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液压比例阀技术
液压比例阀技术人员服务部人员开发科
液压比例阀技术目第一章比例控制技术概述录1-71.1比例控制技术的含义---------------------------------11.2比例控制技术的应用---------------------------------21.3比例控制技术的特点及组成---------------------------5第二章比例电磁铁8-122.1比例电磁铁基本工作原理-----------------------------82.2比例电磁铁的类型-----------------------------------9第三章比例方向阀13-303.1直控式比例方向阀----------------------------------133.2先导式比例方向阀----------------------------------253.3温漂及其比例方向阀的特点--------------------------29第四章比例压力阀31-384.1直控式比例溢流阀----------------------------------314.2先导式比例溢流阀----------------------------------334.3先导控制式比例减压阀------------------------------35第五章比例流量阀39-48——I——
液压比例阀技术5.1压力补偿器串联在检测节流阀口之后的电液比例二通流量调节阀(NG6)---------------------395.2带外控关闭型压力补偿器的二通流量调节阀------------415.3二通比例节流阀(插装式)--------------------------435.4液压比例阀的安装使用维护--------------------------46第六章压力补偿器49-756.1进口压力补偿器------------------------------------506.2出口压力补偿器------------------------------------606.3减压型二通压力补偿器------------------------------656.4溢流型三通压力补偿器------------------------------696.5用二通插装阀的负载压力补偿------------------------72第七章比例阀用电控制器76-997.1概念说明及解释------------------------------------767.2比例阀用比例放大器--------------------------------85第八章比例系统油液的过滤100-1208.1液压油的污染-------------------------------------1008.2液压系统污染油的取样和检验-----------------------1058.3滤芯与滤油器-------------------------------------1098.4维护须知-----------------------------------------120——II——
液压比例阀技术第九章比例阀应用实例121-1419.1无线电控制矿用有轨空中缆车-----------------------1229.2转炉钢厂运输装置-转炉貯槽更换车------------------1249.3轧钢厂高位加料牵引机-----------------------------1279.4焊接自动线上的提升装置---------------------------1299.5链式传输机-运输液压缸----------------------------1319.6空间升降平台的控制-------------------------------1339.7造纸工业中的堆垛设备-----------------------------1349.8双功能压力机的操作车-----------------------------1359.9滑台单元-----------------------------------------1379.10戏院平台的控制----------------------------------1389.11注塑机------------------------------------------141——III——
