1、第二章 比例控制阀伺 服 阀伺 服 比 例 阀(2 0 世 纪9 0 年 代 中 期 出 现)早 期 比 例 阀(2 0 世 纪 6 0 年 代 后 期 出 现)流 量 控 制 阀压 力 控 制 阀方 向 控 制 阀比 例 阀(2 0 世 纪 8 0 年 代 初 出 现)6.6.电液比例复合阀1.压力补偿型比例复合阀（P-Q块）2.比例压力/流量复合阀（P-Q阀）6.6.电液比例复合阀从广义上说，把两种以上不同的液压功能复合在把两种以上不同的液压功能复合在一个整体上所构成的液压元件可称为复合阀一个整体上所构成的液压元件可称为复合阀。若其中至少有一种功能可以实现电液比例控制，这其中至少有一种功能
2、可以实现电液比例控制，这样的阀称作电液比例复合阀样的阀称作电液比例复合阀。因此比例复合阀具有多种控制功能。从上面的定义看，最简单的比例复合阀是比例方最简单的比例复合阀是比例方向阀。它复合了方向与流量控制两种功能。如果向阀。它复合了方向与流量控制两种功能。如果进一步把比例方向阀与定差溢流阀或定差减压阀进一步把比例方向阀与定差溢流阀或定差减压阀组合就构成了传统的比例复合阀。组合就构成了传统的比例复合阀。且参与复合的比例方向阀的联数可以不只一联。图图2-352-35压力补偿型比例复合阀原理图压力补偿型比例复合阀原理图a)a)定差减压型定差减压型 1-1-比例方向阀比例方向阀 2-2-安全阀安全阀 3
3、-3-定差减压阀定差减压阀 把一个以上的把一个以上的比例方向阀与定差减压比例方向阀与定差减压阀串联（图阀串联（图2-35a2-35a）就成为定差减压）就成为定差减压型比例复合阀型比例复合阀。从原理图中可以看出，。从原理图中可以看出，它具有双向比例调速功能加换向功能。它具有双向比例调速功能加换向功能。美国美国VickersVickers公司生产的公司生产的KGKG阀就是这阀就是这一种阀。一种阀。6.1压力补偿型比例复合压力补偿型比例复合阀阀这是这是PQPQ块块图图2-352-35压力补偿型比例复合阀原理图压力补偿型比例复合阀原理图 b)b)定差溢流型定差溢流型1-1-比例方向阀比例方向阀 2-2
4、-安全阀安全阀 4-4-定差溢流阀定差溢流阀比例方向阀与定差溢流阀并联（图比例方向阀与定差溢流阀并联（图2 235b)35b)就构成定差溢流型比例复合就构成定差溢流型比例复合阀。例如日本大京公司生产的阀。例如日本大京公司生产的KLKL型阀型阀及西德生产的及西德生产的NWNW阀都是这种类型的复阀都是这种类型的复合阀。从原理图上看，它除了具有减合阀。从原理图上看，它除了具有减压型复合阀的功能外，压型复合阀的功能外，还有压力跟随还有压力跟随负载变化的作用负载变化的作用。因此，这类阀使用。因此，这类阀使用时不需要用溢流阀。而减压型的则要时不需要用溢流阀。而减压型的则要用溢流阀来稳定系统的进油压力。用溢
5、流阀来稳定系统的进油压力。6.1压力补偿型比例复合压力补偿型比例复合阀阀235b图图2-352-35压力补偿型比例复合阀原理图压力补偿型比例复合阀原理图 b)b)定差溢流型定差溢流型1-1-比例方向阀比例方向阀 2-2-安全阀安全阀 4-4-定差溢流阀定差溢流阀如果把图如果把图2 235b35b所示的所示的KLKL型复合阀用于驱动两个液压执行器。可型复合阀用于驱动两个液压执行器。可以看出，当两个主阀都处于中位时，溢流阀的遥控口经主阀连通以看出，当两个主阀都处于中位时，溢流阀的遥控口经主阀连通油箱，系统处于卸荷状态。当某一主阀工作时，定差溢流阀又能油箱，系统处于卸荷状态。当某一主阀工作时，定差溢
