第五章 電液比例控制基本回路

1、1,第五章 電液比例控制基本回路,5．1 電液比例壓力控制回路5．2 電液比例速度控制回路5．3 電液比例方向及速度控制回路5．4 其它比例方向閥控制的實(shí)用回路5. 5 典型基本回路實(shí)例,2,5．1 電液比例壓力控制回路,壓力控制回路是任何一臺(tái)液壓設(shè)備必不可少的基本回路。它的基本功能有兩個(gè)：一是在正常工況下向系統(tǒng)提供合適的壓力，以滿足液壓執(zhí)行器對(duì)力或力矩方面的要求；二是在異常工況下能提供壓力保護(hù)，即系統(tǒng)卸荷或在安全壓力下溢

2、流。 電液比例壓力控制可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓。換句話說(shuō)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的壓力—時(shí)間(行程)曲線，使升壓、降壓過(guò)程平穩(wěn)且迅速。比例壓力控制提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)又使系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化。其缺點(diǎn)是電氣控制技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高。,3,5.1.1 比例溢流調(diào)壓回路,1．采用直動(dòng)式比例溢流閥 在比例調(diào)壓回路中，最常見(jiàn)的是采用比例溢流閥來(lái)進(jìn)行調(diào)壓。它可以通過(guò)改變輸入比例電磁鐵的電流，在額定值內(nèi)任意設(shè)定系統(tǒng)壓力，適用于多級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)

3、。,4,圖5-1 采用直動(dòng)式比例溢流閥的調(diào)壓回路1—安全閥 2—直動(dòng)式比例溢流閥 3—先導(dǎo)式溢流閥,5,上圖為采用直動(dòng)式比例溢流閥的調(diào)壓回路。為了保證安全，比例溢流閥調(diào)壓回路通常都要加入限壓的安全閥。圖 a 所示為直動(dòng)式比例溢流閥加安全閥方案，適用于流量小的情況。大流量時(shí)采用圖 b 所示的方案，它由普通先導(dǎo)溢流閥加一個(gè)小型直動(dòng)式比例溢流閥構(gòu)成。這種回路中，直動(dòng)式比例溢流閥作遠(yuǎn)程調(diào)壓，主溢流閥除作主溢流外還作為系統(tǒng)的安全閥使用。,

4、6,2．采用先導(dǎo)式比例溢流閥,圖5-2 采用先導(dǎo)式比例溢流閥的調(diào)壓回路1—先導(dǎo)式比例溢流閥 2—安全閥 3—帶限壓閥的比例溢流閥,7,上圖所示的兩種方案中采用了先導(dǎo)式比例溢流閥，與上圖中的方案二具有相同的功能。比例溢流閥在電流為零時(shí)可以使系統(tǒng)卸荷。但為預(yù)防過(guò)大的故障電流輸入而引起過(guò)高的壓力對(duì)系統(tǒng)造成傷害，設(shè)置安全閥是必要的。 由這些基本回路可見(jiàn)，采用先導(dǎo)式比例壓力閥對(duì)回路調(diào)壓有兩種方式：一種是利用小型直動(dòng)式比例壓

5、力閥對(duì)普通壓力閥進(jìn)行控制。這種方式中，都是將比例閥作為先導(dǎo)級(jí)，與先導(dǎo)式溢流閥、減壓閥或順序閥的遙控口通過(guò)管道相連接。,8,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，只要采用一個(gè)小型的直動(dòng)式比例溢流閥就可以對(duì)系統(tǒng)或支路上的壓力作比例控制或者遠(yuǎn)距離控制。但是由于增加了連接管道，使控制容積增加，而且還受主閥的性能限制，因此控制性能一般不如后者。 另一種方案是采用專門設(shè)計(jì)和制造的先導(dǎo)式比例壓力閥，雖然其主閥結(jié)構(gòu)基本相同，由于經(jīng)設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮，性能參數(shù)被優(yōu)

6、化，它的控制性能得到提高。所以，在控制性能要求較高的場(chǎng)合適宜采用后者。,9,3．比例容積式調(diào)壓回路 比例容積式調(diào)壓回路是指采用比例壓力調(diào)節(jié)變量泵來(lái)對(duì)回路進(jìn)行壓力控制的回路。如下圖示它是一種恒壓變量泵。 在負(fù)載壓力未達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)泵以最大流量供油，這時(shí)供油壓力追隨負(fù)載變化。在工作壓入達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，供油壓力與負(fù)載無(wú)關(guān)，流量適應(yīng)負(fù)載要求。因此系統(tǒng)的設(shè)定壓力即變量泵的截流壓力。它由進(jìn)入比例溢流閥的控制電流的大小來(lái)設(shè)定。,10,圖