液压比例阀第一章比例控制技术概述以前我们介绍的普通液压阀,其特点是手动调节和开关式控制。
开关控制阀的输出参数在阀处于工作状态下是不可调节的。
所以这种阀不能满足自动化连续控制和远程控制的要求。
而电液伺服系统虽然能够满足要求,而且控制精度很高,但电液伺服系统复杂,对污染敏感,成本高,因而不能普遍使用。
电崖比例阀是一种性能介于普通液压阀和电液伺服阀之间的新阀种,它既可以根据输入的电信号大小连续地按比例地对液压系统的参数实现远距离控制和计算机控制,又在制造成本、抗污染等方面优于电液伺服阀,因而广泛应用于一般工业部门。
1.1比例控制技术的含义用如下的信号流图来加以说明:
图1比例控制技术的信号流图——1——
第一步:
根据一个输入电信号电压值的大小,通过电放大器,将该输入电压信号(一般在0~±9V之间转换成相应的电流信号,如1mV=1mA。
第二步:
这个电流信号作为输入量被送到比例电磁铁,从而产生和输入信号成比例的输出量——力或位移。
第三步:
这个力或位移又作为输入量加给液压阀,使液压阀产生一个与力或位移成比例的流量或压力。
通过一系列的转换,一个输入电压信号的变化,不但能控制执行元件和机械设备上的工作部件的运动方向,而且可以对其作用力和运动速度进行无级的调节。
此外,还能对相应的时间过程,例如在一段时间内流量的变化,加速度的变化或减速度的变化等进行无级调节。
1.2比例控制技术的应用
这里举加工车身的焊接流水线为例:
在一些汽车驾驶员测定他的汽车的加速度数据之前,汽车中的一些部件在生产过程中,已经经历了最高的“运动生涯”。
图2一个液压缸(图上方通过机械方式使所有工位同
时动作,另一个液压缸备用
如在图示的焊接流水线上进行车身部件的加速度试验分析,则可折算成相当于11秒内从0变化到100公里/小
时的加速度。
在焊接流水线上实现车身的装配和焊接时,车身围绕在车辆通过台的周围。
产品的各加工工序,就在很多工位或节拍中依次进行。
加工时所有提升台都同时升起,同时降下,已进入加工工作位置,即落入焊钳的工作范围内。
每一次接收已准备好的补充钢板时,要求在其行程过程中降低其速度。
接近速度不允许超过0.15米/秒,否则自动插入的板料就可能被抛出去。
另一方面,无论是上升行程还是下降行程都应尽量快速进行,以达到提高效率的要求。
可以采用液压比例技术来实现对这个工艺流程的控制(图3和图4。
假如不采用比例技术,就会降低其控制性能。
譬如说最高速度将大为降低,也许就要用带有机械加载凸轮的延迟阀来解决加、减速的控制问题,用流量阀解决速度调节问题,以及当然还要用方向控制阀解决运动方向改变的问题。
这种不采用比例技术的解但得到的仍然是一种费时费力、精度不高、柔性不大的系统。
使用液压比例技术时,即使系统运动质量很大,仍然能平稳决方案,除了元件费用高之外,尽管降低了速度及加速度指标,地达到较图3左边是为加速过程提供460L/min的蓄能器单元;右边为V4
叶片泵,在液压缸不运动时向蓄能器充液安装在阀板右边的是比例方向阀
4WRZ25
高的速度和加速度。
图4液压-机械传动的焊接自动线原理图(上及其运动循环图(下部右侧
液压比例阀
1.3比例控制技术的特点及组成
一、比例控制技术的特点
1、其转换过程是可控的,设定值可无级调节,达到一定控制要求所需的液压元,满足切换过程要求。
通过控制切换给执行器,这样。
可由液压厂家市售提供。
它们技术用的放大器,近年来已发展成为功能可靠、结构简单的欧洲型二、比例控制技术的组成
原则上比例阀只是在开关式阀的基础上增加了比例电磁铁而已,它一般由比例部分:
生器级
件较少,降低了液压回路的材料消耗。
2、可方便迅速、精确地实现工作循环过程过渡过程,可避免尖峰压力,延长机械和液压元件的寿命。
3、用来控制方向、流量和压力的电信号,通过比例器件直接加使液压控制系统的动态性能得到改善。
4、使用电信号容易实现远距离和自动控制5、液压比例器件中的液压放大装置,结构简单与标准液压器件没有多大的区别,其中,许多零件或标准组件都可取自标准液压元件。