6、流阀又能使阀口前后压差基本恒定。从而活塞速度不受负载变化的影响。使阀口前后压差基本恒定。从而活塞速度不受负载变化的影响。显然这种阀不能使两个执行器同时工作，除非它们的负载完全一显然这种阀不能使两个执行器同时工作，除非它们的负载完全一样。样。比例复合阀是多个液压元件的集成回路。具有结构紧凑，使用维比例复合阀是多个液压元件的集成回路。具有结构紧凑，使用维护简单，可用于对执行器的速度控制、位置控制的连续有规律的护简单，可用于对执行器的速度控制、位置控制的连续有规律的调节场合。调节场合。这是这是PQPQ块块图图2-36 p-Q2-36 p-Q阀的原理及特性图阀的原理及特性图a)a)详细符号详细符号 b
7、)b)简化符号（带安全阀）简化符号（带安全阀）c)c)工作特性曲线工作特性曲线 6.26.2比例压力比例压力/流量复合阀（流量复合阀（p pQ Q阀）阀）电液比例压力电液比例压力/流量复合阀也被称为比例功率调节流量复合阀也被称为比例功率调节阀。它是由先导式比例溢流阀与比例节流阀组成的阀。它是由先导式比例溢流阀与比例节流阀组成的一个复合阀。比例溢流阀的主阀同时在复合阀中兼一个复合阀。比例溢流阀的主阀同时在复合阀中兼作三通压力补偿器，为比例节流阀进行压力补偿，作三通压力补偿器，为比例节流阀进行压力补偿，从而获得较稳定的流量。从而获得较稳定的流量。三通压力补偿三通压力补偿器器直动式比例溢直动式比例溢
8、流阀（它调节流阀（它调节负载压力）负载压力）P/QP/Q阀一定指的是两者并联连接阀一定指的是两者并联连接)(积三通压力补偿器端面面PAFPPkxLp电液比例压力电液比例压力/流量复合阀有时被称为比例功率调流量复合阀有时被称为比例功率调节阀。它是由先导式比例溢流阀与比例节流阀组成节阀。它是由先导式比例溢流阀与比例节流阀组成的一个复合阀。的一个复合阀。比例溢流阀的主阀同时在复合阀中比例溢流阀的主阀同时在复合阀中兼作三通压力补偿器，为比例节流阀进行压力补偿，兼作三通压力补偿器，为比例节流阀进行压力补偿，从而获得较稳定的流量。从而获得较稳定的流量。阀的详细符号图阀的详细符号图2-36a2-36a所示。
9、所示。由图可见，比例节流阀由图可见，比例节流阀1 1的前后压差由三通压力补偿的前后压差由三通压力补偿器器2 2保持恒定。因而，通过节流阀的流量仅取决于节保持恒定。因而，通过节流阀的流量仅取决于节流阀的开口面积，亦即通入比例电磁铁的信号电流。流阀的开口面积，亦即通入比例电磁铁的信号电流。三通压力补偿器同时又是先导式比例溢流阀的主阀三通压力补偿器同时又是先导式比例溢流阀的主阀芯级。当负载压力达到溢流阀芯级。当负载压力达到溢流阀3 3的调定压力时，阀芯的调定压力时，阀芯2 2开启，保持进口压力开启，保持进口压力PpPp不变。这样也限制了系统的不变。这样也限制了系统的出口压力。出口压力。有些有些p p
10、Q Q阀带有限压阀以确保系统安全，阀带有限压阀以确保系统安全，带有限压阀的带有限压阀的P-QP-Q阀的符号图如图阀的符号图如图2-36b2-36b所示。阀的所示。阀的工作特性曲线如图工作特性曲线如图2-36c2-36c，可见无论是流量调节偏差，可见无论是流量调节偏差还是压力调节偏差都较小。这种阀被广泛用于注塑还是压力调节偏差都较小。这种阀被广泛用于注塑机液压系统，作为主要的调速，调压元件。机液压系统，作为主要的调速，调压元件。上一节中，曾介绍了由直动式比例溢流阀，压上一节中，曾介绍了由直动式比例溢流阀，压力补偿器，三位四通比例方向阀以及油路块组力补偿器，三位四通比例方向阀以及油路块组成的复合阀
