比例閥基本原理

關于比例閥基本原理第1頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)1)考慮一個簡單的液壓系統(tǒng)，其由油箱（A）、電動機（B）、液壓泵（C）、溢流閥（D）、過濾器（E）、流量控制閥（F

）、電磁換向閥（G）和液壓缸（H）組成。2)通過流量控制閥(其可確定液壓缸運動速度大小)和電磁換向閥(其可確定液壓缸向何方向運動)來控制液壓缸運動。ABCDEFHGHBIVT第2頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)當電磁換向閥通電時，液壓缸活塞桿以一定速度伸出或回縮，該速度大小可通過流量控制閥確定，因此，電磁換向閥本身并不控制液壓缸活塞運動速度。HBIVT第3頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)三位電磁換向閥可以完成下列功能： -液壓缸活塞桿伸出HBIVT第4頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)三位電磁換向閥可以完成下列功能： -液壓缸活塞桿伸出 -液壓缸活塞桿回縮HBIVT第5頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)三位電磁換向閥可以完成下列功能： -液壓缸活塞桿伸出 -液壓缸活塞桿回縮 -停止液壓缸HBIVT第6頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四因此，電磁換向閥的作用就像電氣回路中的開關一樣。在一個位置上，關閉燈...HBIVT第7頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四...而在另一個位置上，接通燈，但并沒有中間位置。HBIVT第8頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四不過，另一種類型的開關可以用于控制燈泡亮度，該開關被稱之為光度調整開關。HBIVT第9頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第10頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第11頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第12頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第13頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第14頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第15頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第16頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四在這種情況下，為了改變燈泡亮度，可以在全關閉位置和全打開位置之間的任意位置上切換觸點。HBIVT第17頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)2)閥芯移動并不是僅限于三個位置，而是在行程范圍內可以無級調節(jié)。偏離中位的閥芯移動方向將決定液壓缸運動方式，其大小可以控制液壓缸活塞運動速度。1)比例方向閥可被認為是電開關中的光度調整開關。HBIVT第18頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四基本系統(tǒng)所以，實際上，比例方向閥既可以作為換向閥，也可以作為流量控制閥。HBIVT第19頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四切換電磁換向閥電磁換向閥可被認為是簡單的開關閥。其可以通過電氣裝置來控制，這些電氣裝置能夠接通或關斷電流。HBIVT第20頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四切換電磁換向閥電磁換向閥可被認為是簡單的開關閥。其可以通過電氣裝置來控制，這些電氣裝置能夠接通或關斷電流。HBIVT第21頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四切換電磁換向閥電磁換向閥可被認為是簡單的開關閥。其可以通過電氣裝置來控制，這些電氣裝置能夠接通或關斷電流。HBIVT第22頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥不過，比例方向閥可以通過類似于光度調整開關的電氣裝置來控制。HBIVT第23頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第24頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第25頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第26頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第27頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第28頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥通過改變線圈電流，可以改變閥芯位移大小，從而實現了比例閥出口流量的控制。HBIVT第29頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵所以，與電磁換向閥不同，比例閥線圈電流可調，并不僅是接通或關斷。然而，在結構上，比例電磁鐵與開關式電磁鐵相類似。比例電磁鐵由下列部分組成： -線圈(A) -磁軛(B) -銜鐵(C) -磁極片(D) -推桿(E)銜鐵密閉在導磁套（F）中，比例電磁鐵通常采用塑料樹脂材料(G)封裝。ABCDFGEHBIVT第30頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵當在線圈上施加電壓時，將有電流流過線圈。