电液伺服控制阀和比例阀课件.ppt

1、 将电信号传递处理的灵活性和大功率液将电信号传递处理的灵活性和大功率液压控制相结合，可对大功率、快速响应的液压系统压控制相结合，可对大功率、快速响应的液压系统实现远距离控制、计算机控制和自动控制，在航空、实现远距离控制、计算机控制和自动控制，在航空、航天、冶金、试验设备、雷达、船舰、兵器等领域航天、冶金、试验设备、雷达、船舰、兵器等领域具有重要而广泛的用途。具有重要而广泛的用途。按输出和反馈的液压参数不同，电液伺服阀分为按输出和反馈的液压参数不同，电液伺服阀分为和和两大类，前者应用远比后者两大类，前者应用远比后者广泛，本课程只讨论流量伺服阀。广泛，本课程只讨论流量伺服阀。一、一、用用进行控制。

2、伺服放大进行控制。伺服放大器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、同步器的输入电压信号来自电位器、信号发生器、同步机组和计算机的机组和计算机的D/A数模转换器输出的电压信号等。数模转换器输出的电压信号等。其输出参数即其输出参数即的电流与输入电压信号的电流与输入电压信号成正比。伺服放大器是具有深度电流负反馈的电子成正比。伺服放大器是具有深度电流负反馈的电子放大器，一般主要包括比较元件（即加法器或误差放大器，一般主要包括比较元件（即加法器或误差检测器）、电压放大和功率放大等三部分。检测器）、电压放大和功率放大等三部分。电液伺服阀在系统中一般不用作电液伺服阀在系统中一般不用作，系，系统的输出参数必须

3、进行反馈，形成统的输出参数必须进行反馈，形成，因而，因而其比较元件至少要有控制和反馈两个输入端。有的其比较元件至少要有控制和反馈两个输入端。有的电液伺服阀还有内部状态参数的反馈。电液伺服阀还有内部状态参数的反馈。电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺服阀。服阀。在流量型伺服阀中，要求主阀芯的在流量型伺服阀中，要求主阀芯的位移位移XP与与的输入的输入电流信号电流信号I 成比例，为了保证主阀芯的定成比例，为了保证主阀芯的定位控制，主阀和先导阀之间设有位置负反馈，位位控制，主阀和

4、先导阀之间设有位置负反馈，位置反馈的形式主要有置反馈的形式主要有直接位置反馈直接位置反馈和和位置位置-力反力反馈馈两种。两种。力马达力马达 的的的直接作用是将伺服放大的直接作用是将伺服放大器输入的电流转换为力矩或器输入的电流转换为力矩或力（前者称为力（前者称为、后、后者称为者称为），进而转化），进而转化为在弹簧支承下阀的运动部为在弹簧支承下阀的运动部件的角位移或直线位移以控件的角位移或直线位移以控制阀口的通流面积大小。制阀口的通流面积大小。iFK i先导级放大元件反馈杆反馈杆示为一典型示为一典型的的，由由、和和三部分组成。三部分组成。电液伺服阀电液伺服阀a a）电液伺服阀结构）电液伺服阀结构

5、b b）电）电-机械转换器结构机械转换器结构11喷嘴喷嘴 22挡板挡板 33弹簧管弹簧管 44线圈线圈 55永久磁铁永久磁铁 6 6、88导磁导磁体体 77衔铁衔铁99阀体阀体 1010滑阀滑阀 1111节流孔节流孔 1212过滤器过滤器的的的直接的直接作用是将伺服放大作用是将伺服放大器输入的电流转换器输入的电流转换为力矩或力（前者为力矩或力（前者称为称为、后、后者称为者称为），），进而转化为在弹簧进而转化为在弹簧支承下阀的运动部支承下阀的运动部件的角位移或直线件的角位移或直线位移以控制阀口的位移以控制阀口的通流面积大小。通流面积大小。力矩马达力矩马达 衔铁衔铁磁钢磁钢导磁体导磁体iTSNNN

6、SSNSNS吸吸吸吸斥斥斥斥KtiT指i的上部及的上部及表示表示的结构。的结构。和和连为连为一体，由固定在一体，由固定在上的上的支承。挡板下端的球头插入支承。挡板下端的球头插入的凹槽，前后两块的凹槽，前后两块与与形成一固定磁形成一固定磁场。当场。当内无控制电流时，内无控制电流时，导磁体导磁体6、8和衔铁间四个间隙中和衔铁间四个间隙中的磁通相等均为的磁通相等均为g，且方向相同，且方向相同，衔铁受力平衡处于中位。当线圈衔铁受力平衡处于中位。当线圈中有控制电流时，一组对角方向中有控制电流时，一组对角方向气隙中的磁通增加，另一组对角气隙中的磁通增加，另一组对角方向气隙中的磁通减小，于是街方向气隙中的磁