11、，或称成的复合阀，或称p-Qp-Q块。它与块。它与p-Qp-Q阀的共同点阀的共同点是均可进行压力与流量的调节控制，差异点是是均可进行压力与流量的调节控制，差异点是p-Q块块可以进行对一路以上的执行器进行方向控可以进行对一路以上的执行器进行方向控制。使用制。使用p-Q阀的系统可以在工作循环的不同阶段阀的系统可以在工作循环的不同阶段，对不同的多个执行器进行调速和调压，使系统对不同的多个执行器进行调速和调压，使系统大简化。使它们变为精度高的流量调节器。大简化。使它们变为精度高的流量调节器。这这种阀被广泛用于注塑机液压系统，作为主要的调速，种阀被广泛用于注塑机液压系统，作为主要的调速，调压元件。调压元
12、件。PQ阀阀P-Q阀这里既有普通基本回路也有比例控制回路，但属于这里既有普通基本回路也有比例控制回路，但属于比例控制系统。比例控制系统。这里的两个比这里的两个比例阀可改换成例阀可改换成P-Q阀代替阀代替P/Q复合阀图图2-37 p-Q2-37 p-Q阀的结构图阀的结构图1-1-直动式比例溢流阀直动式比例溢流阀 2-2-三通压力补偿器三通压力补偿器 3-3-比例节流阀（带比例节流阀（带位移位移传感器）传感器）图图2-372-37所示为所示为P-QP-Q阀的结构图。由于比例节流阀带位置传感器，阀的结构图。由于比例节流阀带位置传感器，使节流口的面积可以得到更准确的控制。使用使节流口的面积可以得到更准
13、确的控制。使用P-QP-Q阀的系统可以阀的系统可以在工作循环的不同阶段，对不同的多个液压执行器进行调速和在工作循环的不同阶段，对不同的多个液压执行器进行调速和调压，使系统得到大大的简化，同时控制性能也得到提高。调压，使系统得到大大的简化，同时控制性能也得到提高。7 7、闭环比例阀（伺服比例阀）、闭环比例阀（伺服比例阀）1、直动式四位四通闭环比例阀2、先导式闭环比例方向阀3、二位三通闭环比例节流阀4、整体式比例方向阀（主要搞清结构）伺服比例阀（闭环比例阀、比例伺服阀、高性能比例阀闭环比例阀、比例伺服阀、高性能比例阀）1995年前后出现了新一种伺服比例阀。1、结构特点：利用大电流（2.7A）比例电
14、磁铁+首级伺服阀结构。2、性能特点：无零位死区；频响比一般比例阀高；可靠性比伺服阀高。3、系统构成：与一般伺服阀或比例阀组成的闭环系统一样。闭环比例阀（伺服比例阀）闭环比例阀是传统比例阀持续发展的产物。其动动静态性能静态性能几乎毫不逊色于伺服阀伺服阀，在某些方面甚至超过伺服阀超过伺服阀。它与一般比例阀的最大区别是采用了控制中位控制中位零搭接阀口零搭接阀口的结构，因而无中位死区无中位死区，而这点是是高精度闭环控制元件的先决条件高精度闭环控制元件的先决条件。此外，它通常有四个阀位四个阀位，除了正常工作的三个阀位外，还有一个机械（自然）零位。该阀的结构都是整体式结构都是整体式。过去，在高精度的控制领
15、域，通常只会想到伺服阀，现在闭环比例方向阀是一种可供选择的方案。图2-38 直动式四位四通闭环比例阀a)符号图 b)结构图（注意这里的结构是阀芯与阀套和阀体结构注意这里的结构是阀芯与阀套和阀体结构）1-复位弹簧 2-阀套 3-控制阀芯 4-比例电磁铁 5-阀内电子装置 6-位置传感器自然中位自然中位控制中位控制中位单个比例电磁单个比例电磁铁先置一偏置铁先置一偏置电流处于控制电流处于控制中位，电流大中位，电流大在右位，小时在右位，小时在左位在左位伺服比例阀与一般比例阀的最大区别：伺服比例阀与一般比例阀的最大区别：控制中位零搭接阀口控制中位零搭接阀口的结构，因而无中位无中位死区死区，而这点是高精度