HBIVT第31頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵1)同樣，電流產生磁場，該磁場集中在金屬導磁套、磁極片和銜鐵中。2)然而，在磁極片與銜鐵之間的磁回路中存在間隙，所以，就會產生電磁力，該電磁力將閉合這個間隙，從而使磁路導通。HBIVT第32頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵1)推桿將比例電磁鐵與比例閥閥芯連接起來，其通常推動閥芯向擠壓彈簧方向移動。2)電磁力大小由磁場強度決定，而磁場強度與線圈電流成正比。HBIVT第33頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵增加線圈電流將使電磁力增大，因此，閥芯移動距離也增大。HBIVT第34頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵增加線圈電流將使電磁力增大，因此，閥芯移動距離也增大。HBIVT第35頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例電磁鐵增加線圈電流將使電磁力增大，因此，閥芯移動距離也增大。HBIVT第36頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四FIFI比例電磁鐵在設計比例電磁鐵時，應使電磁力(F)與線圈電流(I)之間成線性關系，即電磁力僅取決于線圈電流。HBIVT第37頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電磁換向閥進一步講，電磁換向閥與比例閥之間的不同就在于閥芯結構上。HBIVT第38頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四SSQQ電磁換向閥1)對于電磁換向閥，當通電時，閥芯結構應使其壓降最小。2)這意味著為了控制小流量，所需閥開口度將會是很小。小開口度是很難控制的。HBIVT第39頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四SSQ比例閥1)然而，比例閥閥芯在刃口上開有V型槽，這樣可使比例閥開口具有較寬的變化區(qū)間。HBIVT第40頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四SSQ比例閥1)然而，比例閥閥芯在刃口上開有V型槽，這樣可使比例閥開口具有較寬的變化區(qū)間。2)所以，與電磁換向閥相比，盡管比例閥的最大流量較低，但是，其更容易實現小流量控制，即比例閥開口是逐漸變化的。HBIVT第41頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四SSQ比例閥根據將控制的最大流量，可配裝不同的閥芯，即這些閥芯具有不同的形狀、大小或V型槽數。HBIVT第42頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四直動式比例溢流閥1)比例閥也可用于控制壓力，在這種情況下，比例電磁鐵用來推動閥芯動作，即通過彈簧將錐閥芯壓在閥座上。電磁力越大，所需將溢流口打開的壓力就越大。HBIVT第43頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四直動式比例溢流閥2)這里描述了直動式溢流閥功能，直動式溢流閥只允許通過較小的流量。1)比例閥也可用于控制壓力，在這種情況下，比例電磁鐵用來推動閥芯動作，即通過彈簧將錐閥芯壓在閥座上。電磁力越大，所需將溢流口打開的壓力就越大。HBIVT第44頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四先導式比例溢流閥為了控制較高的流量，直動式比例溢流閥可以作為先導式溢流閥的先導級（或減壓閥）。HBIVT第45頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四先導式比例溢流閥為了控制較高的流量，直動式比例溢流閥可以作為先導式溢流閥的先導級（或減壓閥）。HBIVT第46頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例系統(tǒng)的優(yōu)點HBIVT第47頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四遠程控制–開關系統(tǒng)在開關系統(tǒng)中，為了調節(jié)液壓缸活塞運動速度，應將流量控制閥安裝在合適位置處，這表明工作油管與操作臺相連接。HBIVT第48頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四遠程控制-

比例系統(tǒng)不過，在比例系統(tǒng)中，比例閥通過電信號控制，即僅采用小功率電纜就可將操作臺與比例閥連接起來。HBIVT第49頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四PLC遠程控制–比例系統(tǒng)當今機器控制通常采用電子控制器來實現，而比例閥在液壓系統(tǒng)與電子控制器之間可提供一個簡單接口。HBIVT第50頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例壓力控制在一臺機器中，若使用比例方向閥和比例壓力閥，則表明這臺機器的液壓功能（運動和作用力）可由電信號控制。HBIVT第51頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電磁換向閥的響應時間比例閥的最大優(yōu)勢就在于其電控能力，即通過電信號可無級控制其閥芯運動速度。HBIVT第52頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四0.015S電磁換向閥的響應時間根據電磁換向閥的通徑大小和電源電壓，其通電響應時間約為15ms。HBIVT第53頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四0.040S電磁換向閥的響應時間由于復位彈簧力比電磁力低，所以，電磁換向閥的斷電響應時間稍微長一些（一般約為25ms）。HBIVT第54頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四S比例閥的響應時間不過，比例閥閥芯的運動速度可由輸入給比例電磁鐵的電信號確定。