7、5-3 比例容積式調(diào)壓回路,11,由上面的分析可見(jiàn)，采用比例壓力變量泵的調(diào)壓原理可以被稱作容積調(diào)壓原理，它與溢流調(diào)壓原理不同。溢流調(diào)壓是在壓力過(guò)高時(shí)排走多余的流量，避免流量在控制容腔內(nèi)的繼續(xù)積累而引起壓力升高。容積調(diào)壓則在壓力過(guò)高時(shí)，利用壓力升高信息作為流量多余的反映，并以此來(lái)控制輸出流量減小，使輸出壓力穩(wěn)定在控制水平。 電液比例調(diào)壓回路的主要應(yīng)用有: 1)多級(jí)壓力控制； 2)系統(tǒng)卸荷； 3)力控制系統(tǒng)

8、。,12,5.1.2 比例減壓回路,在單泵供油的液壓系統(tǒng)中，當(dāng)某個(gè)支路所需的工作壓力低于溢流閥的設(shè)定值，或要求支路有可調(diào)的穩(wěn)定的低壓力時(shí)，就要采用減壓閥組成減壓回路。 下圖所示為采用比例減壓閥的基本回路。圖 c 中采用單向減壓閥。液壓泵同時(shí)向缸Ⅰ和Ⅱ供油。缸Ⅱ下行時(shí)通過(guò)單向減壓閥可獲得低于系統(tǒng)壓力的多種低壓值。而回程時(shí)缸Ⅱ上腔的回油經(jīng)單向閥回油箱，不受減壓閥阻礙。二通減壓閥在控制壓力上升時(shí)是足夠快的。但是，用它控制壓力下降時(shí)，由

9、于結(jié)構(gòu)上使二次壓力油回油須經(jīng)細(xì)小的通道，所以很慢。采用三通減壓閥可以克服這個(gè)缺點(diǎn)。,13,圖5-4 比例減壓基本回路1—二通比例減壓閥 2—三通比例減壓閥 3—單向比例減壓閥,在二次壓力過(guò)高時(shí)，它可以經(jīng)三通減壓閥的另一主通道直接回油箱。三通比例減壓閥控制壓力上升或下降時(shí)間基本相同，可用于活塞雙向運(yùn)動(dòng)時(shí)保持恒壓持制，如圖 b 所示。,14,5．2 電液比例速度控制回路,要對(duì)液壓執(zhí)行器實(shí)行速度控制，即調(diào)速可以采用兩種方法，這就是改變

10、進(jìn)入執(zhí)行器的流量，或改變執(zhí)行器的排量。對(duì)液壓缸是改變它的有效工作面積。 電液比例速度調(diào)節(jié)，根據(jù)上述原理有三種常用的方式： 1．比例節(jié)流調(diào)速； 2．比例容積調(diào)速； 3．比例容積節(jié)流流調(diào)速。,15,1．比例節(jié)流調(diào)速 采用定量泵供油，利用比例節(jié)流閥、比例調(diào)速閥、比例方向閥等作為節(jié)流元件。通過(guò)改變節(jié)流口的通流面積和控制節(jié)流口前后壓差的方法，實(shí)現(xiàn)改變進(jìn)入執(zhí)行器的流量來(lái)調(diào)速。根據(jù)節(jié)流元件在回路中的位置又分

11、為四種形式：進(jìn)口節(jié)流、出口節(jié)流、旁路節(jié)流和聯(lián)合節(jié)流(進(jìn)出口同時(shí)節(jié)流)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?？刂凭雀?。但由于節(jié)流損失引起發(fā)熱等，它只適用于功率較小的場(chǎng)合。,16,2．比例容積調(diào)速 采用比例排量調(diào)節(jié)變量泵與定量執(zhí)行器，或定量泵與比例排量調(diào)節(jié)馬達(dá)等的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改變泵或馬達(dá)的排量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)是效率高，但控制精度不如節(jié)流調(diào)速，適用于大功率系統(tǒng)。 3．比例容積節(jié)流流調(diào)速 采用比例流量調(diào)節(jié)型變量泵，通過(guò)改變泵內(nèi)置的比例

12、節(jié)流閥的開(kāi)口面積和壓力補(bǔ)償原理，使泵的供油層自動(dòng)地與負(fù)載的要求相適應(yīng)?？刂凭扰c節(jié)流調(diào)速相當(dāng)，大功率情況下，節(jié)流損失不容忽視。,17,5.2.1 比例節(jié)流調(diào)速及其壓力補(bǔ)償回路,利用一個(gè)比例節(jié)流閥或比例調(diào)速閥可以對(duì)單個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行多速控制或?qū)Χ鄠€(gè)執(zhí)行器分別進(jìn)行速度控制。在后者中，一般每次只對(duì)其中一個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行控制。它也可以有進(jìn)口、出口或傍路節(jié)流之分，連接方法也與相應(yīng)的回路完全相同。 比例節(jié)流閥也必須與溢流閥聯(lián)合使用，即保持比例

