比例阀溢流阀详细介绍

直动式比例溢流阀

直动式比例溢流阀的工作原理及结构见图3-2,。这是一种带位置电反馈的双弹簧结构的直动式溢流阀。它于手调式直动溢流阀的功能完全一样。其主要区别是用比例电磁铁取代了手动弹簧力调节组件。

如图3-2a所示，它主要包括阀体6，带位置传感器1、比例电磁铁2、阀座7、阀芯5及调压弹簧4等主要零件。当电信号输入时，电磁铁产生相应的电磁力，通过弹簧座3加在调压弹簧4和阀芯上，并对弹簧预压缩。此预压缩量决定了溢流压力。而压缩量正比输入电信号，所以溢流压力也正比于输入电信号，实现对压力的比例控制。

弹簧座德实际位置由差动变压器式位移传感器1检测，实际值被反馈到输入端与输入值进行比较，当出现误差就由电控制器产生信号加以纠正。由图3-2b所示的结构框图可见，利用这种原理，可排除电磁铁摩擦的影响，从而较少迟滞和提高重复精度等因素会影响调压精度。显然这是一种属于间接检测的反馈方式。

a

b

图3-2 带位置电反馈的直动式溢流阀

a）工作原理及结构b）结构框图

1—位移传感器2—比例电磁铁3—弹簧座4—调压弹簧

5—阀芯6—阀体7—阀座8—调零螺钉

普通溢流阀可以靠不同刚度的调压弹簧来改变压力等级，而比例溢流阀却不能。由于比例电磁铁的推力是一定的，所以不同的等级要靠改变阀座的孔径来获得。这就使得不同压力等级时，其允许的最大溢流量也不相同。根据压力等级不同，最大过流量为2～10L/min。阀的最大设定压力就是阀的额定工作压力，而设定最低压力与溢流量有关。这种直动式的溢流阀除在小流量场合下单独作用，作为调节元件外，更多的是作为先导式溢流阀或减压阀的先导阀用。另外，位于阀底部德调节螺钉8，可在一定范围内，调节溢流阀的工作零位。先导式比例溢流阀

1.结构及工作原理

图3-3所示为一种先导式比例溢流阀的结构图。它的上部位先导级6，是一个直动式比例溢流阀。下部为主阀级11，中部带有一个

手调限压阀10，用于防止系统过载。

当比例电磁铁9通有输入信号电流时，它施加一个直接作用在先导阀芯8上。先导压力油从内部先导油口（取下螺堵13）或从外部先导油口X处进入，经流道口和节流3后分成两股，一股经节流孔5作用在先导阀芯7上，另一股经节流孔4作用在阀芯撒谎女上部。只要A油口压的压力不足以使导阀打开，主阀芯的上下腔的压力就保持相等，从而主阀芯保持关闭状态。这是因为主阀芯上下有效面积相等，从而主阀芯保持关闭状态。这是因为主阀芯上下有效面积相等，而上面有一个软弹簧向下施加一个力，使阀芯关闭。

当主阀芯是锥阀，它既小又轻，要求的行程也很小，所以这种阀

的响应很快。阀套上有三个径向分布的油孔，当阀开启时使油流分散流走，大大减少噪声。节流孔4起动态压力发亏作用，提高阀芯的稳定性。

图3-3 先导式比例溢流阀

1—先导油流道2—主阀弹簧 3.、4、5—节流口6—先导阀

7—外泄口8—先导阀芯9—比例电磁铁10—安全阀

11—主阀级12—主阀芯13—内部先导油口螺堵

A—进油口B—出油口X—外部先导油口Y—外部先导卸油口与传统的先导式溢流阀不同，比例溢流阀的压力等级的获得是靠改变先导阀的阀座孔径来实现的。这点与比例直动式溢流阀完全相同。较大的阀座孔径对应着较低的压力等级。小阀座孔径可获得较高的额定值。阀座的孔径通常由制造厂根据阀座的压力等级在制造时已经确定。

图3-4 先导式比例溢流阀原理框架图

从图3-4所示的原理框架图可以看出。阀座孔的面积A用来检测

主阀芯上腔的压力P，当PA的积大于电磁力F m时，导阀开启，进而主阀开启，间接控制主压力P A.,显然P x属于中间变量,这种溢流阀的检测方式属于间接检测方式。从图中可见，主阀在小闭环之外，主阀中的各种干扰量，例如摩擦。液动力等的都会影响都得不到抑制，比例电磁铁也在闭环之外。所以其压力偏差和超调量都较大，常达15%以上。改进办法可以采用直接检测方式。