通過漸增或漸降（稱之為斜坡）電信號，可以獲得幾秒鐘的通電和斷電響應時間。HBIVT第55頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四1.000S比例閥的響應時間不過，比例閥閥芯的運動速度可由輸入給比例電磁鐵的電信號確定。通過漸增或漸降（稱之為斜坡）電信號，可以獲得幾秒鐘的通電和斷電響應時間。HBIVT第56頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四2.000S比例閥的響應時間不過，比例閥閥芯的運動速度可由輸入給比例電磁鐵的電信號確定。通過漸增或漸降（稱之為斜坡）電信號，可以獲得幾秒鐘的通電和斷電響應時間。HBIVT第57頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四3.000S比例閥的響應時間不過，比例閥閥芯的運動速度可由輸入給比例電磁鐵的電信號確定。通過漸增或漸降（稱之為斜坡）電信號，可以獲得幾秒鐘的通電和斷電響應時間。HBIVT第58頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–開關系統(tǒng)閥芯運動速度可控是非常有用的，這主要是因為其可以降低系統(tǒng)中的沖擊，即通過控制執(zhí)行元件的加速度和減加速度來達到此目的。假設以賓館中電梯為例，其采用開關式液壓系統(tǒng)。HBIVT第59頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–開關系統(tǒng)當電磁換向閥通電使電梯下降時，閥芯運動很快，這表明液壓缸活塞很快加速到其最大速度（最大速度通過設定流量控制閥F來確定）。電梯的這種突然啟動會使乘客感到非常不舒服。FHBIVT第60頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–開關系統(tǒng)同樣，當電梯到達目的地時，因電磁換向閥的很快關閉，也會使電梯突然停止，從而再次使乘客感到不舒服。在實際液壓系統(tǒng)中，由執(zhí)行元件的突然啟停而產生的沖擊還會造成壓力尖峰，這也是容易引起系統(tǒng)泄漏的情況之一。HBIVT第61頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–比例系統(tǒng)如果采用比例閥來替代電磁換向閥和流量控制閥，那么，電梯速度不僅可由電信號調節(jié)，而且還可以控制電梯的啟停。HBIVT第62頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–比例系統(tǒng)比例閥可以非常緩慢地開啟，以使電梯平滑加速至最大速度。HBIVT第63頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電梯舉例–比例系統(tǒng)同樣，通過將閥芯緩慢移動至中位，也可以控制減加速度。HBIVT第64頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間距離運動控制因此，比例閥通常能夠完成下列幾方面的全運動控制：HBIVT第65頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間加速度距離運動控制1.平滑控制執(zhí)行元件的加速度，直至最大速度。HBIVT第66頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間加速度速度距離運動控制2.控制執(zhí)行元件速度，若有必要，對于變負載，應保持其恒定。HBIVT第67頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間加速度減速度速度距離運動控制3.平滑減加速度，并使壓力峰值最小。HBIVT第68頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間位置加速度減速度速度距離運動控制4.通過采用合適的感測元件，比例閥還可以較高精度控制執(zhí)行元件定位。HBIVT第69頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間力力控制比例閥也可以通過控制施加于執(zhí)行元件中的壓力來控制執(zhí)行元件的輸出力（例如在壓機或注塑機中）。HBIVT第70頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間力力控制在這種情況下，不僅需要控制執(zhí)行元件的最大壓力，而且還需控制施加或消除壓力的速率。HBIVT第71頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間力力控制實際上，機器工作循環(huán)由一系列斜坡和保持周期組成，這些周期都可以通過比例閥來實現。HBIVT第72頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四時間力力控制在機器工作循環(huán)末段，對許多過程來說，壓力下降速率也是非常關鍵的。HBIVT第73頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四力控制因此，采用比例閥可以實現運動和力控制，且在有些場合，同一種比例閥既可用于運動控制，也可用于力控制。這通常涉及到“PQ”控制，如控制壓力(P)和流量(Q)。此外，所有這些控制功能都可通過將電信號輸入到比例閥上來實現，而比例閥具有與機器控制器相連接的簡單接口。HBIVT第74頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四電子控制HBIVT第75頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四閥輸入信號如前所述，輸入給比例電磁鐵的電流需要調節(jié)，而不是簡單的接通或關斷（像在電磁換向閥中一樣）。第76頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四閥輸入信號理論上，這可以通過光度調整類型元件（如可調電阻）來實現，但由于熱量產生和漂移等問題，實際上并不使用這種元件，除非對于最簡單的應用場合。HBIVT第77頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器通常，比例電磁鐵的線圈電流由功率放大器（電子放大器）來控制。