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1、,基本系统,1) 考虑一个简单的液压系统，其由油箱（A）、电动机（ B ）、液压泵（ C ）、溢流阀（ D ）、过滤器（ E ）、流量控制阀（ F ）、电磁换向阀（ G ）和液压缸（ H ）组成。,2) 通过流量控制阀(其可确定液压缸运动速度大小)和电磁换向阀(其可确定液压缸向何方向运动)来控制液压缸运动。,A,B,C,D,E,F,H,G,HBIVT,基本系统,当电磁换向阀通电时，液压缸活塞杆以一定速度伸出或回缩，该速度大小可通过流量控制阀确定，因此，电磁换向阀本身并不控制液压缸活塞运动速度。,HBIVT,基本系统,三位电磁换向阀可以完成下列功能：- 液压缸活塞杆伸出,HBIVT,基本系统,三
2、位电磁换向阀可以完成下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩,HBIVT,基本系统,三位电磁换向阀可以完成下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩 - 停止液压缸,HBIVT,因此，电磁换向阀的作用就像电气回路中的开关一样。 在一个位置上，关闭灯.,HBIVT,. 而在另一个位置上，接通灯，但并没有中间位置。,HBIVT,不过，另一种类型的开关可以用于控制灯泡亮度，该开关被称之为光度调整开关。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之
3、间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之间的任意位置上切换触点。,HBIVT,在这种情况下，为了改变灯泡亮度，可以在全关闭位置和全打开位置之
4、间的任意位置上切换触点。,HBIVT,基本系统,2) 阀芯移动并不是仅限于三个位置，而是在行程范围内可以无级调节。偏离中位的阀芯移动方向将决定液压缸运动方式，其大小可以控制液压缸活塞运动速度。,1) 比例方向阀可被认为是电开关中的光度调整开关。,HBIVT,基本系统,所以，实际上，比例方向阀既可以作为换向阀，也可以作为流量控制阀。,HBIVT,切换电磁换向阀,电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。,HBIVT,切换电磁换向阀,电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。,HBIVT,切换电
5、磁换向阀,电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其可以通过电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。,HBIVT,比例阀,不过，比例方向阀可以通过类似于光度调整开关的电气装置来控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流
6、，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例阀,通过改变线圈电流，可以改变阀芯位移大小，从而实现了比例阀出口流量的控制。,HBIVT,比例电磁铁,所以，与电磁换向阀不同，比例阀线圈电流可调，并不仅是接通或关断。 然而，在结构上，比例电磁铁与开关式电磁铁相类似。 比例电磁铁由下列部分组成： - 线圈 (A) - 磁轭 (B) - 衔铁 (C) - 磁极片(D) - 推杆 (E) 衔铁密闭在导磁套（ F ）中，比例电磁铁通常采用塑料树脂材料(G)封装。,A,B,C,D,F,G,E,HBIVT,比例电磁铁,当在线圈上施加电压时，将有电流流过线圈。,HBIVT,比例电磁铁
7、,1) 同样，电流产生磁场，该磁场集中在金属导磁套、磁极片和衔铁中。,2) 然而，在磁极片与衔铁之间的磁回路中存在间隙，所以，就会产生电磁力，该电磁力将闭合这个间隙，从而使磁路导通。,HBIVT,比例电磁铁,1) 推杆将比例电磁铁与比例阀阀芯连接起来，其通常推动阀芯向挤压弹簧方向移动。,2) 电磁力大小由磁场强度决定，而磁场强度与线圈电流成正比。,HBIVT,比例电磁铁,增加线圈电流将使电磁力增大，因此，阀芯移动距离也增大。,HBIVT,比例电磁铁,增加线圈电流将使电磁力增大，因此，阀芯移动距离也增大。,HBIVT,比例电磁铁,增加线圈电流将使电磁力增大，因此，阀芯移动距离也增大。,HBIVT