7、通减小，于是街铁在磁力作用下克服弹簧管的弹铁在磁力作用下克服弹簧管的弹力，偏转一角度。挡板随衔铁偏力，偏转一角度。挡板随衔铁偏转而改变其与两个转而改变其与两个间的间间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙隙，一个间隙减小，另一个间隙相应增加。相应增加。该电液伺服阀的液压阀部分为该电液伺服阀的液压阀部分为控制的控制的。压力油经。压力油经P口直接为主口直接为主阀供油，但进喷嘴挡板的油则需阀供油，但进喷嘴挡板的油则需经经进一步过滤。进一步过滤。当当偏转使其与两个偏转使其与两个间隙不等时，间隙小的间隙不等时，间隙小的一侧的喷嘴腔压力升高，一侧的喷嘴腔压力升高，反之间隙大的一侧喷嘴腔反之间隙大的一侧喷嘴腔压力

8、降低。这两腔压差作压力降低。这两腔压差作用在滑阀的两端面上，使用在滑阀的两端面上，使滑阀产生位移，阀口开启滑阀产生位移，阀口开启。这时压力油经。这时压力油经和滑阀和滑阀的一个阀口并经的一个阀口并经流向流向，液压缸的排，液压缸的排油则经通口油则经通口B或或A和另一阀和另一阀口并经口并经与回油相通。与回油相通。双喷嘴挡板阀双喷嘴挡板阀 滑阀移动时带动挡板下端球滑阀移动时带动挡板下端球头一起移动，从而在衔铁挡头一起移动，从而在衔铁挡板组件上产生力矩，形成力板组件上产生力矩，形成力反馈，因此这种阀又称反馈，因此这种阀又称。稳态时衔铁挡板。稳态时衔铁挡板组件在驱动电磁力矩、弹簧组件在驱动电磁力矩、弹簧管

9、的弹性反力矩、喷嘴液动管的弹性反力矩、喷嘴液动力产生的力矩、阀心位移产力产生的力矩、阀心位移产生的反馈力矩作用下保持平生的反馈力矩作用下保持平衡。输入电流越大，电磁力衡。输入电流越大，电磁力矩也越大，阀心位移即阀口矩也越大，阀心位移即阀口通流面积也越大，在一定阀通流面积也越大，在一定阀口压差（例如口压差（例如7MPa）下，）下，通过阀的流量也越大，即在通过阀的流量也越大，即在一定阀口压差下，阀的流量一定阀口压差下，阀的流量近似与输入电流成正比。当近似与输入电流成正比。当输入电流极性反向时，输出输入电流极性反向时，输出流量也反向。流量也反向。的反馈方式除上述的反馈方式除上述外还有外还有、（压力伺

10、服阀）（压力伺服阀）等多种形式。电液伺服阀内的某些反馈主要是等多种形式。电液伺服阀内的某些反馈主要是，如，如等。等。上述上述液压部分为液压部分为，伺服阀也有，伺服阀也有的和的和的，的，主要用于大流量场合。由主要用于大流量场合。由、和和组成的组成的是最典型的、最普遍的结构是最典型的、最普遍的结构形式。形式。的的有有、和和等形式。等形式。液压伺服阀中常用的液压伺服阀中常用的有有、和和三种。三种。1.滑阀滑阀 根据根据（起控制作用的阀口数）的不同，有（起控制作用的阀口数）的不同，有、和和滑阀控制式三种类型滑阀控制式三种类型。根据在平衡位置时阀口初始开口量的不同，可以分根据在平衡位置时阀口初始开口量的

11、不同，可以分为三种类型：即为三种类型：即（正遮盖）、（正遮盖）、和和。除了除了之外，还有一种阀心之外，还有一种阀心，它的作用原理和上述滑阀相类似。，它的作用原理和上述滑阀相类似。单边、双边和四边滑阀单边、双边和四边滑阀a a）单边）单边 b b）双边）双边 c c）四边）四边为为，它有一个控制边。，它有一个控制边。控制边的开口量控制边的开口量xs控制控制了液压缸中的油液压力了液压缸中的油液压力和流量，从而改变了液和流量，从而改变了液压缸运动的速度和方向。压缸运动的速度和方向。为为，它有四个控制边。它有四个控制边。xs1和和xs2是控制压力油进入液是控制压力油进入液压缸左、右油腔的，压缸左、右油

12、腔的，xs3和和xs4是控制左、右油腔是控制左、右油腔通向油箱的。当滑阀移通向油箱的。当滑阀移动时，动时，xs1和和xs4增大，增大，xs2和和xs3减小，或相反，减小，或相反，这样就控制了进入液压这样就控制了进入液压缸左、右腔的油液压力缸左、右腔的油液压力和流量，从而控制了液和流量，从而控制了液压缸的运动速度和方向。压缸的运动速度和方向。，、和和滑阀的控制作用是相滑阀的控制作用是相同的。单边式，双边式只同的。单边式，双边式只用以控制用以控制；四边式用来控制四边式用来控制。控制边数多时控制。控制边数多时控制质量好，但结构工艺性差。质量好，但结构工艺性差。一般说来，四边式控制用一般说来，四边式控