6、作为比例电控插板。
电磁铁、液压控制阀和电控插板等组成。
对应于每一类液压比例控制装置,都设计有专门的电控插板。
电控插板一般包括以下几●稳压单元●斜坡信号发●功能发生器●设定值单元●设定值继电器●脉冲调制式功率
液压比例阀
三、比例控制技术的元器件及其控制调节功能
常用的液压比例阀见下图。
图54WRZ型比例方向阀
图6DBE型比例溢
图72FRE型比例调速阀
及其控制放大器
流阀及其控制放大器
及其控制放大器
液压比例阀液压比例技术元器件控制与调节功能:
液压比例阀
第二章比例电磁铁
比例电磁铁是电子技术与液压技术的连接环节。
它是一种直流行程式电磁铁,2.1比例电磁铁基本工作原理
如图6,比例电磁铁主要由极靴1、线圈2、壳体5和衔铁10等组成。
线圈2通线圈电流一定时,吸力大小因极靴与衔铁之间的距离不同而变化,其特点如下与开关式阀用电磁铁有所不同。
后者只要求有吸合和断开两个位置,而比例电磁铁则要求吸力或位移与给定的电流成比例,并在衔铁的全部工作位置上,磁路中保持一定的气隙。
电后产生磁场,由于隔磁环4的存在,使磁力线主要部分通过衔铁10、气隙和极靴1,极靴对衔铁产生吸力而使衔铁带动推杆13产生移动。
图81-极靴2-线圈3-限位环4-隔磁环5-壳体6-内盖7-外盖
8-调节螺钉9-弹簧10-衔铁11-支撑环12-导向管
图所示。
图中还画出了普通电磁铁的吸力特性,以便比较。
比例电磁铁的吸力特性可分为三段:
在气隙很小的区段Ⅰ,吸力虽然较大,但随即可在衔铁上得到与其成2.2比例电磁铁的类型
比例电磁铁按照实际使用情况,可分为以下两类:
性。
一、力调节型电磁铁
在力调节型电磁铁中,衔铁行程没有明显变化时,改变电流I,就可调节其输工作行程内保持恒定。
如图11所示,这类电磁位置的改变而急剧变化。
在气隙较大的区段Ⅲ,吸力明显下降。
所以吸力随位置变化较小的区段Ⅱ,是比例电磁铁的工作区段。
只考虑在工作区段Ⅱ内的情况,改变线圈中的电流,正比的吸力。
如果要求比例电磁铁的输出为位移时,则可在衔铁右侧加一弹簧,便可得到与电流成正比的位移。
图9吸力特性
1、行程调节型电磁铁:
具有模拟量形式的位移电流特2、力调节型电磁铁:
具有特定的力电流特性。
出的电磁力。
由于在电子放大器中设置电流反馈环节,在电流设定值恒定不变而磁阻发生变化时,可使磁通量进而使电磁力保持不变。
其基本特性是力-行程特性。
在控制电流不变时,电磁力在其铁的有效工作行程约为1.5mm。
由于行程较小,使其结构很紧凑。
正由于其行程小,可用于比例方向阀和比例磁铁,在其衔铁腔中,充满工作压力阀的先导级,将电磁力转换为液压力。
这种比例电磁铁,是一种可调节型直流比例电油液。
图10力调节型
图11力-行程特性曲线
比例电磁铁
二、行程调节型电磁铁
在行程调节型电磁铁中,衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。
只要电磁铁接推制直滞环及重复用在一个较大的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。
使用行程调节型比例电磁铁,能够直动诸如比例方向阀、流量阀及压力阀的阀芯,并将其控制在任意位置上。
电磁铁的行程因规格而异,一般在3-5mm之间。
行程调节型比例电磁铁主要用来控接作用式四通比例方向阀。
配上电反馈环节后,电磁铁的误差均较小。
此外,作用在阀芯上的液动力也受到抑制(与各种可能产生的干扰力相比,电磁力较小。
在先导阀中,受控压力作控制面积上,因此供使用的调节力要
大得多,而干扰力影响的百分比并不大。
馈机构。
因此,先导式比例阀也可以不带电反图13
行程调节型比例电磁铁
图12力-行程特性曲线
三、比例电磁铁的两种常用形式(国内
按照用途不同,比例电磁铁常用两种形式:
盆底结构型的直流甲壳式螺管电磁铁:
行程大(7mm,但吸力较小(最大推甲壳式电磁铁:
行程较小(一般为3mm,但吸力大(可达400N铁和锥底结构型的甲壳式电磁铁。
1、盆底结构型的直流甲壳式螺管电磁力100N,对于同一电流值,吸力基本与行程无关而保持定值,多用于流量调节阀和方向阀。
2、锥底结构型的,吸力与行程有关,多用于压力调节阀。
图14
