第九章方向控制閥

第九章方向控制閥第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日比例方向閥電液比例方向閥，與開關(guān)式方向閥最大的差別在于，前者能按輸入電信號(hào)的正負(fù)和數(shù)值大小同時(shí)實(shí)現(xiàn)液流方向控制和流量的比例控制。其結(jié)構(gòu)型式往往又與開關(guān)式方向閥或電液伺服閥相似。第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日一.電液比例方向閥概述：開關(guān)型電磁換向閥由電磁鐵分別得電來連通不同的油口實(shí)現(xiàn)液流方向的切換；雙比例電磁鐵的比例方向閥由放大器中的極性判別電路選通不同的控制通道以控制相應(yīng)的比例電磁鐵，連通不同的油口，實(shí)現(xiàn)液流方向的切換；單比例電磁鐵的比例方向閥是在比例放大器通電時(shí)，先將主控閥芯推到行程中點(diǎn)，與信號(hào)的中間值相對應(yīng)，然后根據(jù)信號(hào)偏離信號(hào)中點(diǎn)的情況來連通不同的油口，實(shí)現(xiàn)液流方向的切換。第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日二.電液比例方向閥的分類按其對流量的控制方式，分為節(jié)流控制型和流量控制型兩大類。

節(jié)流控制型與比例節(jié)流閥相當(dāng)，其受控參量是功率級(jí)閥芯的位移或閥口開度，輸出流量受負(fù)載壓力和供油壓力變化的影響。流量控制型與比例調(diào)速閥相當(dāng)，它由比例方向閥和定差減壓閥或定差溢流閥組成壓力補(bǔ)償型比例方向流量閥。此外，還有近年來發(fā)展起來的，內(nèi)含各種型式流量檢測反饋閉環(huán)的流量反饋型電液比例方向流量閥。其受控量只取決于輸入電信號(hào)，而與供油壓力、負(fù)載壓力及回油壓力變化無關(guān)。第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日電液比例方向閥的分類按照對功率級(jí)控制方式來分：分為直接控制式(單級(jí)閥）、先導(dǎo)控制式。根據(jù)結(jié)構(gòu)型式來分：分為四邊滑閥型、二通插裝式或三通插裝型式。第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日三.直接控制式比例方向節(jié)流閥（一）普通型直控式比例方向節(jié)流閥（行程控制型比例電磁鐵）閥的穩(wěn)態(tài)控制特性具有較大的中位死區(qū)，其起始電流往往可達(dá)額定電流的15－30％左右。第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日比例電磁鐵需要提供的起始電流為：起始電流可達(dá)額定電流的20％左右。在比例放大器中設(shè)計(jì)有快跳電路。第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日普通型直控式比例方向節(jié)流閥比例電磁鐵必須克服彈簧力、摩擦力和功率級(jí)液動(dòng)力才能控制閥芯移動(dòng)。可見閥芯的位移及閥的功率域，均受到比例電磁鐵的有效工作行程及其電磁力的限制。因此．它只適宜于流量不大、壓差較低的場合使用。同時(shí)，閥的穩(wěn)定性在很大程度上取決于它的負(fù)載特性。閥的負(fù)載－位移偏差方程為：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力剛度穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力偏差穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是影響直控式比例方向節(jié)流閥等位移偏差的主要因素→→閥芯位移出現(xiàn)負(fù)偏差高壓大流量工況更甚，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使方向閥閥口關(guān)閉。必須使定位彈簧剛度大于穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力剛度，第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（二）位置調(diào)節(jié)型雙比例電磁鐵比例方向節(jié)流閥位移傳感器這種位置調(diào)節(jié)閉環(huán)，使閥芯對各種非線性干擾力．例如液動(dòng)力變化,油液污染引起摩擦力變化等的影響不敏感。而且能快速，準(zhǔn)確地跟蹤預(yù)調(diào)設(shè)定值。這種電反饋回路，一般還設(shè)置PID調(diào)節(jié)器，進(jìn)行電校正，以提高閥的控制特性。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日位移--電反饋直控式比例方向節(jié)流閥特征這系統(tǒng)是一個(gè)對指令輸入的一階無差系統(tǒng)(Ⅰ型系統(tǒng))，其位置誤差為零，速度誤差為：PID調(diào)節(jié)器總增益除K1外的前向通道增益反饋增益因此，閥的穩(wěn)態(tài)性能主要由位移傳感器的性能所決定。PID參數(shù)的合理選擇，是提高閥的靜、動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵。線性度、滯環(huán)和重復(fù)精度等穩(wěn)態(tài)控制特性，一般可控制在1％以內(nèi)。第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日電反饋比例方向閥的穩(wěn)態(tài)控制特性曲線第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日職能符號(hào)：第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日四.先導(dǎo)控制式比例方向節(jié)流閥對大流量高壓液流實(shí)現(xiàn)控制，必須采用先導(dǎo)型二級(jí)或多級(jí)方向比例節(jié)流閥。由于閥內(nèi)含有一級(jí)或多級(jí)液壓功率放大足以克服主閥芯上的液動(dòng)力干擾，在負(fù)載變化時(shí)具有較高的穩(wěn)定裕度。該類閥各級(jí)間需采取一定方式互相耦合(位移-壓力,位移-力,位移-電信號(hào),以及單位位置直接反饋等形式)第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日（一）先導(dǎo)壓力控制型二級(jí)比例方向節(jié)流閥先導(dǎo)減壓型和先導(dǎo)溢流型二級(jí)比例方向節(jié)流閥是這類閥的常見形式。先導(dǎo)減壓型二級(jí)比例方向節(jié)流閥第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日1）當(dāng)比例電磁鐵2和3的電流為零時(shí)，先導(dǎo)減壓閥芯5處于中位，彈簧7將主閥芯6也推到中位。2）主閥芯6的動(dòng)作由先導(dǎo)閥4來控制，比例電磁鐵2和3由比例放大器控制分別得電。工作原理第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日工作原理比例電磁鐵2通入電流i→Fi↑=Fp＝PAAPA第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：三通比例減壓閥工作原理當(dāng)無信號(hào)電流時(shí)：閥芯在對中彈簧作用下處于中位，各油口互不相同。當(dāng)比例電磁鐵通電流時(shí)：相應(yīng)的電磁力使閥芯右移，接通進(jìn)油口P和A，同時(shí)此A口壓力作用在閥左端，與電磁力平衡，油口A壓力PA與控制電流成正比。當(dāng)受到擾動(dòng)，PA對閥芯施加的力超過電磁力，閥芯左移，A→T，PA壓力下降直至新的平衡重新建立。三通減壓閥，壓力下降時(shí)，壓力油直接回油箱，使降壓響應(yīng)與升壓響應(yīng)一樣快速。成對組合使用時(shí)，主要用作比例方向閥的先導(dǎo)閥。第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：雙向直動(dòng)式三通比例減壓閥工作原理左邊電磁鐵通入電流i→Fi↑閥芯4右移→(P→A)→