13、制用于精度和稳定性要求较高于精度和稳定性要求较高的系统；单边式、双边式的系统；单边式、双边式控制则用于一般精度的系控制则用于一般精度的系统。统。装配精装配精度要求较高，价格也较贵，度要求较高，价格也较贵，对油液的污染也较敏感。对油液的污染也较敏感。为为，它有两个控制边。压力它有两个控制边。压力油一路进入液压缸左腔，油一路进入液压缸左腔，另一路经滑阀控制边另一路经滑阀控制边xsl的开口和液压缸右腔相的开口和液压缸右腔相通，并经控制边通，并经控制边xs2的开的开口流回油箱。当滑阀移口流回油箱。当滑阀移动时，动时，xs1增大增大,xs2减小，减小，或相反，这样就控制了或相反，这样就控制了液压缸右腔的

14、压力，因液压缸右腔的压力，因而改变了液压缸的运动而改变了液压缸的运动速度和方向。速度和方向。2.射流管射流管 射流管射流管11液压缸液压缸 22接受板接受板 33射流管射流管示为示为。它由。它由、和和组成。射流组成。射流管管3可绕垂直于图面的轴线左右摆动一可绕垂直于图面的轴线左右摆动一个不大的角度。接受板个不大的角度。接受板2上有两个并列上有两个并列着的接受孔道着的接受孔道a和和b，它们把射流管，它们把射流管3端端部锥形喷嘴中射出的压力油分别通向液部锥形喷嘴中射出的压力油分别通向液压缸压缸1左右两腔。当射流管左右两腔。当射流管3处于两个接处于两个接受孔道的中间位置时，两个接受孔道内受孔道的中间

15、位置时，两个接受孔道内油液的压力相等，液压缸油液的压力相等，液压缸1不动；如有不动；如有输入信号使射流管输入信号使射流管3向左偏转一个很小向左偏转一个很小的角度时，两个接受孔道内的压力不相的角度时，两个接受孔道内的压力不相等，液压缸等，液压缸1左腔的压力大于右腔的，左腔的压力大于右腔的，液压缸液压缸1便向左移动，直到跟着液压缸便向左移动，直到跟着液压缸1移动的接受板移动的接受板2使射流孔又处于两接受使射流孔又处于两接受孔道的中间位置时为止；反之亦然。孔道的中间位置时为止；反之亦然。射流管装置的射流管装置的是：是：u结构简单，元件加工精度要求低；结构简单，元件加工精度要求低；u射流管出口处面积大

16、，抗污染能力强；射流管出口处面积大，抗污染能力强；u射流管上没有不平衡的径向力，不会产生射流管上没有不平衡的径向力，不会产生“卡住卡住”现象。现象。射流管装置的射流管装置的是：是：u射流管运动部分惯量较大，工作性能较差；射流管运动部分惯量较大，工作性能较差；u射流能量损失大，零位无功损耗亦大，效率较低；射流能量损失大，零位无功损耗亦大，效率较低；u供油压力高时容易引起振动，且沿射流管轴向有较大的轴供油压力高时容易引起振动，且沿射流管轴向有较大的轴向力。向力。主要用于主要用于的第一级的场合。的第一级的场合。3.喷嘴喷嘴-挡板挡板 喷嘴喷嘴-挡板的工作原理挡板的工作原理11液压缸液压缸 22挡板挡

17、板 33喷嘴喷嘴 44中间油室中间油室示为示为的的。它由。它由、和和组成。液压泵来的压组成。液压泵来的压力油力油pp一部分直接进入一部分直接进入，另一部分经过，另一部分经过进入进入再再通入液压缸通入液压缸1的无杆腔，并有的无杆腔，并有一部分经喷嘴一部分经喷嘴-挡板间的挡板间的流回油箱。当输入信号使流回油箱。当输入信号使的位置（亦即是的位置（亦即是）改）改变时，喷嘴挡板间的节流阻变时，喷嘴挡板间的节流阻力发生变化，力发生变化，及及无杆腔的压力无杆腔的压力p1亦发生亦发生变化，变化，就产生相应的就产生相应的运动。运动。喷嘴喷嘴-挡板式控制的挡板式控制的是：是：u结构简单，运动部分惯性小；结构简单，

18、运动部分惯性小；u位移小，反应快，精度和灵敏度高；位移小，反应快，精度和灵敏度高；u加工要求不高，没有径向不平衡力，不会发生加工要求不高，没有径向不平衡力，不会发生“卡住卡住”现象，因而工现象，因而工作较可靠。作较可靠。喷嘴喷嘴-挡板式控制的挡板式控制的是：是：u无功损耗大无功损耗大u喷嘴喷嘴-挡板间距离很小时抗污染能力差挡板间距离很小时抗污染能力差宜在宜在中用作第一中用作第一级（前置级）控制装置。级（前置级）控制装置。三、伺服阀三、伺服阀的特性分析的特性分析 1.静态特性静态特性伺服阀的流量伺服阀的流量-压力特性压力特性是指它是指它在负载下阀心作某一位移时通过在负载下阀心作某一位移时通过阀口