8、,比例电磁铁,在设计比例电磁铁时，应使电磁力(F)与线圈电流(I)之间成线性关系，即电磁力仅取决于线圈电流。,HBIVT,电磁换向阀,进一步讲，电磁换向阀与比例阀之间的不同就在于阀芯结构上。,HBIVT,电磁换向阀,1) 对于电磁换向阀，当通电时，阀芯结构应使其压降最小。,2) 这意味着为了控制小流量，所需阀开口度将会是很小。小开口度是很难控制的。,HBIVT,S,S,Q,比例阀,1) 然而，比例阀阀芯在刃口上开有V型槽，这样可使比例阀开口具有较宽的变化区间。,HBIVT,S,S,Q,比例阀,1) 然而，比例阀阀芯在刃口上开有V型槽，这样可使比例阀开口具有较宽的变化区间。,2) 所以，与电磁换
9、向阀相比，尽管比例阀的最大流量较低，但是，其更容易实现小流量控制，即比例阀开口是逐渐变化的。,HBIVT,S,S,Q,比例阀,根据将控制的最大流量，可配装不同的阀芯，即这些阀芯具有不同的形状、大小或V型槽数。,HBIVT,直动式比例溢流阀,1) 比例阀也可用于控制压力，在这种情况下，比例电磁铁用来推动阀芯动作，即通过弹簧将锥阀芯压在阀座上。电磁力越大，所需将溢流口打开的压力就越大。,HBIVT,直动式比例溢流阀,2) 这里描述了直动式溢流阀功能，直动式溢流阀只允许通过较小的流量。,1) 比例阀也可用于控制压力，在这种情况下，比例电磁铁用来推动阀芯动作，即通过弹簧将锥阀芯压在阀座上。电磁力越大，
10、所需将溢流口打开的压力就越大。,HBIVT,先导式比例溢流阀,为了控制较高的流量，直动式比例溢流阀可以作为先导式溢流阀的先导级（或减压阀）。,HBIVT,先导式比例溢流阀,为了控制较高的流量，直动式比例溢流阀可以作为先导式溢流阀的先导级（或减压阀）。,HBIVT,比例系统的优点,HBIVT,远程控制 开关系统,在开关系统中，为了调节液压缸活塞运动速度，应将流量控制阀安装在合适位置处，这表明工作油管与操作台相连接。,HBIVT,远程控制 - 比例系统,不过，在比例系统中，比例阀通过电信号控制，即仅采用小功率电缆就可将操作台与比例阀连接起来。,HBIVT,PLC 远程控制 比例系统,当今机器控制通
11、常采用电子控制器来实现，而比例阀在液压系统与电子控制器之间可提供一个简单接口。,HBIVT,比例压力控制,在一台机器中，若使用比例方向阀和比例压力阀，则表明这台机器的液压功能（运动和作用力）可由电信号控制。,HBIVT,电磁换向阀的响应时间,比例阀的最大优势就在于其电控能力，即通过电信号可无级控制其阀芯运动速度。,HBIVT,0.015,S,电磁换向阀的响应时间,根据电磁换向阀的通径大小和电源电压，其通电响应时间约为15ms。,HBIVT,0.040,S,电磁换向阀的响应时间,由于复位弹簧力比电磁力低，所以，电磁换向阀的断电响应时间稍微长一些（一般约为25ms）。,HBIVT,S,比例阀的响应
12、时间,不过，比例阀阀芯的运动速度可由输入给比例电磁铁的电信号确定。通过渐增或渐降（称之为斜坡）电信号，可以获得几秒钟的通电和断电响应时间。,HBIVT,1.000,S,比例阀的响应时间,不过，比例阀阀芯的运动速度可由输入给比例电磁铁的电信号确定。通过渐增或渐降（称之为斜坡）电信号，可以获得几秒钟的通电和断电响应时间。,HBIVT,2.000,S,比例阀的响应时间,不过，比例阀阀芯的运动速度可由输入给比例电磁铁的电信号确定。通过渐增或渐降（称之为斜坡）电信号，可以获得几秒钟的通电和断电响应时间。,HBIVT,3.000,S,比例阀的响应时间,不过，比例阀阀芯的运动速度可由输入给比例电磁铁的电信号
13、确定。通过渐增或渐降（称之为斜坡）电信号，可以获得几秒钟的通电和断电响应时间。,HBIVT,电梯举例 开关系统,阀芯运动速度可控是非常有用的，这主要是因为其可以降低系统中的冲击，即通过控制执行元件的加速度和减加速度来达到此目的。假设以宾馆中电梯为例，其采用开关式液压系统。,HBIVT,电梯举例 开关系统,当电磁换向阀通电使电梯下降时，阀芯运动很快，这表明液压缸活塞很快加速到其最大速度（最大速度通过设定流量控制阀F来确定）。电梯的这种突然启动会使乘客感到非常不舒服。,F,HBIVT,电梯举例 开关系统,同样，当电梯到达目的地时，因电磁换向阀的很快关闭，也会使电梯突然停止，从而再次使乘客感到不舒服