13、節(jié)流口的進(jìn)口壓力為恒定的條件下，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的精確控制。下圖所示為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路。它利用一只比例節(jié)流閥對(duì)兩個(gè)執(zhí)行器的前進(jìn)后退速度分別進(jìn)行控制。,18,進(jìn)口節(jié)流回路 帶壓力補(bǔ)償?shù)幕芈穲D5-5 比例節(jié)流調(diào)速回路,19,使用單通道(帶壓力補(bǔ)償) 使用雙通道 圖5-6 比例方向閥作比例節(jié)流閥的調(diào)速回路,由于比例方向閥兼有比例節(jié)流功能，所

14、以，兩位四通比例方向閥常用作比例節(jié)流閥使用。使用時(shí)可以只利用其中一個(gè)通道，也可同時(shí)使用兩個(gè)通道，這時(shí)道流能力加倍,如右圖。,20,5.2.2 比例容積調(diào)速回路,1．比例排量調(diào)節(jié)型變量泵的調(diào)速回路 比例排量泵調(diào)速回路屬于容積調(diào)速回路，其應(yīng)用基本回路如下圖所示。它是通過(guò)改變泵的排量來(lái)改變進(jìn)入液壓執(zhí)行器的流量，從而達(dá)到調(diào)速的目的。因沒(méi)有節(jié)流損失，所以效率高。適用于大功宰和頻繁改變速度的應(yīng)用。不存在截流壓力，故應(yīng)該設(shè)置安全閥。,21,圖

15、5-7 比例容積調(diào)速回路,22,2．比例流量調(diào)節(jié)型變量泵的調(diào)速回路 下圖是比例流量調(diào)節(jié)型變量泵的調(diào)速回路。它屬于容積節(jié)流型的調(diào)速回路。由于有內(nèi)部的負(fù)載壓力補(bǔ)償，它的輸出流量與負(fù)載無(wú)關(guān)，是一種穩(wěn)流量泵，具有很高的穩(wěn)流精度。應(yīng)用本泵可以方便地用電信號(hào)控制系統(tǒng)各工況所需流量，并同時(shí)做到泵壓力與負(fù)載壓力相適應(yīng)。稱為負(fù)荷感應(yīng)控制。圖a為不帶壓力控制的比例流量調(diào)節(jié)，由于該泵不會(huì)回到零流量處，系統(tǒng)必須設(shè)置足夠大的溢流閥，使在不需要流量時(shí)能以

16、合理的壓力排走所有的流量。圖b是一種帶有壓力調(diào)節(jié)的比例流量調(diào)節(jié)。通過(guò)手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥3可以調(diào)定泵的截流壓力。當(dāng)壓力達(dá)到調(diào)定值時(shí)，泵便自動(dòng)減小排出流量，維持輸出壓力近似不變，直至截流。但有時(shí)為了避免變量活塞的頻繁移動(dòng)，上述的溢流閥仍是必要的。,23,單向調(diào)速 帶壓力調(diào)節(jié)的雙向調(diào)速圖5-8 比例流量調(diào)節(jié)型變量泵的調(diào)速回路1—溢流閥 2—內(nèi)置限壓閥 3—節(jié)流壓力調(diào)節(jié)閥 4—內(nèi)置限壓閥,24,5．

17、3 電液比例方向及速度控制回路,電液比例方向閥具有方向控制及比例節(jié)流的功能，用于控制負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方向和速度。使用比例方向閥的回路，可省去節(jié)流調(diào)速元件，能迅速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，避免壓力尖峰及滿足切換性能的要求，延長(zhǎng)元件和機(jī)器的使用壽命。 常見(jiàn)的比例方向閥有二位四通和三位四通兩種。比例方向閥由于是進(jìn)、出口同時(shí)節(jié)流控制，由此帶來(lái)種種新問(wèn)題。這正是本節(jié)中要詳細(xì)研究討論的。比例方閥的兩條通道的開(kāi)口面積可以從零到最大變化，這僅取決于控制電

18、流。但兩通道的開(kāi)口面積比可能是 1：1(對(duì)稱閥芯)，也可能是 2：1(非對(duì)稱閥芯)。這樣做是為了適應(yīng)不對(duì)稱的液壓缸的要求而設(shè)的。,25,單桿液壓缸在同一速度下，進(jìn)、出兩腔的流量互不相同。三位四通閥的中位機(jī)能，即無(wú)信號(hào)狀態(tài)下自然位置上各油口的連通情況也有多種形式。它們對(duì)回路的性能也有十分重要的影響。以上這些，其中特別是它的進(jìn)、出口同時(shí)節(jié)流功能給比例方向調(diào)速回路帶來(lái)很多與普通換向閥回路不同的特性。有些情況。在使用普通換向閥是可行的，但使用同