19、的阀口的qL与与pL之间之间的关系。的关系。以以示的示的为例，假定阀口棱边锋利，油源压力稳定，为例，假定阀口棱边锋利，油源压力稳定，油液是理想液体，阀心和阀套间的径向间隙忽略不计，执行元件油液是理想液体，阀心和阀套间的径向间隙忽略不计，执行元件是是。当阀心向右移动时，阀口。当阀心向右移动时，阀口1、3打开，打开，2、4关闭，关闭，伺服阀在进油、回油路上各有一个节流开口，进油开口处压力从伺服阀在进油、回油路上各有一个节流开口，进油开口处压力从pp降到降到p1，回油开口处从，回油开口处从p2降到零。降到零。零开口伺服阀计算简图零开口伺服阀计算简图油流的方程为油流的方程为 qp=q1=qL=q3式中

20、式中 qp、qL在负载下通过伺服阀和通向液压缸的流量在负载下通过伺服阀和通向液压缸的流量；q1、q3通过阀口通过阀口1、3的流量。的流量。)(pd1112ppACq 2332pACq d 式中式中 A1、A3阀口阀口1、3处的通流面积，其他符号意义同前。处的通流面积，其他符号意义同前。伺服阀的各个控制口大多是配作而且对称的，因此伺服阀的各个控制口大多是配作而且对称的，因此A1=A3，且，且q1=q3。由于。由于pP=p1+p2（可由（可由q1=q3推得），且负截压力推得），且负截压力pL=p1-p2，故有，故有p1=（pP+pL）/2，p2=（pP-pL）/2在这种情况下在这种情况下 Lpsd

21、LpdLppwxCppACq 221221 smaxspsmaxdpLxxpwxCqppL 将上式右边乘将上式右边乘xsmax，平方后化成无量纲式，得平方后化成无量纲式，得这是一组抛物线方程，其图形如这是一组抛物线方程，其图形如所示。所示。零开口伺服阀的零开口伺服阀的“流量流量-压力压力”特性曲线特性曲线图中上半部是伺服阀图中上半部是伺服阀时的时的情况，下半部是伺服阀情况，下半部是伺服阀时时的情况。由图可见，伺服阀的的情况。由图可见，伺服阀的对零点是对对零点是对称的，亦即是阀的称的，亦即是阀的在在两个方向是一样的。其他开口两个方向是一样的。其他开口形式伺服阀的形式伺服阀的“流量流量-压力压力”

22、特特性可以仿照上述方法进行分析。性可以仿照上述方法进行分析。阀的流量阀的流量-压力系数压力系数)(2LpsdconstLLCsppwxCpqKx 流量特性流量特性 伺服阀的流量特性伺服阀的流量特性a a）零开口阀）零开口阀 b b）负预开口阀）负预开口阀 c c）正预开口阀）正预开口阀如如所示，其中所示，其中所示为所示为的的和和，和和所示分别为所示分别为和和的的。阀的流量增益（流量放大系数）阀的流量增益（流量放大系数）constsLqL pxqK对理想零开口阀而言，得对理想零开口阀而言，得 LpdqppwCK 压力特性压力特性 伺服阀的压力特性伺服阀的压力特性由图可得阀的压力增益（压由图可得阀

23、的压力增益（压力放大系数），其定义为：力放大系数），其定义为：CqpKKK sLpp)(xppK 2对理想零开口阀对理想零开口阀来说：来说：系数系数Kq、KC和和Kp称为称为。图示为伺服阀的压力特性曲线。图示为伺服阀的压力特性曲线。constsLpL qxpK)(sLLLsLxppqxq 由此可推得：由此可推得：不仅表示了不仅表示了，而且在分析而且在分析时也非常重要。时也非常重要。对系对系统的稳定性有影响。统的稳定性有影响。对系统的对系统的和和有影响。有影响。则表明阀心在很小位移时，系统则表明阀心在很小位移时，系统能否有启动较大负载的能力，故对能否有启动较大负载的能力，故对有影响。有影响。阀在

24、原点附近的特性系数称为阀在原点附近的特性系数称为。几种常用伺服。几种常用伺服阀的零位特性系数，如阀的零位特性系数，如所示。所示。中中和和的的表达式是指由它们表达式是指由它们驱动的液压缸是小腔有效工作面积和大腔有效工作面积之比驱动的液压缸是小腔有效工作面积和大腔有效工作面积之比为为0.5的液压缸而言。而单边滑阀的的液压缸而言。而单边滑阀的xs0，指在零负载和液压，指在零负载和液压缸不动缸不动(qL=0)这一平衡状态下的这一平衡状态下的。对。对，xs0是它的是它的。pdpC wpdpC wpd2pC wpd2pC wp0sd2pwxC p0sd2pwxC p0sdpwxC ps02pxps0pxp

25、s02px 几种液压伺服阀的零位特性系数几种液压伺服阀的零位特性系数 伺服阀种类伺服阀种类零位特性系数零位特性系数单边滑阀单边滑阀双边滑阀双边滑阀零开口四边滑阀零开口四边滑阀正开口四边滑阀正开口四边滑阀Kq0KC00Kp0内泄漏特性内泄漏特性 和和中所示的相仿。中所示的相仿。若为若为，滑阀处于，滑阀处于中间位置时，通过径向逢隙中间位置时，通过径向逢隙产生的泄漏为：产生的泄漏为：3rp32w Cqp式中式中 w阀的面积梯度；阀的面积梯度；Cr阀心和阀孔间的半径向缝隙；阀心和阀孔间的半径向缝隙；油液的动力粘度；油液的动力粘度；pp供油压力。供油压力。若为若为，阀在中间位置时的泄漏量为：，阀在中间位

