心先导式溢流阀原理图
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电液相似原理
在控制理论的数学模型中，液与电的数 学模型极为相似。因此，可采用模拟电的方 法对液流的流场进行分析，在某些计算分析 过程中，还可以采用成熟的电路分析方法来 分析液压元件或液压系统的数学模型。
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液压阻尼
实验表明，液压动力元件正常工作状态下的阻尼比 一般不会超过0.2，而二阶系统要求阻尼比最好在0.4-0.8 之间（如下图） ，0.707为最理想的值。如下图所示： 二 阶 系 统 阶 越 响 应 曲 线
提高液压阻尼的方法
设计液压控制系统时，设法提高系统的液压阻尼 具有很重要的意义。
工程上，常用增大液压阻尼的方法包括： 1.设置旁路泄露通道 2.负载压力反馈 3.加速度反馈。 其中，负载压力反馈又有静压反馈，动压反 馈和压力-电反馈三种方案。教材上提供了设置旁 路泄露通道的一种方法，供大家参考。
2、行程控制型比例电磁铁
行程控制型比例电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。 其中的弹簧是一个力－位移转换元件，电磁铁的输 出力通过弹簧转换为阀芯的位移，即行程控制型比 例电磁铁实现了电流－力－位移的线性转换。 这类比例电磁铁的工作行程比较大，用于控制 阀口开度（如比例节流阀、比例流量阀和比例方向 阀），其行程与比例阀阀口的开度相对应。行程控 制型比例电磁铁与力控制型比例电磁铁的特性基本 一致，即都具有水平的位移－力特性和线性的电流 －力特性。
3.根据所输出的运动参数，可分为：
直线运动的比例电磁铁和旋转运动的比例电磁铁（角位移 式）。直线运动的比例电磁铁应用最为广泛。
1、力控制型比例电磁铁
力控制型比例电磁铁直接输出力，它的工作行程较短， 可直接与阀芯或通过传力弹簧与阀芯连接，一般用在比例阀 的先导控制级上或比例压力阀中，用于产生阀芯上的力。在 工作区内，具有水平的位移－力特性，即其输出力只与输入 电流成比例，而与位移无关。
比例电磁铁的评价参数
详细信息
比例电磁铁的分类
1.根据使用情况和调节参数的不同，比例电磁铁可分 为： 1.比例电磁铁的
力控制型、行程控制型、位置调节型。
作用？ 2.比例电磁铁的 两个特性？
2.根据所承受的压力等级，可分为：
耐高压、不耐高压的比例电磁铁，不耐高压的比例电磁铁一 般只能承受溢流阀、方向阀等的回油腔压力。由于结构比较 简单，仍有不少电液比例阀配用这类电磁铁。
3、位置调节型比例电磁铁
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，即它的 负载刚度很大。
这类位置调节型比例电磁铁多用于控制精度要求较高的 比例阀上。在结构上，除了衔铁的一端接上位移传感器 （位移传感器的动杆与衔铁固定联接）外，其余与力控制型、 行程控制型比例电磁铁基本相同。
end
比例电磁铁的特点：
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。
对比例电磁铁的要求：
1.水平的位移－力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内， 当输入电流一定时，其输出力保持恒定，基本与位移无关。
2.稳态电流－力特性具有良好的线性度，死区及滞环小。
3.响应快，频宽足够宽。
4. 比例电磁铁端头有放气螺钉，在液压系统启动之后到正常 运行之前，以排除阀和比例电磁铁中的空气。否则，滞留在电 磁铁中的空气会影响比例阀的可靠运行。 5.为了保持静压平衡，衔铁前后腔有通道沟通，此通道断面 大小要适当，在保证快速性的前提下，要有一定阻尼。对于位 置调节型比例电磁铁，可取消液压阻尼，以提高其快速性。 6.调零弹簧对比例电磁铁的稳态特性曲线有明显影响，其刚 度和预压缩量应该选择适当。没有调零弹簧的比例电磁铁，一 般亦有刚度很小的复位弹簧，以保证在未 通电时，电磁铁衔 铁处于确定位置。 7.位置调节型比例电磁铁的位移传感器中的电感线圈与检测联 杆间的相对位置由生产厂家调整好后，不能随意变动。
