比例流量阀

1、电液比例流量控制阀
1.1 分类与应用
图1.1 电液比例流量阀分类简图
1.2 节流与调速
qα
=
Δ≠常数，调节A后，q还受负载变化的影响；
节流阀——p
Δ=常数，调节A后，q不受负载变化的影响；
调速阀——p
1.3 节流阀的控制特性
在比例节流阀中，阀芯位移是输入电信号的单调函数，如图1.2。

图1.2 稳态控制特性I-x
所示为阀口形状为三角形、矩形及双矩形的比例节流阀，在阀口工作压差为三种不同恒定值时，其输出流量与输入电信号的关系曲线簇。

图1.3 流量稳态控制特性
1.4 节流阀的功率域
所示为比例节流阀的功率域示意图。

在使用比例节流阀时，要尽量避免超越阀的功率域。

否则，比例节流闽的阀芯位移将会出现如图所示的饱和现象，从而使阀丧失比例控制特性。

特别是不带位移传感器的单级比例节流闽，在较大压差作用下，这种直控阀的流量大到功率界限时，稳态液动力会自动将阀口关小，通过阀口的流量不会随着压差的增加而增加，存在着一种“自然”的功率域现象。

图1.4 比例节流阀的功率域示意图
图1.5 超过功率域工况的稳态控制特性曲线
1.5直动式比流节流阀
参见BOSCH教程P24-25
用比例电磁铁直接驱动阀芯，与弹簧力平衡定位，特点：
1、简单，工作可靠，可附加手动，一般能做到NG6，NG10；
2、阀口开度受液动力、摩擦力影响，精度不高；
3、最大流量NG6（35l/min），NG10（80l/min）；
4、由于比例电磁铁输出力有限，存在着功率域；
5、注意P24倍流量工况，此时更要注意功率域限制
1.5先导式比流节流阀
参见力士乐插装式比例节流阀样本
1、原理特点：大流量电液比例阀以比例阀或伺服阀作为先导级，以插装阀作为主级，具有流量大、响应快、耐高压和使用寿命长等优点。

它能连续、成比例地调节受控腔的压力或流量等，主要应用在铸造机械、压铸机、注塑机、吹塑机、陶瓷机械、高速冲床、钢厂等。

2、应用要求，不同的应用场合对阀的性能要求也有所侧重，如：
快锻压机上使用的大流量电液比例阀不仅响应速度快，而且具有控制精度和重复精度高的特点；
模锻压机上用于控制主缸速度、快慢速切换的大流量比例阀，则对响应速度和控制精度要求不太高，只需成比例可连续调节即可，但要求价格低廉；
压铸机上所使用的大流量比例阀对精度要求不高，但要求阀具有极快的响应速度和低廉的价格。

单一的通用型产品已经难以满足不同用户对大流量电液比例阀所提出的不同要求。

针对这一现状，浙大研发了三种不同的技术方案大流量电液比例阀：。

a、以伺服阀为先导级、主级位移-电反馈型的高档大流量电液比例阀
该阀采用比例阀服阀作为先导级，采用大通径的二通插装阀作为主级，通过LVDT位移传感器检测主级插芯的开口位移，并将之反馈回放大器，通过设计及调整放大器中的控制算法和参数，构成主级阀芯位移的电反馈闭环控制。

先导级采用比例伺服阀，其阀体上为零开口四边滑阀结构，满足匹配与对称的特性，属于典型的伺服阀阀体；电机械转换器上采用高响应的比例电磁铁，另外配备一个阀芯位移传感器，先导阀部分便可构成阀芯的位置闭环，具有相当高的静态精度和动态特性。

先导级和主级均带有阀芯位移传感器，放大器上采用双闭环反馈的原理，实现主级阀芯位移的精确控制。

此阀具有精度高、动态响应快的优点，但价格较高，一般用在如快锻压机或其它对油缸控制要求较高的场合。

b、以比例阀为先导级、主级位移-电反馈型的中档大流量电液比例阀
该阀采用普通的比例换向阀作为先导级，与a中所介绍的方案相比，该先导级本身不带阀芯的位移传感器，成本大为降低，先导级采用开环控制，实现上较为简单。