26、置时的泄漏量为：pdpwUCq2 式中式中 Cd流量系数；流量系数；U阀中位时的预开口量；阀中位时的预开口量；油液的密度。油液的密度。当当的阀口有的阀口有13m的遮盖量时，可部分补偿的遮盖量时，可部分补偿径向缝隙的影响。径向缝隙的影响。因为阀有内泄漏，所以对实际的因为阀有内泄漏，所以对实际的来说，它的来说，它的不为零，经推导得：不为零，经推导得：2rC032wCK实际实际的的不是无穷大，而是不是无穷大，而是pdp02r32pCKC可见，可见，Kp0虽和虽和无无关，但却和关，但却和有关，有关，Cr增大时，增大时，Kp0急剧减小。急剧减小。必须指出，上面必须指出，上面14节中所述的是节中所述的是，

27、如果是，如果是，因输入是电流，则只要用输入电流，因输入是电流，则只要用输入电流I代替阀的位代替阀的位移移xs，便可得到，便可得到。由由可以确定阀的一些指标，如可以确定阀的一些指标，如、和和等。等。2.动态特性（频率特性）曲线动态特性（频率特性）曲线 动态特性曲线动态特性曲线一般用一般用表示，如表示，如所示。通常以所示。通常以幅值比为幅值比为-3dB和相位差为和相位差为-90时所对应的频率来度量，时所对应的频率来度量，而分别名之以而分别名之以和和。是衡量是衡量的一个的一个。为了使液压伺服系统有较好为了使液压伺服系统有较好的性能，应有一定的频宽。的性能，应有一定的频宽。但频带过宽，可能使电噪声但频

28、带过宽，可能使电噪声和高频干扰信号传给系统，和高频干扰信号传给系统，对系统工作不利。对系统工作不利。由于由于的控制精度高、响应速度快，所以在的控制精度高、响应速度快，所以在、以及以及中获得广泛的中获得广泛的应用，它常用来实现应用，它常用来实现、和和的控制。的控制。的正确使用，直接影响到系统的性能、工的正确使用，直接影响到系统的性能、工作可靠性和寿命。作可靠性和寿命。伺服阀的应用情况伺服阀的应用情况所示为依所示为依大小和大小和（以（以-90时的相频宽时的相频宽表示）的要求而使用伺服阀的情况。表示）的要求而使用伺服阀的情况。电液伺服阀在航空领域中的应用电液伺服阀在航空领域中的应用示为电液伺服阀在航

29、空航天领域中的应用。示为电液伺服阀在航空航天领域中的应用。（简称（简称）实质上是一种廉价的、抗污）实质上是一种廉价的、抗污染性较好的染性较好的。与电液伺服阀相似，与电液伺服阀相似，的的也是具有深度也是具有深度电流负反馈的电流负反馈的，其输出电流和输入电压成正，其输出电流和输入电压成正比。比例放大器构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一比。比例放大器构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一些，如比例放大器一般均带有些，如比例放大器一般均带有，还有，还有（比例方向阀）等功能。（比例方向阀）等功能。结构主要有结构主要有（比例电磁铁）和（比例电磁铁）和两部分。两部分。多数比例阀是多数比例阀是的，但也有的

30、，但也有的。的。比例阀的发展经历两条途径，一是用比例阀的发展经历两条途径，一是用取代传统液取代传统液压阀的手调输入机构，在传统液压阀的基础上发展起来的各压阀的手调输入机构，在传统液压阀的基础上发展起来的各种种、和和。另一途径是一些原电液伺服阀。另一途径是一些原电液伺服阀生产厂家在生产厂家在的基础上，降低设计制造精度后发展的基础上，降低设计制造精度后发展起来的。前者是比例阀发展的主流。起来的。前者是比例阀发展的主流。比例电磁铁结构与特性比例电磁铁结构与特性a a）结构图）结构图 b b）特性曲线）特性曲线吸合区吸合区 工作行程区工作行程区 空行程区空行程区是在传统是在传统用开关电磁铁基础上发展起

31、来。用开关电磁铁基础上发展起来。目前所应用的大多数比例电磁铁具有目前所应用的大多数比例电磁铁具有所示的所示的。由于磁路结构的特点，使之具有如由于磁路结构的特点，使之具有如所示的几乎水平的所示的几乎水平的，这有助于阀的，这有助于阀的。示的电磁铁的输出是电磁推力，故示的电磁铁的输出是电磁推力，故称为称为，还有一种带位移反馈的，还有一种带位移反馈的比例电磁铁。比例电磁铁。比例电磁铁结构与特性比例电磁铁结构与特性a a）结构图）结构图 b b）特性曲线）特性曲线吸合区吸合区 工作行程区工作行程区 空行程区空行程区带位移反馈的带位移反馈的比例电比例电磁铁，如磁铁，如。由于有衔铁位。由于有衔铁位移的电反馈

