液压伺服与比例控制系统 课件 5.3~5.4电液伺服阀和电液比例阀的典型结构和工作原理

电液比例阀及伺服比例阀电液伺服与比例控制系统电液比例阀一（一）比例电磁铁及其控制力调节型电磁铁1

力调节型电磁铁的基本特性是位移—力行程特性。在力调节型电磁铁中，衔铁行程没有明显变化时，改变电流，就可以调节其输出的电磁力。电液比例阀一（一）比例电磁铁及其控制力调节型电磁铁1a)比例电磁铁通过传力弹簧作用在阀芯上b)比例电磁铁直接作用在阀芯上电磁铁位移—力特性电磁铁控制特性电液比例阀一行程调节型电磁铁2

在行程调节型电比例磁铁中，衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。只要电磁铁在其允许的工作区域内工作，其衔铁位置就保持不变，而与所受反力无关。电液比例阀一行程调节型电磁铁2

Ⅰ)单个使用的行程控制型比例电磁铁Ⅱ)成对使用的行程控制比例电磁铁Ⅰ)Ⅱ)Ⅰ)Ⅱ)时域特性电液比例阀一（二）比例方向阀直动式比例方向阀1单级比例方向阀1—带安装底面的阀体

2—控制阀芯

3、4一弹簧

5、6—带中心螺纹的电磁铁7—三位阀转换为二位阀的丝堵稳态液动力对阀芯位移的影响示意图电液比例阀一（二）比例方向阀直动式比例方向阀1单级比例方向阀也称为直动式比例方向阀，图是最普通的单级比例方向阀的典型结构，该阀采用四边滑阀结构，按节流原理控制流量，比例电磁铁线阀可单独拆卸更换，可通过外部放大器或内置放大器控制，工作过程中只有一个比例电磁铁得电。电液比例阀一带位置调节型双比例电磁铁的单级比例方向阀典型结构1—安装底面的阀体2—控制阀芯3、4一弹簧5、6—带中心螺紋的比例电磁铁7—三位阀转换为二位阀的丝堵8一电感式位移传感器压力特性曲线位置调节型比例方向阀2电液比例阀一这种阀的位移传感器8检测阀芯2的位移，外部放大器或集成放大器与比例电磁铁和位移传感器组成位置闭环系统，可提高阀口开度的控制精度，而且这种位置闭环使得阀的抗干扰能力増强，快速性提高。位置调节型比例方向阀2电液比例阀一先导式比例方向阀3不带内部反馈闭环的先导减压型二级比例方向阀典型结构1—集成式比例放大器2、3—比例电磁铁4—减压型先导控制阀5—先导减压阀芯6—主阀芯7—对中弹簧8—主阀芯防转螺钉电液比例阀一阀压差为10bar时，公称流量为25l/min，流量控制特性。先导式比例方向阀特性曲线3电液比例阀一先导式比例方向阀3当用比例方向阀控制高压大流量液流吋，阀芯直径加大，作用在阀芯上的运动阻力进一步增加，而比例电磁铁提供的电磁驱动力有限。为获得足够的阀芯驱动力和降低过流阻力，可采用二级或多级结构的比例方向阀，先导级采用普通的单级比例方向阀的结构，用于向主级或功率级提供足够的驱动力。电液比例阀一（三）比例压力阀直动式比例溢流阀1带力控制型比例电磁铁的直动式比例溢流阀的典型结构1—比例电磁铁2—阀体3—锥阀芯4—阀座5—调节螺钉流量-压力特性曲线电液比例阀一（三）比例压力阀直动式比例溢流阀1直动式比例溢流阀属于单级控制比例压力阀。这种比例溢流阀用来限制系统压力或作为先导式压力阀的导阀，或作为比例泵的压力控制元件。锥阀芯的尾部有一段开有通油槽的导向圆柱。衔铁腔充满油液，实现了静压力平衡。电液比例阀一先导式比例溢流阀2带力控制型比例电磁铁的先导式比例溢流阀1—线圈2—锥阀3—泄油口4—先导阀座5—先导阀体6—控制腔阻尼孔7—固定节流孔8—控制通道9—主阀体10—主阀芯11—堵头12—主阀芯复位弾簧压力控制特性电液比例阀一先导式比例溢流阀2这种形式的比例溢流阀是在两级同心式手调溢流阀结构的基础上，将手调直动式溢流阀更换为带力控制型比例电磁铁的直动式比例溢流阀得到的。电液比例阀一带行程控制型比例电磁铁的先导式比例溢流阀1—衔铁2—比例电磁铁壳体3—传力弾簧4—锥阀芯5—复位弹簧6—节流孔7—主阀芯带行程控制的先导式比例溢流阀3电液比例阀一压力控制特性带行程控制的先导式比例溢流阀压力特性3电液比例阀一带行程控制的比例溢流阀工作原理图带行程控制的比例溢流阀的工作原理图3电液比例阀一弹簧的位移—力方程——弹簧受压缩后的输出力(N)——作用在阀芯上的指令力(N)——弹簧刚度(N/m)——比例电磁铁推杆的输出位

dfdfs移(m)——锥阀芯的位移，溢流开启

1231时不等于零(m)。电液比例阀一带行程控制的比例溢流阀工作原理图电液比例阀一锥阀芯上的力平衡方程——作用在阀芯锥面上的液压力(Pa)，也是溢流阀的稳态输出压力——阀芯锥面上液压力的作用面积(m2)——锥阀芯质量(kg)——锥阀的粘性阻尼系数——锥阀芯上的综合弹簧刚度(N/m)电液比例阀一先导式比例减压阀4主阀口常闭的先导式比例减压阀典型结构1、13—弹簧腔2、5—液阻3、12—对中弹簧4—先导流量稳定器6—工艺孔7—调节螺钉