盆底结图15锥底结构比例电磁铁1-推杆2-轴承3-挡铁4-壳体5-线圈6-衔铁构比例电磁铁1-推杆2-轴承3-挡铁4-壳体5-线圈6-衔铁
第三章比例方向阀
将普通四通电磁换向阀中的电磁铁改为比例电磁铁并严格控制阀芯和阀体上控电流成比例,以调节通3.1直控式比例方向阀
与开关式方向阀的结构布置一样,在直控一、基本结构和工作原理
制边缘的轴向尺寸(阀口开度,即成为比例方向阀。
比例方向阀除了能够换向外,还可使其开口大小与输入过阀的流量。
式比例方向阀中,比例电磁铁也是直接推动控制阀芯的。
图16带电反馈的直接控制式比例
方向阀4MRE10型及其电控器
图17带电反馈的直接控制式比例方向阀
阀的基本组成部分有:
壳体1,一个或两个具有模拟量位移-电流特性的比例电处在图示位置时,P、A、B和T之间互不相通。
如果电磁铁A(左通电,位移也越大。
即阀芯的行程与电程按两倍阀芯行程设计,所以,能检测阀芯在两个方向上位移传感器采用密封式结构,没有泄漏油口,因此不需要附加的密大器中,实际值(控制阀芯的实际位置与设定值进行比较,检测出两者滞环和重复精度,因阀的规格不同而不同,但均≤1%。
二、滞环和重复精度
1、滞环:
个状态和前一个状态的关输出磁铁2(图17中还附带有电感式位移传感器3,控制阀芯4,复位弹簧5。
在电磁铁不工作时,控制阀芯由复位弹簧5保持在中位。
由电磁铁直接驱动阀芯运动。
阀芯阀芯向右移动,则P与B、A与T分别相通。
由控制器来的控制信号越大,控制阀芯向右的信号成正比。
行程越大,则阀口通流面积和流过的体积流量也越大。
电感式位移传感器可检测出阀芯的实际位置,并把与阀芯行程成比例的电信号(电压反馈至电放大器。
由于位移传感器的量的位置。
另外,这种封。
这意味着这种结构形式不存在对阀的控制精度产生不利影响的附加摩擦力。
在放的差值后,以相应的电信号输给对应的电磁铁,对实际值进行修正,构成位置反馈闭环。
实际上,阀的图18滞环
一般表明一系。
在电信号从零到最大,再从最大返回到零的往返扫描过程中,阀芯有与电信号成比例的确定位置。
同一输入设定值上,往返扫描所得量的偏差,称为滞环。
2、重复精度(也称可重复性
输入信号时,输出信号所出现的差值。
对于控阀芯的位置。
是一比例阀控制阀芯与普通方向阀阀芯不同,三角形。
用这种阀芯形式,阀阀套的控制棱边,在阀芯移动过程中的阀重复精度是指:
在重复调节同一制阀芯来说,就是重复调节同一输入信号为相同设定值时,得到一个≤1%的位置偏差(对WRE型阀。
图19为不带反馈的阀用电磁铁,不带位移传感器,因而不能检测图19不带反馈的4MRA6型直
控式比例方向阀及其电控器
其滞环为5-6%,重复精度为2-3%。
对于某些使用情况,不带位移传感器的阀所能达到的控制精度已经足够,这种经济实惠的设计方案。
三、控制阀芯的结构
它的薄刃型节流断面呈可得到一条递增式流量特性曲线(图20。
图20Q-S特性曲线和Q-I特性曲线
图21由阀芯圆周方向上控制切口错位
和较长的阀芯行程获得较好的分辨率
芯的三角形控制棱边(图21和任何位置上,总是保持相互接触。
这表明,它的过流断面总是一个可确定的三角形。
也就是说,不存在像常规方向阀中那样的情况:
阀芯阀套两个棱边之间,先存在一个“空行程”,再进入相互接触,或者在阀口打开时完全脱开。
此外,在液流流入和流出比例阀口时,总是受到节流作用。
四、流量特性
为了能够很好地利用最大的阀芯位移,对于不同公称流量的阀应该确定相这一情况,并观察相应的特性曲线。
—调定的系统压力P=120barP=110bar
图2225通径标准方向阀“E”型阀芯中位各油口封闭遮盖情况示意图图2325通径比例方向阀“E”型阀芯(中位各油口封闭遮盖情况示意图
(
应的受控过流断面。
这里拟用一个实例来说明
题目某设备的数据如下:
———工进时的负载压力——快进时的负载压力P=60bar
——工进速度范围内所需流量Q=5-20L/minL/min
样的错误,即像选用
普通量。
这样做就会得到如下-60=60bar————快进速度范围内所需流量Q=60-150选择一(公称流量150L/min人们常常会犯这开关阀那样来选用比例阀(以Q=150L/min作为公称流数据:
——快进时阀的压降
Pv=120Q快进=60~150L/min工进时阀的压降
Pv=120-110=10barQ工进=5~20L/min