32、闭环，因此当输入控移的电反馈闭环，因此当输入控制电信号一定时，不管与负载相制电信号一定时，不管与负载相匹配的比例电磁铁输出电磁力如匹配的比例电磁铁输出电磁力如何变化，其输出位移仍保持不变。何变化，其输出位移仍保持不变。所以它能抑制摩擦力等扰动影响，所以它能抑制摩擦力等扰动影响，使之具有极为优良的使之具有极为优良的和和。带位移反馈比例电磁铁带位移反馈比例电磁铁 1.直动式比例压力阀直动式比例压力阀用用取代压力阀取代压力阀的的便便可得到可得到，如，如所示。所示。所示的比例压力阀所示的比例压力阀采用采用，其衔铁可直接作用，其衔铁可直接作用于于。直动式比例压力阀直动式比例压力阀a a）普通比例电磁铁控

33、制）普通比例电磁铁控制 b b）带位移反馈比例电磁铁控制）带位移反馈比例电磁铁控制11比例电磁铁比例电磁铁 22推杆推杆 33弹簧弹簧 44锥阀锥阀所示的则为所示的则为，必须借，必须借助弹簧转换为力后才能作助弹簧转换为力后才能作用于锥阀用于锥阀4进行压力控制。进行压力控制。后者由于有后者由于有，可抑制电磁铁内的，可抑制电磁铁内的摩擦等扰动，因而控制精摩擦等扰动，因而控制精度显著高于前者，当然复度显著高于前者，当然复杂性和价格也随之增加。杂性和价格也随之增加。这两种比例压力阀：这两种比例压力阀：u可用作小流量时的可用作小流量时的，u也可取代也可取代和和中的先导中的先导阀，组成阀，组成和和。2.先

34、导式比例压力阀先导式比例压力阀为两个应用为两个应用输出压力直接输出压力直接检测反馈和在检测反馈和在先导级与主级先导级与主级 的的。两种阀的两种阀的均为有直径差的均为有直径差的，大、，大、小端面积差与小端面积差与面积相面积相等，稳态时等，稳态时两侧液压两侧液压力相等，先导阀心力相等，先导阀心大端受压面积（大大端受压面积（大端面积减去反馈推端面积减去反馈推杆面积）和小端受杆面积）和小端受压面积相等，因而压面积相等，因而先导阀心两端先导阀心两端。先导式比例压力阀先导式比例压力阀a a）溢流阀）溢流阀 b b）减压阀）减压阀11比例电磁铁比例电磁铁 22主阀心主阀心 33固定节流孔固定节流孔 44先导

35、阀心先导阀心 55压力反馈推杆压力反馈推杆 66固定节流孔固定节流孔的先导阀控制的先导阀控制的是主阀上腔压的是主阀上腔压力，先导阀输入力，先导阀输入的弹簧力和主阀的弹簧力和主阀上腔压力相平衡，上腔压力相平衡，因而流量变化引因而流量变化引起主阀液动力的起主阀液动力的变化以及减压阀变化以及减压阀进口压力进口压力pB变化变化时会产生时会产生。而而所示的所示的，若忽略，若忽略先导阀液动力、先导阀液动力、阀心质量和摩擦阀心质量和摩擦力等影响，其输力等影响，其输入电磁力主要与入电磁力主要与输出压力输出压力pA作用作用在反馈推杆上的在反馈推杆上的力相平衡，因而力相平衡，因而形成形成，当流量和减，当流量和减压

36、阀的进口压力压阀的进口压力变化时控制输出变化时控制输出压力压力pA均能保持均能保持恒定。恒定。包括：包括：等。等。也有也有和和之分。之分。本节仅介绍本节仅介绍。传统型比例调速阀传统型比例调速阀a)a)结构结构 b)b)图形符号图形符号 c)c)等流量特性等流量特性11阀体阀体 22比例电磁铁比例电磁铁 33节流阀心节流阀心 44定差减压阀心定差减压阀心 55动态阻尼液阻动态阻尼液阻为为结构，由结构，由驱动驱动产生位移，节流阀心上的圆孔与阀产生位移，节流阀心上的圆孔与阀套沉割槽构成套沉割槽构成（常闭）；（常闭）；上的沉割槽与阀套上的上的沉割槽与阀套上的圆孔构成圆孔构成（常开），定（常开），定差减

37、压阀心底端面经差减压阀心底端面经与阀进口与阀进口A A相通，相通，B B为阀的出口。其为阀的出口。其如如所示。所示。1.传统型比例调速阀传统型比例调速阀.内含流量内含流量-力反馈的比例流量阀力反馈的比例流量阀 为为。其其是：阀的是：阀的A A口与泵及口与泵及溢流阀组成的恒压油源相连接，溢流阀组成的恒压油源相连接，B B口则与执行元件连接。当口则与执行元件连接。当中无电流，中无电流，节流节流口口a a、阀口、阀口、节流阀口均关闭。当比例电节流阀口均关闭。当比例电磁铁通电时，先导阀阀口磁铁通电时，先导阀阀口a a开启，开启，先导控制油从先导控制油从A A口经液阻口经液阻R R1 1、R R2 2、

