简单易懂的比例阀基本原理课件

直动式比例溢流阀
HBIVT
1) 比例阀也可用于控制压力，在这种情况下，比例电磁铁用来推动阀芯动 作，即通过弹簧将锥阀芯压在阀座上。电磁力越大，所需将溢流口打开的压 力就越大。
2) 这里描述了直动式溢流阀功能，直 动式溢流阀只允许通过较小的流量。
先导式比例溢流阀
HBIVT
为了控制较高的流量， 直动式比例溢流阀可以 作为先导式溢流阀的先 导级（或减压阀）。
HBIVT
基本系统
三位电磁换向阀可以完成下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩 - 停止液压缸
HBIVT
HBIVT
因此，电磁换向阀的作用就像电气回路中 的开关一样。 在一个位置上，关闭灯...
HBIVT
... 而在另一个位置上，接通灯， 但并没有中间位置。
HBIVT
不过，另一种类型的开关可以用于控制 灯泡亮度，该开关被称之为光度调整开 关。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
基本系统
1) 比例方向阀可被认为是电开关中 的光度调整开关。
HBIVT
2) 阀芯移动并不是仅限于三个位 置，而是在行程范围内可以无级调 节。偏离中位的阀芯移动方向将决 定液压缸运动方式，其大小可以控 制液压缸活塞运动速度。
电磁换向阀的响应时间
HBIVT
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 度。
电磁换向阀的响应时间
HBIVT
0.015
S
根据电磁换向阀的通径大小和电源电压，其 通电响应时间约为15ms。
电磁换向阀的响应时间
HBIVT
0.040
S
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 25ms）。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
HBIVT
在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以 在全关闭位置和全打开位置之间的任意位 置上切换触点。
位置 减速度 距离 速度 加速度 时间
力控制
HBIVT
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）。
力
时间
力控制
HBIVT
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。
力
时间
力控制
HBIVT
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。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例电磁铁
HBIVT
所以，与电磁换向阀不同，比 例阀线圈电流可调，并不仅是 接通或关断。 然而，在结构上，比例电磁铁 与开关式电磁铁相类似。
B A F C D E
比例电磁铁由下列部分组成： - 线圈 (A) - 磁轭 (B)
- 衔铁 (C)
- 磁极片(D) - 推杆 (E) 衔铁密闭在导磁套（ F ）中， 比例电磁铁通常采用塑料树脂 材料(G)封装。
G
比例电磁铁
HBIVT
当在线圈上施加电压时，将有电流 流过线圈。
比例电磁铁
HBIVT
1) 同样，电流产生磁场，该磁场集中 在金属导磁套、磁极片和衔铁中。
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2) 然而，在磁极片与衔铁之间的磁回 路中存在间隙，所以，就会产生电磁 力，该电磁力将闭合这个间隙，从而 使磁路导通。
比例阀的响应时间
HBIVT
2.000
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
HBIVT
3.000
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
HBIVT
切换电磁换向阀
电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装 置能够接通或关断电流。
HBIVT
比例阀
HBIVT
不过，比例方向阀可以通过类似于光 度调整开关的电气装置来控制。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例阀的响应时间
HBIVT
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
比例阀的响应时间
HBIVT
1.000
S
不过，比例阀阀芯的运动 速度可由输入给比例电磁 铁的电信号确定。通过渐 增或渐降（称之为斜坡） 电信号，可以获得几秒钟 的通电和断电响应时间。
电子控制
HBIVT
阀输入信号
如前所述，输入给比例电磁铁的电流需要调节，而不是简单的接通或 关断（像在电磁换向阀中一样）。
阀输入信号
HBIVT
理论上，这可以通过光度调整类型元件（如可调电阻）来实现，但由 于热量产生和漂移等问题，实际上并不使用这种元件，除非对于最简 单的应用场合。
功率放大器
通常，比例电磁铁的线圈电流由功率放大器（电子放大器）来控制。 功率放大器本身需要一个电源（一般为12 或 24 VDC ）和一个输入 信号。
HBIVT
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
HBIVT
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
HBIVT
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。