2.比例溢流阀的主要性能参数

1）静态特性

图3-5 溢流阀的静态特性曲线

a）设定压力与输入电流的关系曲线b)最低设定压力与

流量关系曲线c）压差—流量特性

比例溢流阀的静态特性主要由三条特性曲线来表示，见图3-5.一条为设定压力P A与输入电流I之间的关系曲线，称为控制特性曲线，还有一条是溢流阀的前后压差与流量的关系曲线。从此图中可以确定溢流阀的主要性能参数；最高，最低设定压力、滞环、线性度以及稳态调压偏差等压力特性。这些性能数据时设计的重要依据。

2）动态特性

比例溢流阀的动态特性一般用阶跃响应和频率响应曲线来表示（图3-6）。从阶跃响应曲线可以找到滞后时间τ，响应时间t s及超调量σ（见图3-6a）。频率特性曲线可以找出最高工作频率或频宽。

a b

图3-6 比例溢流阀的动态特性曲线

a）单位阶跃响应曲线b）频率响应曲线

3.3.2定差减压型比例调速阀

在比例节流阀中，受控量只是节流口的面积。但经节流口的流量还与节流口的前后压差有关，为了补偿由于负载而引起的流量偏差，

需要利用压力补偿控制原理来保持节流口前后压差恒定，从而实现对流量的单参数控制。

将直动式比例节流阀与具有压力补偿功能的定差减压阀组合在一起，就构成了直动式比例调速阀。因为它是在传统的调速阀。因为它是在传统的调速阀的基础加上比例电磁铁构成，又称传统型的比例调速阀，或因它只有两个主油口，又称为二通比例调速阀。

在图3-15中，压力补偿的减压阀位于主节流口的上游，且与主节流口串联。它由一个软弹簧保持在开启位置上。比例节流阀无输入信号时，也由一个软弹簧保持关闭。当比例电磁铁接收到输入信号后，产生电磁力直接作用子啊阀芯上，使阀芯向下压缩弹簧，打开阀口使液流从A口流向B口。阀的开度与控制电流对应，必要时可以加上一个位移传感器，提供位置反馈，可使开度控制更为准确。

压力补偿的获得是靠把节流口的前后压差反馈到减压阀芯的两端，经减压阀的调节作用，近似使节流口前后压差ΔP保持恒定，从图中可以看出

ΔP=P A-P B=F S/A

式中F S —弹簧预压缩力；

A—减压阀芯截面积。

二通比例调速阀中，常常内置几个单向阀，使适应反向自由流动的需要，使流量从B流向A油口。图3-16所示这种二通比例调速阀的结构图。行程限制器的作用是限制减压阀的最大开口量h（见图3-15）。节流口的位置由输入信号给定位置偏差由传感器检测，而偏差通过电

控器来纠正，节流口7的压降由压力补偿阀来保持恒定。

图3-15 比例调速阀工作原理简图

1—定差减压阀2—比例节流阀3—单向阀

这种比例调速阀的缺点是当节流口部分打开时有较大的起动流量超调。这是因为起动前，在弹簧力的作用下减压口处于最大开度。当加上阶跃信号时，减压阀来不及做出反应，由于没有减压损失，使P1=P2 ,供油压全部加在节流口上，使通过的流量有很大的超调，导致前冲现象。克服的方法有限制减压阀的最大开启量；避免节流口的部分打开，或者利用液压的方法将压力补偿器锁定都能有效地克服起动时的跳动现象。

图3-17 带液压锁定的比例调速阀

a）液压连接图b）结构原理图

1—螺塞2—压力补偿阀芯3—阀体4—控制节流口

5—位置型比例电磁铁6—单向阀7—阻尼孔8—换向阀图3-17所示为一种压力补偿器与主节流阀直线布置的结构。该结构的优点是可以通过液压的方法，在起动前锁定压力补偿阀芯，避免起动冲击。该阀主要包括阀体3，控制节流口4，比例电磁铁5，单向阀6及压力补偿阀2。要求流量由电位器设定。为了减小在节流口4部分打开时的起动冲击，采取了起动前把补偿阀芯4锁定的措施。

油口A和压力补偿器4之间的内部通路用螺塞1堵死，把压力油经P

口和阻尼孔7引入补偿器。换向阀8的上油压力油进入补偿器后克服弹簧力，把它锁死在关闭的位置上。当换向阀8从P切换到向B 油口供油时，压力补偿阀芯从关闭位置移到调节位置。这样使供压油逐渐加在控制节流口上，避免了起动时的流量超调和前冲现象。图3-17a是这种阀的油路连接图。

在输入电流值为零或当位移传感器断线，控制节流口关闭。节流口可按比例放大器的斜坡逐渐开大或关闭。