11.通过比例放大器调整颤振信号，应在保证比例阀的稳定性 和小电流信号的良好稳态特性的前提下，使滞环尽可能小。 一般由生产厂商根据比例阀的控制要求调整好，用户不要随 意调整。
12.衔铁轴承的结构形式对比例电磁铁的滞回有明显的影响。 13.国内外生产比例电磁铁的厂家很多，但不同厂家的比例 电磁铁在结构和性能上仍有差别。因此，即使是同一规格的 比例电磁铁，由于生产厂家不同，也不能相互简单替代。 14.对带位移传感器的位置调节型比例电磁铁，通过调整位 移传感器线圈对测量动杆的相对位置，使位置传感器测量动 杆处于中位。更重要的是，必须使衔铁的运动始终处于传感 器的测量范围内。 15.通过调节比例电磁铁调零弹簧，调整比例阀先导阀的零 位及比例阀的死区，以获得满意的比例阀控制特性。
电液相似对比
电气元件
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液压元件
功
能
电池 电线 电压 电流 控制器 二级管 保险丝 电阻 开关
产生能量或功率
传递能量 在有压差的两点间产生势能 使势能作有用功 控制传递功率的大小
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允许功率单向传递
保护系统不过载 限制功率的传递 停止或允许功率传递
液压泵 油管 油压 流量 控制阀 单向阀 溢流阀 节流孔 截止阀
不同类型的半桥
三级同心先导式溢流阀结构图
评价液压半桥工作特性的参数
1.流量增益 表示液压半桥在零位附近调节时，将如何影响输出流量 或被控件的运动速度。 2.压力增益 表示液压半桥在零位附近调节时将使其输出的控制压力 产生变化的快慢，即表示压力灵敏度。 3.流量-压力系数 表示半桥回路中与速度成正比的阻尼力，在分析动态性 能时是一个重要的参数。 以上三个参数都是以阀的零位的参数来评价的，因为 这时阀的流量增益最高，而阻尼力最小，所以若构成闭环 系统，零位工作点是系统稳定性最差的工况，必须加以分 析。
它分为三个区段： 1)在工作气隙接近于零的区段，输出力急剧上升， 称为吸合区，这一行程区段不能正常工作。因此， 在结构上用加限位片的方法将其排除，使衔铁不 能移动到该区段内。
2)当工作气隙过大时，电磁铁输出力明显下降，称 为空行程区Ⅲ，这一区段虽然也不能正常工作， 但有时是需要的。 3)除吸合区和空行程区Ⅲ外，具有近似水平位移 一力特性的区段，称为工作区段Ⅱ。工作区的长 度与比例电磁铁的类型等有关。
8.电磁铁衔铁腔受污染后，应进行清洗。在拆卸电磁铁时， 一般不需要将线圈部分拆开，否则容易擦伤线圈接头处，弄 断导线。在装配时，注意不要忘记装限位片。 9.比例电磁铁的手动应急机构用来在断电或比例控制放大器 出现故障时，手动操作系统，系统布置时应留出手动操作空 间。 10.电磁铁衔铁腔易受污染，进入其中的油液需经内置粗过滤 器。运行时应定期检查此粗过滤器是否堵塞。
液压半桥
全桥回路有4个控制阀口，而液压半桥是由一个进油 阀口和一个回油阀口构成的，它有三个通道——进油通道 P、回油通道O（或T）和控制通道A。根据控制阀口的性 质和位置，液压半桥可以分为4种类型：A型半桥，B型半 桥，C型半桥和D型半桥。
对于比例元件，为了控制阀芯的运动，可以在阀芯端 面上形成一个可控的液压力。这个可控的液压力，就是用 液压半桥来获得的。几乎对于所有的液压阀，都采用这一 原理，只是液压的板桥的型式有所不同而已。
比例电磁铁的使用、维护与调整
1.与先导级配合的比例电磁铁，其工作行程相当小，应限制 在比例电磁铁的有效行程内，即使它的整个工作行程处于 比例电磁铁的水平吸力区段。 2.比例电磁铁一般多为湿式直流电磁铁，要特别注意衔铁腔 是不是耐高压，耐多少高压，不耐高压的比例电磁铁一般 只能承受溢流阀、方向阀的回油压力。 3.对配用两个比电磁铁的比例方向阀，衔铁总行程包括工作 行程和空行程。当其中一个工作在工作区时，另一个运行 于非工作区（空行程区）。一般情况下，工作行程和空行 程相等，各为电磁铁总行程的一半。如衔铁行程为（3+3） mm，表示工作行程3mm，空行程3mm，即以电磁铁推杆 全部推出位置为起始点，将推杆向里面推3mm为水平吸力 工作区，再向里推3mm为非工作区。