1) 然而，比例阀阀芯在刃口上开有 V型槽，这样可使比例阀开口具有较 宽的变化区间。
S
S
比例阀
HBIVT
Q
根据将控制的最大流量，可配装不同的阀 芯，即这些阀芯具有不同的形状、大小或V 型槽数。
S
S
直动式比例溢流阀
HBIVT
1) 比例阀也可用于控制压力，在这种情况下，比例电磁铁用来推动阀芯动 作，即通过弹簧将锥阀芯压在阀座上。电磁力越大，所需将溢流口打开的压 力就越大。
电梯举例 – 比例系统
HBIVT
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。
电梯举例 – 比例系统
同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也可以控制减加速度。
HBIVT
运动控制
因此，比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制：
HBIVT
距离
时间
运动控制
1. 平滑控制执行元件的加速度，直至最大速度。
HBIVT
Q
2) 这意味着为了控制小流量，所需 阀开口度将会是很小。小开口度是 很难控制的。
S
S
Q
比例阀
HBIVT
Q
1) 然而，比例阀阀芯在刃口上开有 V型槽，这样可使比例阀开口具有较 宽的变化区间。
S
S
比例阀
HBIVT
Q
2) 所以，与电磁换向阀相比，尽管比例阀的最 大流量较低，但是，其更容易实现小流量控制 ，即比例阀开口是逐渐变化的。
F
电梯举例 – 开关系统
HBIVT
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。
电梯举例 – 比例系统
HBIVT
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。
基本系统
1) 考虑一个简单的液压系统，其由油 箱（A）、电动机（ B ）、液压泵（ C ）、溢流阀（ D ）、过滤器（ E ）、 流量控制阀（ F ）、电磁换向阀（ G ）和液压缸（ H ）组成。
HBIVT
H
2) 通过流量控制阀(其可确定液压 缸运动速度大小 )和电磁换向阀 ( 其 可确定液压缸向何方向运动 ) 来控 制液压缸运动。
力
时间
力控制
HBIVT
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。
力
时间
力控制
HBIVT
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。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例阀
HBIVT
通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大 小，从而实现了比例阀出口流量的控制。
比例电磁铁
HBIVT
增加线圈电流将使电磁力增大，因 此，阀芯移动距离也增大。
比例电磁铁
HBIVT
I
F
I
F
在设计比例电磁铁时，应使电磁力 (F)与线圈电流(I)之间成线性关系， 即电磁力仅取决于线圈电流。
电磁换向阀
HBIVT
进一步讲，电磁换向阀与比例阀之 间的不同就在于阀芯结构上。
电磁换向阀
1) 对于电磁换向阀，当通电时，阀 芯结构应使其压降最小。
HBIVT
24 V DC
功率放大器
功率放大器输出（电流）由输入信号控制，当输入信号为零时，输出 信号也为零。
HBIVT
电梯举例 – 开关系统
HBIVT
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。
电梯举例 – 开关系统
HBIVT
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。
先导式比例溢流阀
HBIVT
为了控制较高的流量， 直动式比例溢流阀可以 作为先导式溢流阀的先 导级（或减压阀）。
比例系统的优点
HBIVT
远程控制 – 开关系统
HBIVT
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
比例电磁铁
HBIVT
1) 推杆将比例电磁铁与比例阀阀芯 连接起来，其通常推动阀芯向挤压 弹簧方向移动。
2) 电磁力大小由磁场强度决定，而 磁场强度与线圈电流成正比。
比例电磁铁
HBIVT
增加线圈电流将使电磁力增大，因 此，阀芯移动距离也增大。
比例电磁铁
HBIVT
增加线圈电流将使电磁力增大，因 此，阀芯移动距离也增大。
基本系统
所以，实际上，比例方向阀既可以作 为换向阀，也可以作为流量控制阀。
HBIVT
切换电磁换向阀
电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装 置能够接通或关断电流。
HBIVT
切换电磁换向阀
电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装 置能够接通或关断电流。
HBIVT
距离
加速度 时间
运动控制
HBIVT
2. 控制执行元件速度，若有必要，对于变负载，应保持其恒定。
距离
速度 加速度 时间
运动控制
3. 平滑减加速度，并使压力峰值最小。
HBIVT
距离
减速度 速度 加速度 时间
运动控制
HBIVT
4. 通过采用合适的感测元件，比例阀还可以较高精度控制执行元件定 位。
G
F
E D
C
B
A
基本系统
当电磁换向阀通电时，液压缸活塞杆 以一定速度伸出或回缩，该速度大小 可通过流量控制阀确定，因此，电磁 换向阀本身并不控制液压缸活塞运动 速度。
HBIVT
基本系统
三位电磁换向阀可以完成下列功能： - 液压缸活塞杆伸出
HBIVT
基本系统
三位电磁换向阀可以完成下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