19、樣中位機(jī)能的比例方向閥就會(huì)出問(wèn)題。最明顯不同的地方是在比例控制中，執(zhí)行器兩工作腔的面積比必須與控制閥的開(kāi)口面積比相適應(yīng)。通常，對(duì)稱執(zhí)行器與對(duì)稱閥芯配用，2：1執(zhí)行器與2：1閥芯連用。,26,5.3.1 對(duì)稱執(zhí)行器的比例方向控制回路,這里的對(duì)稱執(zhí)行器包括液壓馬達(dá)，面積相等的雙出桿液壓缸，以及面積比接近1：1的單桿液壓缸。這類執(zhí)行器可由對(duì)稱開(kāi)口的中閉型(0型)和加壓型(P型)以及泄放型(Y型)的比例方向閥來(lái)進(jìn)行控制。下面分別介紹它們的工作原

20、理和特性。1．封閉（O）型比例方向閥換向回路 這種回路的特點(diǎn)是閥處于中位時(shí)，執(zhí)行器的進(jìn)出油口全封閉，活塞或馬達(dá)被鎖定。但當(dāng)慣性負(fù)載較大，閥芯轉(zhuǎn)換較快時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些不良的現(xiàn)象，例如引起某腔的壓力過(guò)分升高，或另一腔的壓力過(guò)分降低、出現(xiàn)抽空或空穴。,27,兩種現(xiàn)象都會(huì)使運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。因此使用這種回路時(shí)應(yīng)注意運(yùn)動(dòng)減速時(shí)的高壓保護(hù)，以及防止空穴產(chǎn)生的措施。 另一方面，當(dāng)負(fù)載災(zāi)然減小，或負(fù)載因節(jié)流而獲得一個(gè)減速度。都會(huì)使出油側(cè)節(jié)流口壓

21、差Δp2大大增加，這樣可使Δp1＜Δp2 (見(jiàn)下圖a)，因而液壓的左腔將產(chǎn)生抽空或空穴，使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度不受控制?？梢?jiàn)在大慣性負(fù)載時(shí)采取適當(dāng)措施是必要的。 圖b是一種較好的設(shè)計(jì)方案。執(zhí)行器可以是液壓馬達(dá)或?qū)ΨQ液壓缸。溢流閥 l 用于吸收壓力沖擊。其調(diào)整壓力應(yīng)大于最高工作壓力。兩個(gè)補(bǔ)油單向閥 2 用于出現(xiàn)真空時(shí)補(bǔ)油。它的開(kāi)啟壓力應(yīng)在 0.05MPa 左右。如果這個(gè)油馬達(dá)回路只是整個(gè)液壓系統(tǒng)的一部分，那么其它部分的回油可與補(bǔ)油單

22、向閥的進(jìn)油口相連，并加上調(diào)整壓力為 0.3MPa 左右的背壓閥，這樣可使防真空保護(hù)更為理想。,28,圖5-9 封閉（O）型比例方向閥換向回路1—溢流閥 2—補(bǔ)油單向閥 3—背壓閥,29,圖5-10 加壓（P）型比例方向閥換向回路,2．加壓（P）型比例方向閥換向回路 P型比例方向閥在中位時(shí)，兩個(gè)出油口與進(jìn)油口是幾乎關(guān)閉的，只允許小流量通過(guò)，并對(duì)兩腔加壓。而回油口是完全關(guān)閉的。這種回路的優(yōu)點(diǎn)是中位時(shí)能提供小量的

23、油流，補(bǔ)償執(zhí)行器的泄漏，可減少空穴出現(xiàn)對(duì)機(jī)器的損壞。,30,對(duì)雙桿液壓缸和馬達(dá)，這一小流量足以補(bǔ)償泄漏，以及小慣性下防止真空出現(xiàn)；對(duì)大慣量系統(tǒng)，為防止出現(xiàn)空穴，可在執(zhí)行器兩端跨接兩個(gè)限壓溢流閥。如上圖所示。 應(yīng)當(dāng)指出，這種跨接式溢流閥只適用于對(duì)稱執(zhí)行器。對(duì)差動(dòng)缸，產(chǎn)生的流量與需要補(bǔ)充的流量不相等。當(dāng)液壓缸外伸行程時(shí)，有桿腔的流量可能會(huì)經(jīng)跨接溢流閥向無(wú)桿腔泄油，但卻不足以防止真空或空穴出現(xiàn)。因此，P型閥幾乎不能用于差動(dòng)缸，而且當(dāng)閥