38、先导阀口先导阀口a a进入流量传感器底面，进入流量传感器底面，克服克服的力使流量传感器的力使流量传感器开启。开启。内含流量内含流量-力反馈的比例流量阀力反馈的比例流量阀a)a)结构结构 b)b)等流量特性等流量特性11比例电磁铁比例电磁铁 22先导阀先导阀 33流量传感器流量传感器 44主调节器主调节器 5 5、6 6、77复位弹簧复位弹簧当当R R1 1中有先导流量通过时，产生中有先导流量通过时，产生的压降使主调节器开启，主流量的压降使主调节器开启，主流量经过主调节器和流量传感后流向经过主调节器和流量传感后流向B B口。由于流量传感器特殊设计口。由于流量传感器特殊设计的阀口的补偿作用，使通过

39、其阀的阀口的补偿作用，使通过其阀的流量与位移成线性关系。流量的流量与位移成线性关系。流量传感器位移传感器位移z z经反馈弹簧经反馈弹簧5 5作用于作用于先导阀，形成先导阀，形成的闭环控制。若忽略先导阀液的闭环控制。若忽略先导阀液动力、摩擦力和质量等影响，稳动力、摩擦力和质量等影响，稳态时输入电磁力与反馈弹簧态时输入电磁力与反馈弹簧5 5的的弹簧力相平衡，即控制电流与流弹簧力相平衡，即控制电流与流量传感器的位移亦即通过阀的流量传感器的位移亦即通过阀的流量成正比。量成正比。若进口若进口A A的压力或的压力或B B口压力发生变口压力发生变化，由于阀的流量转换为流量传化，由于阀的流量转换为流量传感器阀

40、心位移经反馈弹簧感器阀心位移经反馈弹簧5 5对先对先导阀的力反馈闭环控制作用，改导阀的力反馈闭环控制作用，改变先导阀口大小，而先导阀与变先导阀口大小，而先导阀与R R1 1、R R2 2组成的液阻网络对主调节器节组成的液阻网络对主调节器节流面积的自动调节作用，使流量流面积的自动调节作用，使流量保持恒定，即在上述扰动下阀的保持恒定，即在上述扰动下阀的流量最终与比例电磁铁的电流成流量最终与比例电磁铁的电流成正比，改变电流即可改变输出流正比，改变电流即可改变输出流量大小。量大小。中液阻中液阻R R3 3和和R R4 4起阀起阀心速度动压反馈作用，用于提高心速度动压反馈作用，用于提高阀的稳定性，对稳态

41、特性无影响。阀的稳定性，对稳态特性无影响。所示的即为其所示的即为其。比较比较和和两实验曲线可知，在流量较大时，内含两实验曲线可知，在流量较大时，内含的的的等流量特性比传统型比例调速阀有的等流量特性比传统型比例调速阀有显著提高，这是两者控制原理上的差别所致。显著提高，这是两者控制原理上的差别所致。也有也有和和之分，并各有之分，并各有和和两大类。两大类。有的有的还用还用或或对其对其阀口进行阀口进行，构成，构成。所示为一所示为一，其先导阀及主阀均为其先导阀及主阀均为。该阀的先导阀为一。该阀的先导阀为一，其外供，其外供，。比例电磁铁未通。比例电磁铁未通电时，电时，在左右两在左右两对中弹簧（图中未画出）

42、对中弹簧（图中未画出）作用下处于中位，四阀口作用下处于中位，四阀口均关闭。均关闭。比例方向（节流）阀比例方向（节流）阀1 1、22比例电磁铁比例电磁铁 33先导阀体先导阀体 44先导阀先导阀心心 55固定液阻固定液阻 66反馈活塞反馈活塞 77主阀体主阀体 88主阀心主阀心 99弹簧座弹簧座 1010主阀对中弹簧主阀对中弹簧当某一比例电磁铁例如当某一比例电磁铁例如A通电时，通电时，先导阀心左移，使其两个凸肩的先导阀心左移，使其两个凸肩的右边的阀口开启，先导压力油从右边的阀口开启，先导压力油从X口经先导阀心的阀口和口经先导阀心的阀口和作用在作用在左端面，压左端面，压缩主阀对中缩主阀对中使主阀心右

43、移，使主阀心右移，开启，主阀心开启，主阀心的右端面的油则经右固定液阻和的右端面的油则经右固定液阻和先导阀心的阀口进入先导阀先导阀心的阀口进入先导阀；同时进入先导阀心的压力；同时进入先导阀心的压力油，又经阀心的径向孔作用于阀油，又经阀心的径向孔作用于阀心的轴向孔，而其油压则形成对心的轴向孔，而其油压则形成对减压阀控制压力的反馈。减压阀控制压力的反馈。比例方向（节流）阀比例方向（节流）阀1 1、22比例电磁铁比例电磁铁 33先导阀体先导阀体 44先导阀心先导阀心 55固定固定液阻液阻 66反馈活塞反馈活塞 77主阀体主阀体 88主阀心主阀心 99弹簧座弹簧座 1010主阀对中弹簧主阀对中弹簧若忽略