功率放大器本身需要一個電源（一般為12或24VDC）和一個輸入信號。HBIVT第78頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器功率放大器輸出（電流）由輸入信號控制，當輸入信號為零時，輸出信號也為零。HBIVT第79頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器當輸入信號增大時，功率放大器的輸出信號也相應地增大。HBIVT第80頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器當輸入信號增大時，功率放大器的輸出信號也相應地增大。HBIVT第81頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器當輸入信號增大時，功率放大器的輸出信號也相應地增大。HBIVT第82頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器驅動比例電磁鐵的大電流（一般為2~3A）由電源提供，而來自輸入信號裝置的電流都是很小的（通常為幾個毫安），因此，輸入信號裝置可以為簡單的電位計。HBIVT第83頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC功率放大器在車載液壓系統(tǒng)中，輸入信號裝置可以采用操縱桿式電位計。HBIVT第84頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四24VDC

功率放大器可是，在許多應用場合中，輸入信號通常由機器控制器本身（如PLC–可編程序控制器）來產生，然后，輸入信號直接輸入給功率放大器，以產生相應的輸出。HBIVT第85頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四比例閥類型HBIVT第86頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥為了滿足不同應用場合的要求，可使用不同類型的比例閥，這些比例閥具有不同的性能。在最簡單的比例方向閥類型中，電磁力與彈簧力相平衡，以對閥芯進行定位。HBIVT第87頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥功率放大器的輸入信號可產生相應的輸出電流，以輸出給比例電磁鐵。這個電流信號在閥芯上產生一個電磁力，從而使閥芯移動，直至電磁力與彈簧力相平衡。

小輸入信號對應于較小的閥開口度。HBIVT第88頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥逐漸增加輸入信號會使閥開口度也變大，且允許較大流量流過...HBIVT第89頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥...直至達到閥的最大開口度，即通過最大流量。HBIVT第90頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥1)因此，對于任何輸入信號，閥芯定位都是通過電磁力與彈簧力相平衡來實現的。不過，其它形式的力實際上也作用在閥芯上。當流體流過比例閥時，通常產生液動力，這些液動力與彈簧力一起克服電磁力，從而使閥口開度變小。HBIVT第91頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四無反饋式比例閥1)因此，對于任何輸入信號，閥芯定位都是通過電磁力與彈簧力相平衡來實現的。不過，其它形式的力實際上也作用在閥芯上。當流體流過比例閥時，通常產生液動力，這些液動力與彈簧力一起克服電磁力，從而使閥口開度變小。2)所以，這種類型的比例閥具有一定的局限性，如允許通過的最大流量較小和其性能較低等。HBIVT第92頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四反饋式比例閥比例閥性能可通過嵌入閥芯位移傳感器來提高，這種傳感器將閥芯位移信號反饋給功率放大器，從而實現對閥芯更加精確地定位。HBIVT第93頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四反饋式比例閥增加輸入信號，以使閥口逐漸開啟。HBIVT第94頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四反饋式比例閥增加輸入信號，以使閥口逐漸開啟。HBIVT第95頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四反饋式比例閥與無反饋式比例閥一樣，反饋式比例閥中也將產生克服電磁力的液動力，該液動力試圖將閥口開度變小。不過，閥口開度變化現可通過閥芯位移傳感器感測，并從功率放大器輸出已增大的電流，即采用已增大的電磁力來補償液動力。HBIVT第96頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四反饋式比例閥1)隨著閥口壓降和流量的不斷增大，液動力最終將克服電磁力，并使閥口開度減小，不過，這種情況發(fā)生時閥口流量要比無反饋式比例閥大得多。因此，對于給定規(guī)格的比例閥，反饋式的通流能力要比無反饋式強，且閥芯定位精度更高（流量控制更精確）。2)但反饋式比例閥的制造成本要比無反饋式比例閥高許多，且其需要專用功率放大器來控制。HBIVT第97頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四高性能比例閥這里需要高性能比例閥（例如用于閉環(huán)位置或壓力控制），即可采用另一種反饋式比例閥。在這種比例閥中，閥芯與閥套研配，閥芯由單比例電磁鐵驅動，閥芯工作邊為半邊，當單比例電磁鐵通電時，即獲得相應工作位置。HBIVT第98頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四高性能比例閥通過增加電磁力（電流）可使閥芯一個工作邊打開。HBIVT第99頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四高性能比例閥通過減小電磁力可使閥芯另一個工作邊打開。HBIVT第100頁，共111頁，2023年，2月20日，星期四高性能比例閥這種類型結構可使比例閥動作更快，性能更好，但也是以犧牲制造成本為代價。因此，在實際應用中，應根據要求