24、位于中位時(shí)，還有可能使液壓缸產(chǎn)生緩慢的移動(dòng)。此外，當(dāng)選用的液壓馬達(dá)的泄漏不是直接外排，而是從內(nèi)部排向低壓腔時(shí)，就應(yīng)注意使用。因P型閥中性時(shí)是兩邊加壓，此壓力有可能導(dǎo)至馬達(dá)密封損壞。,31,5.3.2 非對(duì)稱執(zhí)行器的比例方向控制回路,這里的非對(duì)稱執(zhí)行器指面積比為2：1或接近2：1的單出桿液壓缸。它主要由開(kāi)口面積比為2：1的泄放型(Y型)的比例方向閥來(lái)控制，如下圖 a 所示。Y型閥處在中位(自然位置)時(shí)，供油口封閉，而兩工作油口通過(guò)節(jié)流小孔

25、與油箱相連。由此，閥處在中位時(shí)，不會(huì)在兩腔建立起高壓。 通常，普通的Y型方向閥在中位時(shí)，其控制的液壓缸是可以浮動(dòng)的。但對(duì)Y型比例方向閥卻無(wú)此功能。因?yàn)樗幹形粫r(shí)，連通兩工作腔的開(kāi)口很小，不足以通過(guò)較大的流量。同樣它也不能從油箱吸油，以防止空穴產(chǎn)生。為了防止真空狀態(tài)出現(xiàn)和慣性引起的壓力峰值，加上適當(dāng)?shù)幕芈肥切枰摹?32,圖5-11 差動(dòng)缸的換向及壓力保護(hù)回路,33,上圖 b 是適用于避免真空狀態(tài)和慣性壓力沖擊的典型回路。兩單向

26、閥用于真空時(shí)補(bǔ)油，它們的開(kāi)啟壓力應(yīng)很低。兩個(gè)溢流閥把工作腔與油箱相連用于壓力保護(hù)。前面已經(jīng)提過(guò)，差動(dòng)缸是不宜采用溢流閥跨接在主油路的方式來(lái)泄壓的，因?yàn)槟菢颖Ｗo(hù)效果不好。為了更有效地保護(hù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮單向閥的開(kāi)啟壓力盡量低些，補(bǔ)油管的尺寸大小，補(bǔ)油點(diǎn)連接的地方，以及補(bǔ)油的壓頭等問(wèn)題。 值得一提的重要問(wèn)題是對(duì)于具有大活塞桿直徑的差動(dòng)缸，建議不要采用O型閥芯來(lái)進(jìn)行控制。記住，無(wú)論是比例閥式普通換向閥，O型閥芯在中位時(shí)內(nèi)泄漏常常會(huì)在

27、液壓缸內(nèi)產(chǎn)生增壓作用，而且當(dāng)差動(dòng)回路形成時(shí)還會(huì)使液壓缸出現(xiàn)外伸蠕動(dòng)。,34,5.3.3 比例差動(dòng)控制回路,傳統(tǒng)的差動(dòng)回路通常只有一種差動(dòng)速度。比例差動(dòng)回路可以對(duì)差動(dòng)速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)控制，所使用的比例閥芯的型式通常是 Y 型和 YX3 型。由于比例閥的閥芯工作位置是連續(xù)的，很容易制造成專門適合于實(shí)現(xiàn)差動(dòng)控制的閥芯，使差動(dòng)回路獲得簡(jiǎn)化。 下圖是一種典型的差動(dòng)回路，它是利用Y型閥芯實(shí)現(xiàn)的。左電磁鐵通電是差動(dòng)向前控

28、制，右電磁鐵通電是返回?？梢钥闯觯趦蓚€(gè)方向上速度連續(xù)可調(diào)，這點(diǎn)與普通方向閥有所不同。通常普通方向閥的差動(dòng)速度不可調(diào)。差動(dòng)速度的調(diào)節(jié)是控制從P到A的開(kāi)口面積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于在B管處裝入單向閥，使閥芯中位時(shí)不具Y型閥的特點(diǎn)。為此，可把一個(gè)節(jié)流小孔與單向閥并聯(lián)。,35,圖5-12 Y型閥差動(dòng)回路,36,也可以利用 YX3 型閥芯來(lái)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)。事實(shí)上 YX3 型閥芯是專門用實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回路的。這種YX3 型閥芯的差動(dòng)回路如下圖 a 所示。它只需使