主级同样采用大通径的二通插装阀，通过LVDT位移传感器检测主级插芯的开口位移，并将之反馈回放大器，构成主级阀芯位移的电反馈闭环控制。

由于先导级属于比例阀的结构，存在着一定的零位死区，而且先导级采用开环控制，因此其静态和动态特性都比方案a中的比例伺服阀差。

主阀芯上带有位移传感器，构成位移-电反馈形式，因此通过控制方式上的优化，该阀将具备较为平衡的动静态特性。

该阀适用于则对响应速度和控制精度要求不太高，价格相对较低的场合。

c、以比例阀为先导级、主级位移-力反馈型的低档大流量电液比例阀
本方案采用三级放大结构，先导级采用普通的比例换向阀，放大级采用伺服活塞，主级采用插装阀。

先导级和放大级之间采用位移—力反馈控制，主级与放大级之间采用快速随动控制。

位移—力反馈型的伺服活塞位移经反馈弹簧提供反馈力，作用到先导阀芯上与比例电磁铁的电磁力相平衡，使先导阀芯稳定在某一平衡位置上，从而使输出的伺服活塞位移与输入的控制电信号成比例。

在主阀芯的设计上，采用直接由伺服活塞杆推动的方案，巧妙地在主级上应用一个B型液压半桥来控制主阀芯，在先导液桥选取合适的参数后能达到较快的响应速度。

由于先导阀和主阀上都不需要安装位移传感器，因此该阀结构简单可靠，成本低廉，但其控制精度受放大器和比例电磁铁的非线性以及摩擦力、液动力等影响会差一些，可通过在比例控制放大器中加入适当频率和幅值的颤振信号，以达到相对满意的精度。

该阀适用于要求阀具有快速响应性，较低的成本，而对控制精度高求不高的场合。

1.5 二通调速阀
1.5.1 传统二通调速阀
参见力士乐直动式比例流量阀RE29188，及先导式比例流量阀RE29190样本
1、压力补偿的含义
2、控制特性与负载特性
3、传统二通调速阀存在的问题：
a、负载特性差；
b、很大的启动流量超调；
c、为使补偿特性好，体积较大；
d、动态响应上不去。

1.5.2 流量位移力反馈电液比例调速阀
（用于大流量电液比例调速，现在大量采用电液比例泵来进行大流量调节，或者是电液比例泵实现大流量粗调+小流量高响应的电液控制阀进行流量精调）
a)基本构成与先导B型半桥
b)流量位移力反馈原理
c)级间动压反馈
d)插装式结构
e)多种输入方式
f)变增益
g)电反馈
h)进油调速旁路调速
i)大流量调速阀——3级
1.5.3 试验油路及ISO有关规定
快速切断阀操作时间不超过所测响应时间的10%，且最大值不超过10mS;被试阀与负载之间的油液容积应尽可能小，以保证由于油的压缩性造成的压力梯
度用公式V
E
V dt dp ⋅Λ=
计算所得的，至少是所测梯度的10倍。

1.6 三通调速阀
1.6.1 传统三通调速阀
Q X W
P =⋅⋅αρ
2
Δ
式中△P 为阀的压差,与节流阀的压差相一致 1.6.2 改进三通调速阀
1、负载适应控制与限压先导阀--负载敏感,负载适应,功率适应
2、Q+P 控制
♣当系统压力没有达到定差溢流阀先导阀调定的安全压力时，先导阀不打开，系统实现负载压力适应，溢流阀主阀起定差溢流阀作用（保持节流阀两端压差为常数），系统的多余流量以当时的系统压力（而不是先导阀限定的高压） 从打开的溢流阀阀口排回油箱；
♣只有当系统压力达到先导阀调定压力，先导阀与主阀心配合，起到一般溢流阀的作用，此时，不再起定差溢流阀作用。

专用流量阀：
A、单路稳流阀，P182原理图
B、优先阀（工程机械保证为转向控制优先提供动力油），P183原理图
C、PQ阀，P185，注意流量、压力控制时调节方法，对应PQ泵进行学习
工程应用：
A、船用升降系统
B、5000T压机平行控制系统
习题：
1、下列几种电液比例调速系统的能量分析：
A、定量泵+溢流阀+负载进油路二通电液比例调速阀
B、定量泵+溢流阀+负载回油路二通电液比例调速阀
C、定量泵+安全阀+三通电液比例调速阀负载进油路二通电液比例调速阀
D、限压式变量泵+负载进油路二通电液比例调速阀
E、电液比例节流阀+流量-压力复合控制变量泵（BOSCH教程P136）
思考题：
1、BOSCH教程P136的液压系统中电液比例节流阀中A口与T口联通后，流量特性变化？
2、电液比例流量压力复合控制阀（也称PQ阀，吴教程P185），电液比例流量压力复合控制泵（也称PQ泵，BOSCH教程P136），两种系统特点？
3、PLASTICS 机控制系统：PQ阀、PQ泵、定量泵+变转速伺服电机。