14、。在实际液压系统中，由执行元件的突然启停而产生的冲击还会造成压力尖峰，这也是容易引起系统泄漏的情况之一。,HBIVT,电梯举例 比例系统,如果采用比例阀来替代电磁换向阀和流量控制阀，那么，电梯速度不仅可由电信号调节，而且还可以控制电梯的启停。,HBIVT,电梯举例 比例系统,比例阀可以非常缓慢地开启，以使电梯平滑加速至最大速度。,HBIVT,电梯举例 比例系统,同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也可以控制减加速度。,HBIVT,时间,距离,运动控制,因此，比例阀通常能够完成下列几方面的全运动控制：,HBIVT,时间,加速度,距离,运动控制,1. 平滑控制执行元件的加速度，直至最大速度。,HBIV
15、T,时间,加速度,速度,距离,运动控制,2. 控制执行元件速度，若有必要，对于变负载，应保持其恒定。,HBIVT,时间,加速度,减速度,速度,距离,运动控制,3. 平滑减加速度，并使压力峰值最小。,HBIVT,时间,位置,加速度,减速度,速度,距离,运动控制,4. 通过采用合适的感测元件，比例阀还可以较高精度控制执行元件定位。,HBIVT,时间,力,力控制,比例阀也可以通过控制施加于执行元件中的压力来控制执行元件的输出力（例如在压机或注塑机中）。,HBIVT,时间,力,力控制,在这种情况下，不仅需要控制执行元件的最大压力，而且还需控制施加或消除压力的速率。,HBIVT,时间,力,力控制,实际上
16、，机器工作循环由一系列斜坡和保持周期组成，这些周期都可以通过比例阀来实现。,HBIVT,时间,力,力控制,在机器工作循环末段，对许多过程来说，压力下降速率也是非常关键的。,HBIVT,力控制,因此，采用比例阀可以实现运动和力控制，且在有些场合，同一种比例阀既可用于运动控制，也可用于力控制。这通常涉及到“PQ”控制，如控制压力(P)和流量(Q) 。 此外，所有这些控制功能都可通过将电信号输入到比例阀上来实现，而比例阀具有与机器控制器相连接的简单接口。,HBIVT,电子控制,HBIVT,阀输入信号,如前所述，输入给比例电磁铁的电流需要调节，而不是简单的接通或关断（像在电磁换向阀中一样）。,阀输入信
17、号,理论上，这可以通过光度调整类型元件（如可调电阻）来实现，但由于热量产生和漂移等问题，实际上并不使用这种元件，除非对于最简单的应用场合。,HBIVT,功率放大器,通常，比例电磁铁的线圈电流由功率放大器（电子放大器）来控制。功率放大器本身需要一个电源（一般为12 或 24 VDC ）和一个输入信号。,HBIVT,功率放大器,功率放大器输出（电流）由输入信号控制，当输入信号为零时，输出信号也为零。,HBIVT,功率放大器,当输入信号增大时，功率放大器的输出信号也相应地增大。,HBIVT,功率放大器,当输入信号增大时，功率放大器的输出信号也相应地增大。,HBIVT,功率放大器,当输入信号增大时，功
18、率放大器的输出信号也相应地增大。,HBIVT,功率放大器,驱动比例电磁铁的大电流（一般为2 3A）由电源提供，而来自输入信号装置的电流都是很小的（通常为几个毫安），因此，输入信号装置可以为简单的电位计。,HBIVT,功率放大器,在车载液压系统中，输入信号装置可以采用操纵杆式电位计。,HBIVT,功率放大器,可是，在许多应用场合中，输入信号通常由机器控制器本身（如PLC 可编程序控制器）来产生，然后，输入信号直接输入给功率放大器，以产生相应的输出。,HBIVT,比例阀类型,HBIVT,无反馈式比例阀,为了满足不同应用场合的要求，可使用不同类型的比例阀，这些比例阀具有不同的性能。在最简单的比例方向