29、用一個(gè)單向閥。顯然這種差動(dòng)回路想要獲得最大推力，可在有桿腔出口處加一個(gè)二位三通電磁閥，來(lái)改變?cè)撎幍挠吐吠ㄓ拖浔憧梢浴Ｒ部梢圆捎锰厥獾拈y芯來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 b 所示。這是一個(gè)四位閥。要獲得這種閥是容易的，只要通過(guò)加工閥芯使可以。,37,圖 b 所示的控制回路可以對(duì)外伸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。其最大速度由差動(dòng)回路確定，因而加大了凋速范圍。差動(dòng)連接平滑地過(guò)渡到最大推力連接，使回臍大為簡(jiǎn)化。因此這種差功型比例閥有推廣使用價(jià)值。這種回路的外伸工作過(guò)程是

30、：當(dāng)無(wú)輸入控制信號(hào)時(shí)，閥位2是自然中位，活塞不動(dòng)；當(dāng)從放大器來(lái)的控制信號(hào)處在較低水平時(shí)，閥的工作位置逐漸過(guò)渡到 3 的位置，這是全力工作模式，液壓缸提供最大的加速力，使活塞盡快加速；當(dāng)達(dá)到全流速度后，如果繼續(xù)增大控制電流，則閥位由 3 過(guò)渡到4，這時(shí)是差動(dòng)工作模式。這是由于B到T的油路被關(guān)閉，使油液通過(guò)單向閥與P會(huì)合，形成最高流量，活塞這時(shí)的速度為最大，并且與信號(hào)成比例可調(diào)。在行程末端，控制信號(hào)回復(fù)到較低水平，活塞又工作在全力模式，完成

31、需要的工作循環(huán)。,38,YX3型閥差動(dòng)回路 特殊閥芯差動(dòng)回路圖5-13 比例差動(dòng)回路,39,下圖所示為四位專用差動(dòng)閥在工作過(guò)程中的控制電流與行程的關(guān)系曲線。 從圖中曲線可以看出，兩種工作模式可以平滑轉(zhuǎn)換。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：在工作壓力及流量不變的情況下，起動(dòng)時(shí)可獲得最大加速力；在空行程中可獲得可調(diào)的差動(dòng)快速，且在工作行程中又可獲得最大推力。,40,圖5-14 差動(dòng)閥的控制特性1—全力模式

32、 2—差動(dòng)模式 Ⅰ—全力加速段 Ⅱ—差動(dòng)加速段 Ⅲ —差動(dòng)快速段 Ⅳ—減速過(guò)渡段 Ⅴ—全力工作段,41,5．4 其它比例方向閥控制的實(shí)用回路,在垂直運(yùn)動(dòng)的重物或超越負(fù)載的場(chǎng)合下，運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)超過(guò)供油能力所能達(dá)到的速度，這時(shí)液壓缸供油腔可能出現(xiàn)真空。運(yùn)動(dòng)部件超速失控，容易發(fā)生意外，因此液壓系統(tǒng)中要設(shè)置平衡回路。平街回路是在超速方向上設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)淖枇?。?duì)立式液壓缸來(lái)說(shuō)，就是在下行的方向上設(shè)置平衡阻力

33、，使之產(chǎn)生足夠的背壓，以便與自重或與運(yùn)動(dòng)方向同向的負(fù)載相平衡。,5.4.1 重力平衡回路,42,圖5-15 重力平衡回路,比例方向閥控制垂直上升下降速度的典型回路如右圖所示。圖中平衡元件采用單向溢流閥。溢流閥的調(diào)整壓力應(yīng)稍大于運(yùn)動(dòng)部件自重在液壓缸下腔形成的壓力。單向閥用于通過(guò)上行時(shí)的工作流量。這種回路下行時(shí)，由于有背壓存在，運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)。平衡用的溢流閥應(yīng)采用球形式錐形閥芯的直動(dòng)式溢流閥，使減小或消除因泄漏造成的緩慢下降。,43,圖5-

34、16 帶重力平衡的差動(dòng)控制回路,44,5.4.2 比例同步控制回路,對(duì)于帶有多個(gè)執(zhí)行器，同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，由于每個(gè)液壓缸的制造質(zhì)量、摩擦力、泄漏、負(fù)載及結(jié)構(gòu)變形上的差異，如果不采用適當(dāng)?shù)耐酱胧?，各缸的行程?huì)不同步，導(dǎo)至產(chǎn)品質(zhì)量下降或不能正常工作。同步回路是為了克服上述的影響，通過(guò)改變進(jìn)入其中一些或全部液壓執(zhí)行器的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。通常以其中一個(gè)執(zhí)行器的位置作參考，改變進(jìn)入其它執(zhí)行器的流量來(lái)達(dá)到位置跟隨而同步?？梢?jiàn)同步回路

