比例流量控制閥

比例流量控制閥第一頁，共六十頁，2022年，8月28日第一節(jié)節(jié)流控制的基本原理對于液壓缸的速度和位移控制有：對于液壓馬達的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制有：閥口流量公式：第二頁，共六十頁，2022年，8月28日分類：第三頁，共六十頁，2022年，8月28日

第二節(jié)電液比例節(jié)流閥1.

帶行程控制型比例電磁鐵單級比例節(jié)流閥（開環(huán)控制）在傳統(tǒng)節(jié)流閥的基礎(chǔ)上,用電—機械轉(zhuǎn)換裝置代替手動節(jié)流機構(gòu)而構(gòu)成；一.單級比例節(jié)流閥（直接作用式）第四頁，共六十頁，2022年，8月28日比例方向閥作比例節(jié)流閥使用第五頁，共六十頁，2022年，8月28日框圖表明，該系統(tǒng)由比例電磁鐵電感線圈的一階環(huán)節(jié)和閥芯、銜鐵等構(gòu)成彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的二階環(huán)節(jié)所組成。這里，一階環(huán)節(jié)是限制閥的動態(tài)性能提高的主要因素。此外，閥芯位移是開環(huán)控制，因此它抗干擾能力較差，即閥芯位移調(diào)節(jié)剛性較低。但該類閥結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適宜于低壓、小流量的液壓控制系統(tǒng)。第六頁，共六十頁，2022年，8月28日2.位置—電反饋型單級比例節(jié)流閥(閉環(huán)控制）為了提高比例節(jié)流閥的位移調(diào)節(jié)剛性，提高閥抵抗液壓卡緊力、液動力及摩擦力等干擾的能力，以獲得令人滿意的穩(wěn)態(tài)控制精度，出現(xiàn)了采用內(nèi)含閥芯位移檢測反饋閉環(huán)的電反饋比例節(jié)流閥。使閥芯的軸向位移更精確地與輸入信號成比例。第七頁，共六十頁，2022年，8月28日第八頁，共六十頁，2022年，8月28日在外界干擾力發(fā)生變化的瞬間，閥芯位移將偏離調(diào)定值，由位移傳感器檢測到的閥芯位移信號,經(jīng)測量放大器的調(diào)制、放大、解調(diào)、反饋至比例放大器輸入端，與輸入信號相比較,其偏差值經(jīng)諸如PID調(diào)節(jié)器、比例放大器的調(diào)節(jié)作用，改變了比例電磁鐵的輸出電磁力，使閥芯位移迅速回復(fù)至原定的調(diào)定值。在電反饋閥的前向通道上串聯(lián)PID調(diào)節(jié)器,構(gòu)成一階無差系統(tǒng)，使閥的穩(wěn)態(tài)性能，僅取決于位移傳感器的精度，只要在比例電磁鐵的功率域內(nèi)，電反饋閉環(huán)控制將始終保證閥芯輸出位移與輸入電壓信號成正比關(guān)系。

由于直動式比例節(jié)流閥的輸出功率，受到比例電磁鐵的限制，因而直動式電反饋比例節(jié)流閥也只能是小通徑的。在工程應(yīng)用中，大于10通徑的比例節(jié)流閥，一般就需要采用先導(dǎo)控制型方案。第九頁，共六十頁，2022年，8月28日二.先導(dǎo)式比例節(jié)流閥在先導(dǎo)式比例節(jié)流閥中,比例電磁鐵通過先導(dǎo)液橋，對主閥的位移實現(xiàn)比例控制。由于先導(dǎo)級的液壓放大作用,這種閥可以實現(xiàn)對高壓大流量液流的控制。根據(jù)閥內(nèi)所含的反饋方式不同，先導(dǎo)式比例節(jié)流閥又可分為位移--力反饋、位移--電反饋、三級控制等三種類型。第十頁，共六十頁，2022年，8月28日1.插裝式位移－電反饋型先導(dǎo)式比例節(jié)流閥比例電磁鐵位移傳感器二通插裝結(jié)構(gòu)先導(dǎo)閥先導(dǎo)回油（可接回油箱）Pz第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日位移－電反饋型比例節(jié)流閥控制原理圖第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日特點：放大器及比例電磁鐵的非線性、以及先導(dǎo)級與主閥的液動力，摩擦力等干擾均由電反饋大閉環(huán)所抑制。只要位移傳感器的精度足夠高，閥的穩(wěn)態(tài)精度就可達到相當高的水平。由于電信號處理方便，故動態(tài)校正可采用多種方式，可獲得更好的動態(tài)特性電反饋型先導(dǎo)式比例節(jié)流閥與電反饋型單級比例節(jié)流閥的區(qū)別，僅在于前者內(nèi)含液壓放大單元,其反饋信號直接取自功率級。第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日2.位移－力反饋型先導(dǎo)控制比例節(jié)流閥與位置反饋型的差別在于先導(dǎo)閥芯與主閥芯之間的耦合作用是通過反饋彈簧來實現(xiàn)。R1可變節(jié)流口B型半橋第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日工作原理：當比例電磁鐵通入一給定電流i→產(chǎn)生推力F→先導(dǎo)閥芯下移→可變液阻↓→Px↓→主閥芯向上移動，增大節(jié)流口?！鏖y芯的位移x轉(zhuǎn)化為反饋力Ff＝Kx作用在先導(dǎo)閥芯上→當Ff＝F時，達到平衡。第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日