16、闭环控制元件的先是高精度闭环控制元件的先决条件决条件。它通常有四个阀位四个阀位，除了正常工作的三个阀位外，还有一个机械（自然）零位。以上控制中位与自然零位是两回事。关于搭接量关于搭接量(a)e为搭接量（负值）(b)搭接量为0 （c)搭接量为正值表表2-2 2-2 几种连接操纵阀性能比较几种连接操纵阀性能比较伺服比例阀的液压系统控制结构伺服比例阀的液压系统控制结构闭环比例阀（伺服比例阀）闭环比例阀必须要采用行程控制的比例电采用行程控制的比例电磁铁来驱动磁铁来驱动，而测量电子装置，如振荡器，调节器等都与位置传感器一起集成在阀的一起集成在阀的内部（整体式结构）内部（整体式结构），它可分为直动式直动式
17、和先导式先导式，二位三通或三位四通，四位四通等。一、直动式伺服比例阀图2-38 直动式四位四通闭环比例阀a)符号图 b)结构图（注意这里的结构是阀芯与阀套和阀体结构注意这里的结构是阀芯与阀套和阀体结构）1-复位弹簧 2-阀套 3-控制阀芯 4-比例电磁铁 5-阀内电子装置 6-位置传感器自然中位自然中位控制中位控制中位单个比例电磁单个比例电磁铁先置一偏置铁先置一偏置电流处于控制电流处于控制中位，电流大中位，电流大在右位，小时在右位，小时在左位在左位1、结构特点及工作原理1)它有四个工作位置，由一个行程控制型行程控制型的比例电磁铁的比例电磁铁来控制。最左面的一个位置是机械零位，与普通阀的自然中位
18、相似。进入正常工作之前，由一偏置电流使阀芯偏置电流使阀芯快跳到控制中位上快跳到控制中位上，这时阀芯与阀套采用零搭接，因而无控制死区。工作期间，阀芯在右面的三个工作位置上移动。比例电磁铁失电时，由复位弹簧使阀芯定位在机械零位(紧急停止时的故障保护位置)。1、结构特点及工作原理2）控制电磁铁产生的力直接作用于阀芯和复位弹簧上，用一个行程控制型的比例行程控制型的比例电磁铁电磁铁对它的位置进行无级调节。3)耐高压的位置传感器耐高压的位置传感器与位置测量电子位置测量电子装置一起集成在电磁铁的壳体内装置一起集成在电磁铁的壳体内。4)控制中位采用零搭接，耐磨的钢制阀套保证零搭接的持久精度。伺服比例阀由阀体、
19、阀套（铜材）、阀芯阀体、阀套（铜材）、阀芯组成。自然中位控制中位单个比例电磁铁先置一偏置电流处于控制中位，电流大在左位，小时在右位1、结构特点及工作原理它有四个工作位置，由一个行程控制型的比例电磁铁来控制。最左面的一个位置是机械零位，与普通阀的自然中位相似。进入正常工作之前，由一偏置电流使阀芯快跳到控制中位上，这时阀芯与阀套采用零搭接，因而无控制死区。工作期间，阀芯在右面的三个工作位置上移动。比例电磁铁失电时，由复位弹簧使阀芯定位在机械零位(紧急停止时的故障保护位置)。2)控制电磁铁产生的力直接作用于阀芯和复位弹簧上，用一个行程控制型的比例电磁铁对它的位置进行无级调节。3)耐高压的位置传感器与
20、位置测量电子装置一起集成在电磁铁的壳体内。4)控制中位采用零搭接，耐磨的钢制阀套保证零搭接的持久精度。2、闭环比例阀的流量特性和使用限制1）流量特性流量特性 其流量特性如图3-39所示。图中可见，特性曲线穿过零点，这是采用零搭接阀芯的缘故。曲线的线性度也很好线性度也很好，这是由于节流槽节流槽的几何形状以及较高的压力降的几何形状以及较高的压力降得结果。比例方向阀的额定值是在P=0.8MPa或1MPa的条件下的流量值，而闭环比例阀和伺服阀的额定流量值是在每个节流槽P=3.5MPa的条件下测量到的。2）液动力对使用的影响液动力对使用的影响 液动力限制了直动式闭环比例方向阀的最大过流能力，但先导式闭环