35、本質(zhì)上是個(gè)位置控制回路，因控制變量的信息來(lái)自對(duì)位置誤差的檢測(cè)。 在比例同步回路中，位置誤差的檢測(cè)都是利用位置傳感器來(lái)進(jìn)行的，因而位置同步精度高，容易實(shí)現(xiàn)雙向同步。根據(jù)采用的比例元件來(lái)分可分為比例方向閥同步回路，比例調(diào)速閥同步回路和比例變量泵同步回路。前兩者屬于節(jié)流控制式，后者屬于容積控制式。,45,1．采用比例方向閥的同步回路 采用比例方向閥的同步回路，按比例方向閥在回路中是控制進(jìn)油還是放油可分成兩種。下圖所示為比例閥

36、控制進(jìn)油的同步回路。比例方向閥根據(jù)位置傳感器 l 和 2 的反饋信號(hào)，連續(xù)地控制閥口開(kāi)度，使輸出一個(gè)與手調(diào)節(jié)流閥相應(yīng)的流量。當(dāng)出現(xiàn)位置偏差時(shí)，比例放大器求得一控制信號(hào)，調(diào)整比例閥的開(kāi)口，使朝減小偏差的方向變化，直至偏差消失。因此，這是一種位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制精度主要取決于位置傳感器的檢測(cè)精度與比例閥的響應(yīng)特性。理論上該回路沒(méi)有積累誤差。被壓缸的上行速度可以通過(guò)節(jié)流閥 5 來(lái)調(diào)節(jié)，而比例閥 4 則會(huì)自動(dòng)跟蹤適應(yīng)。,46,圖5-17 比

37、例閥進(jìn)油同步回路1，2—位置傳感器 3—比例放大器 4—比例方向閥 5—手調(diào)節(jié)流閥,47,上述回路要求比例閥有較大的通流能力，采用比例閥放油同步系統(tǒng)可以使選用較小通徑的比例閥，從而降低成本。 比例閥放油同步回路如下圖所示。該回路由兩個(gè)完全相同的定量泵分別向液壓缸單獨(dú)供油。如果出現(xiàn)位置不同步，則橫梁傾斜，傳感器 1 檢測(cè)到后控制比例閥 3 的比例電磁鐵 a 或 b，使其中較快一側(cè)的定量泵通過(guò)比例閥排走部分流量，使其控制的液

38、壓缸速度慢下來(lái)，達(dá)到位置同步。由于比例閥 3 通過(guò)的流量只是糾編用的小流量，可以選用較小的通徑。但如果有嚴(yán)重偏載的情況出現(xiàn)，則比例閥還是應(yīng)選用足夠大的。,48,圖5-18 比例閥放油同步回路1—位置傳感器 2—聯(lián)動(dòng)方向閥 3—比例閥 4—先導(dǎo)閥,49,2．采用比例調(diào)速閥的同步回路 下圖所示為另一種節(jié)流型的比例同步回路，它采用比例調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)。這鐘回路的特點(diǎn)是雙向調(diào)速，雙向同步。上升行程為進(jìn)口節(jié)流，下降行程為回油節(jié)流?；赜?/p>

39、節(jié)流有助于防止因自重下滑時(shí)的超速運(yùn)行。因此，設(shè)計(jì)這種回路時(shí)選用的比例調(diào)速閥 2 和手動(dòng)調(diào)速閥 4 不能過(guò)大，否則要采用其它阻尼措施。 回路中液控單向閥用于平衡負(fù)載的自重。另外四個(gè)單向閥為組，構(gòu)成橋式整流回路，使正反向行程通過(guò)調(diào)速閥的流量方向一致。,50,圖5-19 比例調(diào)速閥雙向同步回路1—位置傳感器 2—比例調(diào)速閥 3—液控單向閥 4—手動(dòng)調(diào)速閥,51,以上介紹的三種同步回路的共同點(diǎn)是其中一個(gè)執(zhí)行器為手動(dòng)

40、主動(dòng)調(diào)整，而另外的執(zhí)行器比例控制跟隨。 也可以把手動(dòng)閥都改為比例閥，實(shí)行互相跟隨的雙向控制，這樣可以提高控制精度，但控制成本會(huì)提高。,52,3．容積控制同步回路 下圖所示為容積控制式的比例同步回路。比例元件需采用比例排量變量泵或比例流量變量泵。它也是一種具有雙向調(diào)速、雙向同步功能的回路。速度控制采用電氣遙控設(shè)定，位置互相跟隨。由于是容積控制，沒(méi)有節(jié)流損失，適用于大功率系統(tǒng)和高速的同步系統(tǒng)。由圖亦可見(jiàn)，兩個(gè)執(zhí)行器的供油液壓系統(tǒng)完全