由閥的工作原理可知，主閥的液動力和摩擦力干擾受到位移－力反饋閉環(huán)的抑制。而先導(dǎo)閥芯和銜鐵上的摩擦力干擾，可通過合理選配材料，精確的加工及借助于疊加在主控制電流上的顫振信號加以約束。因此，它的穩(wěn)態(tài)控制性能較好。閥的穩(wěn)態(tài)特性分析第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日R3的作用：產(chǎn)生動態(tài)壓力反饋：當主閥芯運動時，產(chǎn)生的動態(tài)流量，經(jīng)過液阻R3被轉(zhuǎn)化為動態(tài)壓差，此附加壓差作用在先導(dǎo)閥芯的兩端，調(diào)整了先導(dǎo)閥口的開度，改變了控制壓力Px的值，從而對主閥的運動產(chǎn)生明顯的動態(tài)阻尼作用，構(gòu)成級間的速度－動壓負反饋控制。改變R3的阻值．可以獲得不同的動態(tài)特性。第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日特點：主閥位移量的控制精度較好，主節(jié)流閥的位移量通過彈簧反饋到電磁鐵上。主閥位移量不受電磁鐵的限制，閥口可以設(shè)計的較大（同樣的比例電磁鐵，改變彈簧剛度就可以改變主閥行程）。主閥芯上的液動力、摩擦力等干擾都處于上述位移－力反饋閉環(huán)內(nèi)，它們對閥的性能影響受到抑制。但是，反饋回路對于先導(dǎo)閥上的外擾力仍然不起作用。第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日3.位置反饋型先導(dǎo)比例節(jié)流閥：B型半橋i↑→F↑→先導(dǎo)閥芯右移x↑

→可變液阻↓→Px↓→主閥芯右移y↑→達到平衡第十九頁，共六十頁，2022年，8月28日主閥芯相當于一個受先導(dǎo)閥控制的差動活塞。先導(dǎo)閥芯和主閥芯之間采用了位置隨動，即級間位置負反饋原理，這種型式的主閥位移y近似等于先導(dǎo)閥位移x，都受到電－機械轉(zhuǎn)換器有效行程的限制。R2的作用在于增加主閥芯運動時的動態(tài)阻尼，起動壓反饋的作用。第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日4.雙邊先導(dǎo)控制型比例節(jié)流閥I先導(dǎo)閥雙控制邊構(gòu)成了A型液壓半橋，其靜、動態(tài)性能均優(yōu)于單控制邊的節(jié)流閥。特別是它的工作頻寬是后者的一倍。由于雙控制邊先導(dǎo)閥有二個閥口，它們均需要適當修磨。因此，它的先導(dǎo)級加工及調(diào)試的成本要比單控制邊先導(dǎo)級高。此外，A型液壓半橋較高的壓力-位移增益，在給比例節(jié)流閥帶來許多優(yōu)點的同時,卻使閥的穩(wěn)定裕度有所下降?？勺円鹤杩勺円鹤璧诙豁?，共六十頁，2022年，8月28日雙邊先導(dǎo)控制型比例節(jié)流閥的穩(wěn)態(tài)負載特性曲線第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日5.三級控制型大流量比例節(jié)流閥由于閥內(nèi)含位移——力反饋閉環(huán)控制，故該閥具有較理想的穩(wěn)態(tài)控制特性及較快的動態(tài)響應(yīng)速度。第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日三.比例節(jié)流閥的基本特性分析1.閥口形狀對穩(wěn)態(tài)控制特性曲線的影響閥芯位移與閥口工作壓差及其幾何形狀幾乎無關(guān)，僅與輸入信號成比例關(guān)系。實際上，比例電磁鐵的電流－力特性以及彈簧、液動力等的非線性均是影響控制特性線性度的因素。第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日2.閥口形狀對輸出流量的影響曲線表明，比例節(jié)流閥的輸出流量曲線增益不僅與輸入信號、閥口工作壓差有關(guān)，而且還受閥口幾何形狀的影響。圖中3號曲線，在閥口開度較大時，出現(xiàn)水平飽和段。這是由于試驗系統(tǒng)油源流量的限制，在閥口壓差及開度較大時，所出現(xiàn)的限流現(xiàn)象。第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日在設(shè)計定壓比例控制系統(tǒng)時，不能簡單地將系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)空載快速時所需的最大流量，作為節(jié)流閥的公稱流量來選擇比例節(jié)流閥。第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日3.抗負載干擾能力的評價等位移特性（位移幾乎不受閥口壓降變化）比例節(jié)流閥的抗負載干擾能力，即穩(wěn)態(tài)負載特性，可由它的等位移特性來評價。隨著閥口壓降的增大，若節(jié)流閥閥芯位移x變化愈小，則其調(diào)節(jié)剛度就愈大，即抗干擾能力愈強。第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日4.輸入信號階躍響應(yīng)特性