油液進(jìn)入閥芯空腔→產(chǎn)生Fp＝PAA＝Fi第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（二）位移－力反饋型比例方向節(jié)流閥至回油噴嘴B型半橋第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日工作原理：當(dāng)信號(hào)電流輸入力矩馬達(dá)時(shí)，銜鐵在電磁力矩作用下克服彈簧管彈性反力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)擋板產(chǎn)生偏移(例如向左），于是由前置固定液阻和雙噴嘴擋板組成的先導(dǎo)液橋輸出控制壓力推動(dòng)主閥芯右移，并帶動(dòng)反饋彈簧桿變形，所產(chǎn)生的反饋力直接參與力矩馬達(dá)銜鐵的平衡，使擋板又恢復(fù)到中位附近，所以該閥內(nèi)含位置－力反饋閉環(huán)。彈簧管既是密封隔離元件又是彈性支承，和伺服閥不同的是采用了直徑較大的噴嘴孔徑，和較簡單的彈簧管結(jié)構(gòu)。主閥控制邊均設(shè)有一定的遮蓋量。為了保護(hù)先導(dǎo)圾,在兩固定液阻前各設(shè)一濾油器。力反饋回路抑制了主閥上液動(dòng)力、摩擦力的干擾,因而閥具有良好的穩(wěn)態(tài)控制性能及快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。但是，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜．第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日(三）位移－電反饋型比例方向節(jié)流閥電反饋方案的突出優(yōu)點(diǎn)是，反饋增益調(diào)節(jié)十分方便，并可采用PID或狀態(tài)反饋校正、以改善其穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性。由于微電子集成技術(shù)的發(fā)展，近年來已出現(xiàn)比例閥、位移傳感器和測量放大器集成一體的機(jī)電液一體化器件，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，其可靠性和壽命以及成本均能滿足工業(yè)使用要求。第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日雙級(jí)電反饋比例方向節(jié)流閥單電磁鐵控制型雙級(jí)電反饋比例方向節(jié)流閥結(jié)構(gòu)原理圖正開口四邊滑閥（液壓全橋）第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日五.電液比例方向流量閥比例方向流量閥分類：按工作原理分：壓力補(bǔ)償型和流量檢測反饋型兩大類．在工程實(shí)用上，以壓力補(bǔ)償型居多。壓力補(bǔ)償型：分為定差減壓型，定差溢流型和負(fù)載壓力補(bǔ)償型等。流量反饋型：有流量－壓力反饋，流量－力反饋及流量－電反饋等形式．第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日（一）定差減壓型電液比例方向流量閥

（二通進(jìn)口壓力補(bǔ)償器的工作原理及其應(yīng)用）定差減壓型電液比例方向流量閥，由一前置式定差減壓閥和比例方向節(jié)流閥串聯(lián)而成。定差減壓閥，控制自比例方向節(jié)證閥進(jìn)口，至負(fù)載前腔A或B之間的閥口壓差。減壓閥彈簧支承端的壓力，應(yīng)按換向工作位置的不同，而與A腔或B腔相溝通，從而實(shí)現(xiàn)P→A或P→B的壓力補(bǔ)償作用。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日定差減壓閥的壓力補(bǔ)償是基于忽略彈簧力變化，液動(dòng)力

隨工況變化所帶來的影響，使工作閥口壓降近似保持為常數(shù)的傳統(tǒng)原理。第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日壓力補(bǔ)償器的壓差可調(diào)和限壓功能壓差可調(diào)整的進(jìn)口壓力補(bǔ)償（B型半橋）帶最高壓力限制功能的進(jìn)口壓力補(bǔ)償回路第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日進(jìn)口壓力補(bǔ)償器不能被用于存在負(fù)載荷的系統(tǒng)對于帶有梭閥的補(bǔ)償回路，在減速過程中，與壓力補(bǔ)償器彈簧腔相通的油壓力，不再來自進(jìn)油側(cè)A，而是出油側(cè)B。在此工況下，B側(cè)壓力較高，它亦可將壓力補(bǔ)償器打開。它在減速觸動(dòng)過程中，特別是當(dāng)減速制動(dòng)壓力高于由彈簧設(shè)定的進(jìn)口檢測閥口處的壓差時(shí)，不能正常工作。第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日（二）定差溢流型電液比例方向流量閥

（三通壓力補(bǔ)償器）第三十頁，共三十三頁，2022年，8月28日第三十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日（三）流量反饋型電液比例方向流量閥第三十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日工作原理：