8—先导阀体9—先导阀座10—控制油进油通11—控制油回油通道14—主阀芯压力控制特性电液比例阀一先导式比例减压阀4当A口由于负载增加，其压力超过先导阀的设定压力时，主阀芯进一步左移，打开A到T的阀口，将A口压力限定到设定值。同样，如果油液要反向流过负载口A时,其高压将使A→T口进一步开大，具有溢流阀的功能，负载腔油液由A→T流回油箱。电液比例阀一比例流量阀5（1）比例流量控制阀的原理

流量控制有容积控制和节流控制两种方式。容积控制又称泵控，节流控制又称阀控，完成流量控制的各种阀类统称流量控制阀。

电液比例阀一比例流量阀5（2）比例流量阀的分类按控制和反馈理论分：有比例节流阀和比例伺服阀。按信号和液流方向特点分：有单向比例流量阀和双向比例流量伺服阀。按控制的级数和流量规格分：有单级阀，二级阀，三级阀。电液比例阀一单级比例节流阀的典型结构1-衔铁2-对中弹簧3-弹簧座4-阀芯单级比例节流阀通常采用普通换向阀的阀体，其上有4个油口P、T、A、B。四通比例节流阀可按单倍流量和倍增流量工况使用。单级比例节流阀一a)阀口常闭b)阀口常开阀口常闭时控制特性阀口常开时控制特性单级比例节流阀控制特性电液比例阀一采用压差补偿原理的直动式比例流量阀1—位移传感器铁芯2—衔铁3—节流器

4—压力补偿器比例流量阀电液比例阀一压力—流量特性曲线比例流量阀特性曲线和原理图比例流量阀原理图电液比例阀一该阀是采用方向阀阀体结构的比例流量阀，该阀体内配置了2个阀芯：左侧是由比例电磁铁直接推动的节流阀阀芯，右侧为弹簧支撑的压力补偿器阀芯。节流阀阀芯中的轴向小孔连通阀芯两端，实现轴向静压平衡。电液比例阀电液比例阀及伺服比例阀电液伺服与比例控制系统吴晓明教授伺服比例阀二伺服比例阀对油液的清洁度要求低于电液伺服阀。它具有传统比例阀的特征，采用比例电磁铁作为电—机械转换器，性能与价格介于比例阀和伺服阀之间，它的控制性能已与普通电液伺服阀相当。单级伺服比例阀伺服比例阀按照放大器级数来分可分为：单级，二级，三级伺服比例阀单级伺服比例阀结构图1—阀芯复位弹簧2—弹簧座3—阀芯4—钢制阀套

5—铸造阀体6—比例电磁铁7—位移传感器8—比例放大器伺服比例阀二伺服比例阀二单级比例伺服阀控制特性单级伺服比例阀控制特性伺服比例阀二该阀采用大电流的单个位置调节型比例电磁铁，以提高前置級的控制精度(减少滞环，提高分辨率)。定义单级伺服比例阀额定流量的方法与伺服阀一样，是在单个阀口压差3.5MPa的条件下，以最大控制信号对应的流量作为额定流量。单级伺服比例阀伺服比例阀二二级伺服比例阀结构图1—先导级阀芯复位弹簧2—弹簧座3—先导级阀芯4—铜质阀套5—先导级阀体6—比例电磁铁7—先导级阀芯位移传感器8—主阀芯位移传感器9-主阀芯复位弹簧10—主阀芯11一比例放大器（内含双位置闭环）二级伺服比例阀伺服比例阀二控制特性曲线二级伺服比例阀控制特性曲线伺服比例阀二当先导级处于安全位时，主级阀芯可靠地处于中位。二级伺服比例阀包含有先导级和功率级的位置电反馈，功率级滑阀相当于先导级控制的对称液压缸，功率級阀芯上的位置传感器检测主阀芯位移。二级伺服比例阀伺服比例阀二三级伺服比例阀结构图1—力矩马达2—喷嘴3—二级阀阀芯4—喷嘴挡板阀5—第三级阀阀体6—主阀芯复位弾簧7—主阀芯

8—电感式位移传感器9—三级阀控制器10一喷嘴挡板控制腔三级伺服比例阀伺服比例阀二压力特性曲线三级伺服比例阀压力特性曲线伺服比例阀二它采种喷嘴挡板型伺服阀作为先导级，控制功率级主阀的运动。喷嘴挡板阀内含两级液压放大，其中，喷嘴2和挡板是第一级液压放大，喷嘴挡板阀中的滑阀3构成第二级液压放大，主阀芯7构成第三级液压放大，且采用比例阀阀芯+