21、比例方向阀因它有很大的定位力，不受此限制。图2-39 闭环比例阀的流量特性流量特性流量特性 其流量特性如左图所示。图中可见，特性曲线穿过零点，这是采用零搭接阀芯的缘故。曲线的线性度也很好线性度也很好，这是由于节流槽节流槽的几何形状以及较高的压力降的几何形状以及较高的压力降得结果。比例方向阀的额定值是在P=0.8MPa或1MPa的条件下的流量值，而闭环比例阀和伺服阀的额定流量值是在每个节流槽P=3.5MPa的条件下测量到的。二、先导式闭环比例方向阀这种阀是由一个直动式的比例阀直动式的比例阀与一个零开口的液动阀叠加液动阀叠加而构成。其结构原理，该阀的先导阀工作原理与前面介绍的直动式闭环比例方向阀完
22、全一样。不同的只是，不同的只是，由于先导阀处于机械零位（自然零位）时，由于先导阀处于机械零位（自然零位）时，要求主阀必须复位要求主阀必须复位，所以先导阀在三个工作位置之间运动，而主阀芯即作跟随运动。先导阀的供油和排油都可以是内部或是外部的。只要把1处和2处堵塞起来，就能实现内，外先导供油的转换。另外，这这种阀的主阀芯有防转动机构，种阀的主阀芯有防转动机构，这样可以提高重复控制精度。这样可以提高重复控制精度。先导阀有位移传感器先导阀有位移传感器主阀也有位移传感器主阀也有位移传感器位移传感器图2-40 先导式闭环比例方向阀职能符号图 b)结构图主阀就是阀芯和阀体组成先导式伺服比例阀先导式伺服比例阀
23、三、二位三通闭环比例节流阀这是一种先导式的闭环比例节流阀先导式的闭环比例节流阀。其主阀级是一插装式二位三通阀，由一直动式闭环比例方向阀进行先导控制。主阀由一主阀由一耐压的位置传感器检控主阀芯的位置耐压的位置传感器检控主阀芯的位置，主阀级与先导级也是采用叠加式结构，其结构图及控制原理如图2-41所示。图2-41 二位三通闭环比例节流阀a)控制原理图 b)结构图 主阀主阀 先导阀先导阀位移传感器位移传感器检测杆检测杆主阀阀芯主阀阀芯二位三通伺二位三通伺服比例节流阀服比例节流阀伺服比例阀应用场合：由榆次液压有限公司、北京航空航天大学、北京机械工业自动化研究所等单位共同承担的“十一五”国家科技支撑计划
24、“关键基础件和通用部件”项目“高性能电液伺服比例阀及其控制系统研究与应用”课题（课题编号：2006BAF01B10）通过验收。伺服比例阀应用场合：该课题针对高性能电液伺服比例阀及其控制系统中高频响、大流量的音圈式直线力马达直接驱动伺服阀、高性能电液比例阀及高频响电液伺服比例阀和具有总线控制功能的伺服控制器等开展了技术研发，其中：高频响高精度大功率直线力马达直接驱动的新型电液伺服阀，突破了新型双环磁场大推力重量比的音圈电机关键技术，产品达到了国外同类产品的性能指标，填补了国内空白；伺服比例阀应用场合：高性能电液比例阀及高频响电液伺服比例阀在阀体结构优化设计、比例电磁铁动态特性优化、电液伺服控制器
25、以及阀孔阀套加工工艺等方面具有创新，保证了产品的控制精度，并已实现批量生产；具有总线控制功能的电液伺服控制器在可控频带拓宽速度数值量获取、数值微分防畸变等关键技术上具有突破，控制器实现了在液压振动台上的试验应用。伺服比例阀应用场合：该课题自2009年以来已获得较好的推广应用，完成的 6通径、10通径、16通径、25通径高频响伺服比例阀（含控制器）产品已有600余套应用于高速铁路建设中，实现销售收入4000余万元。应用场合：目前，随着我国高铁、桥梁等建设的发展，国产化与国际化市场前景看好，该技术及产品也将在国内外市场占有一定的优势地位。此外，该产品在伺服变量液压泵上的应用，也将为环保、节能等领域的应用打下良好的技术基础，应用前景广阔。