閥的響應(yīng)時間與輸入信號階躍幅值有關(guān)。在輸入信號幅值相同時，閥的過渡過程時間，又與閥口的工作壓差有關(guān)，工作壓差低，閥的動態(tài)響應(yīng)快。此外，動態(tài)響應(yīng)特性還受試驗臺有關(guān)管道容腔體積的影響。管道容腔小，閥的動態(tài)響應(yīng)也較快。第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28日

5.頻率響應(yīng)特性目前，比例節(jié)流閥幅頻寬大約在3—20Hz左右。第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日五.比例節(jié)流閥的選用原則1、最低工作壓差選擇由于比例節(jié)流閥只能在高于其最小工作壓差條件下正常工作，因此，選用比例節(jié)流閥時，應(yīng)使其最小工作壓差低于系統(tǒng)的最小工作壓力。同時，為使與節(jié)流閥并聯(lián)的系統(tǒng)溢流閥正常工作，系統(tǒng)的油源流量，應(yīng)大于節(jié)流閥在系統(tǒng)中的實際最大控制流量。第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日2、閥的功率域比例節(jié)流閥在閥口壓差及閥口開度均較大時，可通過幾倍于其公稱流量的油液，但實際上，它存在一個在一定工作壓力下制約最大流量的功率域。特別是單級比例節(jié)流閥更為敏感。特別是不帶位移傳感器的單級比例節(jié)流閥，在較大壓差作用下。這種直控閥的流量大到功率界限時，穩(wěn)態(tài)液動力會自動將閥口關(guān)小，通過閥口的流量不會隨著壓差的增加而增加，存在著一種“自然”的功率域現(xiàn)象。第三十一頁，共六十頁，2022年，8月28日3、如何選擇比例節(jié)流閥的公稱流量工程應(yīng)用上．閥的公稱流量系指閥口開度最大(對應(yīng)最大控制電信號)、閥口壓差為最小工作壓差時，閥所通過的流量。值得注意的是，它的公稱流量完全不同于比例流量閥公稱流量的含義，比例流量閥的公稱流量一般為閥所能控制的最大流量。在設(shè)計定壓比例控制系統(tǒng)時，不能簡單地將系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)空載快速時所需的最大流量，作為節(jié)流閥的公稱流量來選擇比例節(jié)流閥。正確的選用原則應(yīng)該是，根據(jù)重載，即閥口壓降為最低工作壓差時，執(zhí)行機構(gòu)所需要的流量作為公稱流量的相近值，來選擇比例節(jié)流閥。這樣，在工作過程中，比例節(jié)流閥的可調(diào)節(jié)電信號范圍寬，調(diào)節(jié)分辯率高。在相應(yīng)的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，滯回也小。這一點，與比例方向閥類似。第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日4、比例節(jié)流閥的應(yīng)用特點在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，人們往往喜歡選用比例調(diào)速閥,但是，在某些場合，比例節(jié)流閥也很有競爭力。比例調(diào)速閥最大輸出流量是公稱流量；而比例節(jié)流閥則不然，它可通過幾倍于公稱流量的液流。所以，對于要求輕載時快速，重載時低速的系統(tǒng)，使用比例節(jié)流閥顯然有其獨特的優(yōu)點。在主機系統(tǒng)本身含速度或位置反饋閉環(huán)控制、以及負載變化不大的場合，采用比例節(jié)流閥，就顯得比較經(jīng)濟、合理。此外，比例節(jié)流閥具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定裕度大及可靠性好等特點。這就是比例節(jié)流閥在一般工程系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的原因。第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日