41、獨(dú)立，因而很適用于兩液壓缸相距較遠(yuǎn)又要求同步精度高的地方。 總的來(lái)說(shuō)，比例同步系統(tǒng)，無(wú)論是容積式還是節(jié)流式，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是一個(gè)閉環(huán)的電液比例位置隨動(dòng)系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)方法與電液比例位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相同。,53,圖5-20 比例流量調(diào)節(jié)變量泵同步回路1—位置傳感器 2—比例流量（排量）變量泵,54,5．5 典型原理圖實(shí)例,1．心軸夾緊壓力控制 鉆深孔時(shí)，需對(duì)心軸的夾緊力進(jìn)行自動(dòng)控制，以避免損壞昂貴的刀具?？刂?/p>

42、信號(hào)由CNC(計(jì)算機(jī)數(shù)控)系統(tǒng)產(chǎn)生，比例閥上裝有內(nèi)裝壓力傳感器和閉環(huán)控制用的電子器件。,55,圖5-21 心軸夾緊壓力控制典型原理圖,56,2．傳送機(jī)構(gòu)上的軸向移動(dòng)控制 本例說(shuō)明在弱信號(hào)范圍內(nèi)，對(duì)為提高分辨率致使特性呈非線性的比例閥是如何利用中樞控制插件板的功能精確控制機(jī)構(gòu)的速度和位置的。 在液壓缸上裝有一數(shù)字式線性傳感器以輸出速度和位置反饋信號(hào)，儲(chǔ)能系統(tǒng)保持油壓恒定，以保證在任何工作條件下比例閥兩端有一適量的壓降△p

43、。緊急狀態(tài)下，通/斷電磁閥斷電而切斷壓力油源，此時(shí)比例閥閥芯位于零遮蓋的中間位置。工作條件恢復(fù)后，通/斷電磁閥又可通電。,57,圖5-22 橫向移動(dòng)控制典型原理圖,58,3．控制制鋼設(shè)備上的塞孔柱 在鋼廠中的應(yīng)用。特殊設(shè)計(jì)制造的堅(jiān)固的電液裝置可保證其可靠性和優(yōu)良性能。本例顯示調(diào)整鋼水液位的專用電液系統(tǒng)，包括一裝有集成電子器件的比例閥，一手動(dòng)應(yīng)急裝置，一配存電位器式傳感器的液壓伺服缸以及一安裝控制閥的油路板。,59,圖5-23

44、 制鋼設(shè)備塞孔柱控制典型原理圖,60,4．紡織機(jī)制動(dòng)控制 在紡織機(jī)上，拉力控制是由調(diào)整制動(dòng)力的比例控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。比例閣上裝有集成電子器件，在閉環(huán)控制中，由傳感器送來(lái)的反饋信號(hào)可控制制動(dòng)力。與傳統(tǒng)的壓力系統(tǒng)不同的是這個(gè)系統(tǒng)具有從零壓開(kāi)始精確調(diào)整的特點(diǎn)。,61,圖5-24 紡織機(jī)制動(dòng)控制典型原理圖,62,5．折彎?rùn)C(jī)用同步控制系統(tǒng) 在折彎?rùn)C(jī)系統(tǒng)中，完成壓梁提升和下降動(dòng)作的兩只液壓缸必須同步運(yùn)動(dòng)并應(yīng)具有非常高的位置精

45、度。利用兩只閉環(huán)控制的比例閥可以成功的實(shí)現(xiàn)上述控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)利用裝在壓梁上的位置傳感器得到控制信號(hào)。,63,圖5-25 折彎?rùn)C(jī)同步控制典型原理圖,64,6．控制高空作業(yè)車的自動(dòng)調(diào)平 此典型應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明，用一套專用的電子器件控制的比例閥來(lái)控制平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平。這套電子器件包括一角位移傳感器，以及以閉環(huán)方式工作的電子放大器。整個(gè)電液系統(tǒng)是一結(jié)構(gòu)緊湊的模塊，可直接裝在車上使用。,65,圖5-26 高空作業(yè)車自動(dòng)調(diào)平控制典型原

46、理圖,66,7．電影院動(dòng)態(tài)模擬機(jī) 下圖為一由伺服液壓缸驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置。伺服液壓缸上裝有帶集成電子器件的比例閥?？煞抡毡纠M成各種模擬裝置。各方向的運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)根據(jù)屏幕上顯示的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)協(xié)調(diào)控制。,67,圖5-27 電影院動(dòng)態(tài)控制典型原理圖,68,8．三通比例插裝閥在注塑機(jī)上的應(yīng)用 在注塑機(jī)中，插裝式比例閥實(shí)現(xiàn)三個(gè)控制功能，即注射速度、擠壓成形和鎖模。電控通過(guò)集成有電子器件和位置傳感器的比例閥實(shí)現(xiàn)，其位置傳感器在主閥芯上