44、若忽略和和的的液动力、摩擦力、阀心液动力、摩擦力、阀心质量和弹簧力等的影响，质量和弹簧力等的影响，的的与与成正比。进而成正比。进而又与又与成正比。成正比。的的：通过改变输入比例电磁通过改变输入比例电磁铁的电流来控制主阀心铁的电流来控制主阀心的位移。的位移。图中两图中两仅起动仅起动态阻尼作用，目的是提态阻尼作用，目的是提高阀的高阀的。是将是将和和复合在一起的控制阀，其复合在一起的控制阀，其如如所示。所示。比例压力流量复合控制阀结构原理比例压力流量复合控制阀结构原理11比例压力先导阀比例压力先导阀 22比例流量阀比例流量阀 33手调压力先导阀手调压力先导阀 44比例压力主阀比例压力主阀当作当作用时

45、，先给用时，先给输入一个恒定的电信号，输入一个恒定的电信号，只要系统工作压力小于其设定压只要系统工作压力小于其设定压力，压力先导阀总是可靠地关闭力，压力先导阀总是可靠地关闭着。比例流量阀阀口的恒定压差，着。比例流量阀阀口的恒定压差，由定差溢流阀来保证。这样，调由定差溢流阀来保证。这样，调节节的输入电信号便的输入电信号便可得到与之成正比例的输出流量。可得到与之成正比例的输出流量。当作当作用时，在给用时，在给输入一个保证它有一定阀口开度的输入一个保证它有一定阀口开度的电信号的条件下，改变电信号的条件下，改变的输入电信号，就可按比例地的输入电信号，就可按比例地调节系统的工作压力。调节系统的工作压力。

46、手调手调与与一起一起组成组成，作安全阀用，作安全阀用，限制系统最高压力。因此，在采用限制系统最高压力。因此，在采用PQ阀的系统中，可不必再设置大流阀的系统中，可不必再设置大流量规格的溢流阀。量规格的溢流阀。是介于是介于和和之间的一种控制阀，比例阀结构简单，之间的一种控制阀，比例阀结构简单，制造精度要求和价格均比制造精度要求和价格均比低，低，抗污染性好，维护保养方便，虽抗污染性好，维护保养方便，虽比比低，但在很多领域中低，但在很多领域中已得到广泛的应用。已得到广泛的应用。和和的区别见的区别见。比例阀和电液伺服阀的比较比例阀和电液伺服阀的比较项项 目目比比 例例 阀阀伺伺 服服 阀阀阀的功能阀的功

47、能压力控制、流量控制、方向控制压力控制、流量控制、方向控制多为四通阀、同时控制方向和流量多为四通阀、同时控制方向和流量电位移转电位移转 换器换器功率较大（约功率较大（约50W）的比例电磁）的比例电磁铁，用来直接驱动阀心或压缩弹铁，用来直接驱动阀心或压缩弹簧簧功率较小（约功率较小（约0.10.3W）的力矩）的力矩马达马达,用来带动喷嘴用来带动喷嘴-挡板或射流管挡板或射流管放大器。其先导级的输出功率约为放大器。其先导级的输出功率约为100W过滤精度过滤精度（ISO 4406）16/1318/14由于是由普通阀发展起来的，没由于是由普通阀发展起来的，没有特殊要求有特殊要求13/915/11为了保护滑

48、阀或喷嘴为了保护滑阀或喷嘴-挡板精密通挡板精密通流截面，要求进口过滤流截面，要求进口过滤线性度线性度在低压降（在低压降（0.8MPa）下工作，）下工作，通过较大流量时，阀体内部的阻通过较大流量时，阀体内部的阻力对线性度有影响（饱和）力对线性度有影响（饱和）在高压降（在高压降（7 MPa）下工作，阀体）下工作，阀体内部的阻力对线性度影响不大内部的阻力对线性度影响不大项目项目比例阀比例阀伺服阀伺服阀滞滞 环环约约1%7%约约0.1%1%遮遮 盖盖20%一般精度，可以互换一般精度，可以互换0极高精度，单件配作极高精度，单件配作响应时间响应时间4060ms510ms频率响应频率响应1050Hz1005

49、00Hz电子控制电子控制电子控制板与阀一起供应，比电子控制板与阀一起供应，比较简单较简单电子电路针对应用场合专门设电子电路针对应用场合专门设计，包括整个闭环电路计，包括整个闭环电路应用领域应用领域执行元件开环或闭环控制执行元件开环或闭环控制执行元件闭环控制执行元件闭环控制价价 格格约为普通阀的约为普通阀的36倍倍约为普通阀的约为普通阀的10倍以上倍以上如系统的某如系统的某（如压力）的设定值超过（如压力）的设定值超过3个，使个，使用用对其进行控制是最恰当的。另外，利用对其进行控制是最恰当的。另外，利用作用在作用在上，可以对机构的加速和减速上，可以对机构的加速和减速实现有效的控制；利用实现有效的控制；利用和和实现实现，便可精确地控制机构的运动速度而不受负，便可精确地控制机构的运动速度而不受负载的影响。载的影响。