第三節(jié)電液二通比例流量閥按對外連接油口數(shù)不同：比例流量閥分為二通型，三通型）其中按基本原理又可以區(qū)分為：傳統(tǒng)負載檢測補償型，新的流量檢測反饋型定差減壓負載補償二通型定差溢流負載適應(yīng)三通型傳統(tǒng)型流量檢測反饋二通型流量檢測反饋三通型比例節(jié)流閥第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日根據(jù)二通型電液比例流量閥的控制原理來分，它有傳統(tǒng)減壓節(jié)流型、流量—力反饋型和流量—電反饋型等三種主要形式。第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日（一）傳統(tǒng)減壓節(jié)流型二通比例流量閥傳統(tǒng)定差減壓負載補償二通型穩(wěn)態(tài)負載特性詳細職能符號第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日負載階躍響應(yīng)第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日負載階躍響應(yīng)負載壓力從等于閥進口壓力值，階躍至一較低的壓力值負載壓力在低于閥進口壓力的兩個工作壓力之間作階躍變化第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日存在問題：階躍響應(yīng)流量階躍起動流量階躍第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日（二）

流量－位移－力反饋型：流量傳感器主調(diào)節(jié)器先導(dǎo)閥R0可變節(jié)流口B型半橋第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日工作原理：

在無輸入電信號時，先導(dǎo)閥芯在反饋彈簧作用下，先導(dǎo)閥口處于關(guān)閉位置。由此，主調(diào)節(jié)器閥芯的兩端油壓相等．由于閥芯面積差和復(fù)位彈簧的作用，無論流量閥進口壓力有多高，主調(diào)節(jié)器閥口均處于關(guān)閉狀態(tài)。此時沒有油液通過比例流量閥。也就是說，在無輸入信號時，該閥能實現(xiàn)可靠的自鎖。第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日工作原理：輸入一電信號i→產(chǎn)生電磁力F→先導(dǎo)閥芯向下移動→先導(dǎo)閥口開啟→可變液阻↓→PC↓→（PA-PC)壓差作用下主調(diào)節(jié)器閥芯向右移動，閥口開啟→流過的主流量經(jīng)流量傳感器檢測后流向負載→流量傳感器將流量值轉(zhuǎn)換為行程Xf，通過反饋彈簧將行程Xf轉(zhuǎn)換為作用在先導(dǎo)閥芯上的彈簧力→此彈簧力與輸入電磁力相平衡，從而調(diào)整了先導(dǎo)閥口的開度及控制壓力PC保證閥運行在某一穩(wěn)定的工作點上→最終使比例流量閥輸出流量與輸入電信號成比例關(guān)系。第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日工作原理：