19、阀类型中，电磁力与弹簧力相平衡，以对阀芯进行定位。,HBIVT,无反馈式比例阀,功率放大器的输入信号可产生相应的输出电流，以输出给比例电磁铁。这个电流信号在阀芯上产生一个电磁力，从而使阀芯移动，直至电磁力与弹簧力相平衡。 小输入信号对应于较小的阀开口度。,HBIVT,无反馈式比例阀,逐渐增加输入信号会使阀开口度也变大，且允许较大流量流过.,HBIVT,无反馈式比例阀,. 直至达到阀的最大开口度，即通过最大流量。,HBIVT,无反馈式比例阀,1) 因此，对于任何输入信号，阀芯定位都是通过电磁力与弹簧力相平衡来实现的。不过，其它形式的力实际上也作用在阀芯上。当流体流过比例阀时，通常产生液动力，这些
20、液动力与弹簧力一起克服电磁力，从而使阀口开度变小。,HBIVT,无反馈式比例阀,1) 因此，对于任何输入信号，阀芯定位都是通过电磁力与弹簧力相平衡来实现的。不过，其它形式的力实际上也作用在阀芯上。当流体流过比例阀时，通常产生液动力，这些液动力与弹簧力一起克服电磁力，从而使阀口开度变小。,2) 所以，这种类型的比例阀具有一定的局限性，如允许通过的最大流量较小和其性能较低等。,HBIVT,反馈式比例阀,比例阀性能可通过嵌入阀芯位移传感器来提高，这种传感器将阀芯位移信号反馈给功率放大器，从而实现对阀芯更加精确地定位。,HBIVT,反馈式比例阀,增加输入信号，以使阀口逐渐开启。,HBIVT,反馈式比例
21、阀,增加输入信号，以使阀口逐渐开启。,HBIVT,反馈式比例阀,与无反馈式比例阀一样，反馈式比例阀中也将产生克服电磁力的液动力，该液动力试图将阀口开度变小。不过，阀口开度变化现可通过阀芯位移传感器感测，并从功率放大器输出已增大的电流，即采用已增大的电磁力来补偿液动力。,HBIVT,反馈式比例阀,1) 随着阀口压降和流量的不断增大，液动力最终将克服电磁力，并使阀口开度减小，不过，这种情况发生时阀口流量要比无反馈式比例阀大得多。因此，对于给定规格的比例阀，反馈式的通流能力要比无反馈式强，且阀芯定位精度更高（流量控制更精确）。,2) 但反馈式比例阀的制造成本要比无反馈式比例阀高许多，且其需要专用功率
22、放大器来控制。,HBIVT,高性能比例阀,这里需要高性能比例阀（例如用于闭环位置或压力控制），即可采用另一种反馈式比例阀。 在这种比例阀中，阀芯与阀套研配，阀芯由单比例电磁铁驱动，阀芯工作边为半边，当单比例电磁铁通电时，即获得相应工作位置。,HBIVT,高性能比例阀,通过增加电磁力（电流）可使阀芯一个工作边打开。,HBIVT,高性能比例阀,通过减小电磁力可使阀芯另一个工作边打开。,HBIVT,高性能比例阀,这种类型结构可使比例阀动作更快，性能更好，但也是以牺牲制造成本为代价。 因此，在实际应用中，应根据要求选择最合适的比例阀形式。,HBIVT,先导式比例阀,当需要控制较大流量时，采用先导式比例
23、阀是最佳解决方案（而不是采用大规格和大比例电磁铁）。 与直动式比例阀一样，先导式比例阀与电磁换向阀也有许多相似之处，但也有相当大的差别。,HBIVT,先导式比例阀,首先，主阀芯上带有V形槽，这可以实现阀口开度的无级调节。,HBIVT,先导式比例阀,其次，因先导级作用可使比例电磁铁中电流变化，从而产生主阀两控制腔中的压力变化。先导级可像两个比例压力阀一样工作。,HBIVT,先导式比例阀,第三，主阀芯弹簧采用一个弹簧，这表明无论主阀芯哪一个工作边工作, 都压缩同一个弹簧，因此，这种结构并不需要精确匹配两个弹簧。,HBIVT,先导式比例阀（无反馈）,最后，减压装置有时安装在先导级与主阀之间，这样，当
24、系统压力较高时（通常大于200 bar ），可使先导压力减小。,HBIVT,先导式比例阀（无反馈）,先导级中的一个比例电磁铁通电，就会在主阀相应控制腔中产生与电流成比例的压力，该压力推动主阀芯运动，直至作用在主阀芯上的液压力与弹簧力相平衡。,HBIVT,先导式比例阀（无反馈）,另一个比例电磁铁通电，主阀芯向相反方向运动，但弹簧仍然处于压缩状态。,HBIVT,先导式比例阀（单反馈）,当需要提高比例阀性能时，应在主阀芯上安装位移传感器，并使用单比例电磁铁的先导式比例阀。不过，与前述一样，这也将增加比例阀制造成本，并需要专用功率放大器。,HBIVT,先导式比例阀（双反馈）,对于大多数应用场合，阀芯位移传感器既可以安装在主阀芯上，也可以安装在先导阀芯上，以使比例阀具有更高的动态性能。 因此，与直动式比例阀一样，先导式比例阀也具有三种性能等级，以满足不同应用场合需求。,HBIVT,基本原理,机电工程系机电教研室,河北工业职业技术学院,HBIVT,