分析快进时,对应于Pv=60bar,流量Q=150L/min
时利用了额定电流的
图
24阀压降10bar,公称流量150L/min对应的输入电流—输出流量特性
66%;流量Q=60L/min时为48%。
故调节范围达额定电流的18%。
10%的情况,则其流之间(60复精度造成的偏差当然也减少。
控制阀芯在从一个位置运动到另一个位置的过渡过程中,没有产生超调,阀芯工进时,对工进速度的调节,也只达到总调节范围的10%(20L/min时为47%,5L/min时为37%。
假如一般阀的滞环为3%,而对应于调节范围仅滞环相当于30%。
显然,很难用如此差的分辨率,来进行控制。
选择二(公称流量64L/min如图25,这个选择是正确的。
——快进工况的比例关系:
此时设定值在66%到98%额定电-150L/min,因此得到32%的调节范围。
——工进工况的比例关系:
此时设定值落在36%到63%额定电流之间,可见调节范围很大,有一个较好的分辨率。
同时,重
五、控制阀芯的时间特性
26、27给出了控制阀芯在输入阶跃电信号时的过渡过程曲线。
图快速移动时间比较短,减速后停留在新位置。
加速和制动过程的调节时间,也是充分的。
图25阀压降10bar,公称流量64L/min对应的输入电流—输出流量特性
缸或马达的加速度和减速度,表示了单位时间内供油流量的变化。
流量正设定值,即在哪个时间流量应发生变如果用了2秒钟上是从大到小图26输入信号阶跃(信号变化25→75%时的过渡过程特性图27输入信号阶跃(信号变化0→100%时的过渡过程特性
六、加速与减速
或负的变化,由比例阀来加以控制。
这些预调化进而控制阀芯的位置发生变化,都由操纵比例电磁铁的电控器来设定。
由放大器预调的设定值,在给定时间内,变化到该设定值的终值。
电控器的这一功能块,称为斜坡发生器。
设定值变化所需的时间间隔称为
斜坡时间。
图28电流-时间曲线
例如,设定值从零变到最大值,,则加速时间短,加速度大;如果用了5秒钟,则加速时间长,加速度小。
在制动过程,设定值的变化,大致。
七、功率域
与一般开关型方向阀一样,在比例阀中也存在功率域问题,必须加以注意。
在这里,令人感兴趣的是不带位移传感器的直控阀的性能。
在较大压差ΔP的作流量关的。
一般原则是:
最大流量尽八、控制范围(分辨率
可以理解为最大与最小控制流量之比。
对于不带位移传感器的WRA型比例方向阀,调节范围是1:
20。
即假如最大流量九、阀芯结构形式
29,不同滑阀机能阀芯十、各种阀芯形式的示例
用下,这种直控阀的流量增大到功率界限时,液动力会自动将阀口关小,不会再增大。
这是一种“自然的”功率域。
选用哪种与通流流量有关连的控制阀芯,选用多大规格的比例阀,对一个液压装置来说,是与其选定的系统压力等级密切相量接近对应于100%的额定电流值。
控制范围(常称为调节范围或调速比为40L/min,则最小流量为2L/min。
在这里,重复误差起着重要的作用。
重复误差在数值上必须明显地低于最小流量。
带位移传感器的WRE型比例方向阀,其控制范围是1:
100。
常用的阀芯形式如图图29含中间过渡形式的
滑阀机能图
通流情况的说明见下图。
1、E型阀芯
E型阀芯有很好的减速制动特性,P→A、B→T或P→B、A→T各通流截面是一样的压缸,或者是液压马达。
31那样,在负载管路中配置补油统。
管路中万一出现了负压,就使马达的噪声级大为提高。
位,必须象通常那样配置一在马在下述油路中,如果缸面积
AK:
AR=2:
1,则必须选用节
。
因此,它可以用于双出杆液
在液压马达的控制系统中,我们推荐像图系会如果想使马达在负载下精确停留定个停车制动器。
由于马达的泄漏很大,因而达没有负载时,比例方向阀的泄漏油,不会使马达产生位置漂移。
比图30E型阀芯配用双出杆液压缸
图31E型阀芯配
用液压马达
流面积比为2:
1的阀芯。
E1阀芯能满型阀2、E3型阀芯(W3型阀芯
对于面积比为2:
1的缸,如果想用较简单的方法实现差动控制,可以使用E3型阀芯的比例阀。
配用的单向阀,可做过其泄漏可阻止无负载时缸的微小芯在中位时,由A芯一样,节流面积比为2:
1,以适应于2:
1面积比
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