當系統(tǒng)出現(xiàn)干擾信號,例如負載壓力P5↑→P3↑且流過調(diào)節(jié)器和流量傳感器的體積流量↓→流量傳感器的行程z↓→反饋彈簧力KZ↓→由于輸入電磁力不變，先導(dǎo)閥口↑→液阻↓→P2↓→主節(jié)流閥的閥口開度↑→使通過閥口的體積流量↑P4↑→流量傳感器行程z就回復(fù)或接近于與輸入電信號相對應(yīng)的調(diào)定值，輸出流量也恢復(fù)至調(diào)定值附近。調(diào)整結(jié)果流量傳感器：Z恢復(fù)原位，P4↑使（P4－P5）恢復(fù)原值，q不變主節(jié)流閥：閥口增大，P4↑使（P1－P4）減小，使q恢復(fù)原值第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日液阻RC的作用:動壓反饋作用：由動態(tài)阻尼R1所產(chǎn)生的動壓反饋力A3(PC-PB),使先導(dǎo)閥口獲得附加的啟閉力,這就加強了動態(tài)阻尼的作用，并在先導(dǎo)級與功率級之間，建立了速度反饋聯(lián)系，改善了閥的動態(tài)性能，閥的瞬態(tài)超調(diào)被顯著抑制。第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日結(jié)論：負載的變化引起的流量變化不是靠壓力差來補償?shù)?，而是靠主?jié)流口通流面積的變化來補償。第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日流量－位移－力反饋閥的原理框圖第四十六頁，共六十頁，2022年，8月28日穩(wěn)態(tài)特性分析第四十七頁，共六十頁，2022年，8月28日特點：采用閥內(nèi)流量－位移－力反饋閉環(huán)控制及級間速度－動壓反饋原理，克服了傳統(tǒng)流量閥的負載壓力階躍啟動流量超調(diào)大，抗負載變化流量調(diào)節(jié)剛性差、體積大而且頻響低等缺陷，大幅度提高了比例流量閥的靜、動態(tài)特性。傳統(tǒng)流量閥的穩(wěn)態(tài)負載特性新型流量閥的穩(wěn)態(tài)負載特性第四十八頁，共六十頁，2022年，8月28日（三）

流量－電反饋比例流量閥

為了減少比例放大器及比例電磁鐵性能對流量閥特性的影響；可采用流量-電反饋方案第四十九頁，共六十頁，2022年，8月28日流量反饋與力反饋型流量閥的區(qū)別：兩者的先導(dǎo)級均是B型半橋控制差動缸，先導(dǎo)液橋的輸出都是用于控制主調(diào)節(jié)器。力反饋型式中流量傳感器位于主調(diào)節(jié)器下游，而在電反饋型式中，流量傳感器處于主調(diào)節(jié)器的上游，當然在這兩種型式中，級間動壓反饋的實現(xiàn)不同，前者在流量傳感器與先導(dǎo)閥之間，后者在主調(diào)節(jié)器與先導(dǎo)閥之間。第三個差別是，在前者流量－位移－力反饋通過支撐于流量傳感器與先導(dǎo)閥芯之間的反饋彈簧實現(xiàn)，在后者處于主調(diào)節(jié)器與先導(dǎo)閥芯之間的弱彈簧不再是反饋彈簧，它主要起先導(dǎo)閥芯的支承作用，電反饋通過位移傳感器實現(xiàn)。由于均采用相同的先導(dǎo)級及插裝式主閥結(jié)構(gòu)，所以兩者在結(jié)構(gòu)上有很好的兼容性。第五十頁，共六十頁，2022年，8月28日特點：

由于比例放大器，比例電磁鐵、先導(dǎo)閥及主閥上的干擾均在大閉環(huán)控制之內(nèi)，因而，這種流量閥的調(diào)節(jié)剛度大，抗干擾能力強。輸出流量僅是輸入電壓信號的單調(diào)函數(shù)。當然，它的控制精度還取決于動態(tài)流量計本身的精度。第五十一頁，共六十頁，2022年，8月28日第四節(jié)電液三通比例流量閥第五十二頁，共六十頁，2022年，8月28日二通與三通型流量閥比較使用三通調(diào)速閥的系統(tǒng)是一種負載適應(yīng)系統(tǒng)，具有明顯的節(jié)能效益第五十三頁，共六十頁，2022年，8月28日定差溢流型三通比例流量閥第五十四頁，共六十頁，2022年，8月28日該復(fù)合閥既可對輸出流量進行比例控制，又能為系統(tǒng)壓力實現(xiàn)比例調(diào)節(jié)。當然，兩參數(shù)的比例調(diào)節(jié)是在不同工況下實現(xiàn)的。壓力適應(yīng)原理的電液比例壓力流量復(fù)合閥（pq閥），即三通比例流量閥。第五十五頁，共六十頁，2022年，8月28日工作原理當系統(tǒng)處于調(diào)節(jié)流量工況時，給比例壓力先導(dǎo)閥輸入一恒定的額定電信號，系統(tǒng)壓力在低于比例壓力先導(dǎo)閥的額定壓力范圍內(nèi)變化時，比例壓力先導(dǎo)閥能可靠地關(guān)閉。顯然，復(fù)合閥的P閥在此工況中只起限壓閥作用。比例節(jié)流閥閥口的恒定壓差由溢流閥主級來保證。因此，通過比例節(jié)流