液压比例阀操纵器.docx

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液压比例阀操纵器

第六章

液压系统比例阀控制器

前言

比例操纵阀要紧用于开回路操纵（openloopcontrol）;比例操纵阀的输出量与输入信号成比例关系，且比例操纵阀内电磁线圈所产生的磁力大小与电流成正比。

在传统型式的液压操纵阀中，只能对液压进行定值操纵，例如:

压力阀在某个设定压力下作动，流量阀维持通过所设定的流量，方向阀关于液流方向通/断的切换。

因此这些操纵阀组成的系统功能都受到一些限制，随着技术的进步，许多液压系统要求流量和压力能持续或按比例地随操纵阀输入信号的改变而转变（图。

液压伺服系统虽能知足其要求，而且精度很高，但关于大部份的工业来讲，他们并非要求系统有如此高的质量，而希望在保证必然操纵性能的条件下，同时价钱低廉，工作靠得住，保护简单，因此比例操纵阀确实是在这种背景下进展起来的。

比例操纵阀可分为压力操纵阀，流量操纵及方向操纵阀三类（如下图）。

1.压力操纵阀:

用比例电磁阀取代引导式溢流阀的手调装置便成为引导式比例溢流阀，其输出的液压压力由输入信号持续或按比例操纵。

2.流量操纵阀:

用比例电磁阀取代节流阀或调速阀的手调装置而以输入信号操纵节流阀或调速阀之节流口开度，可持续或按比例地操纵其输出流量。

故节流口的开度即可由输入信号的电压大小决定。

3.方向操纵阀:

比例电磁阀取代方向阀的一样电磁阀组成直动式比例方向阀，其滑轴不但能够换位，而且换位的行程能够持续或按比例地转变，因此连通油口间的通油面积也能够持续或按比例地转变，因此比例方向操纵阀不但能操纵执行组件的运动方向外，还能操纵其速度。

以上各类比例阀所作动的液压组件为液压缸或液压马达。

比例阀操纵器内部方块之意义与功能

比例阀操纵器内部包括各类电路模块，每一个模块有其特定功能及用途并以符号来代表，此处就每一个模块的功能及原理来讲明之。

1.斜坡产生器（RampGenerator）

图为斜坡产生器之符号图，斜坡产生器（RampGenerator）主若是将刹时的电压转变量转换成带有时刻延迟的电压转变，也确实是说当输入电压改变时，斜坡产生器会将原先的阶梯式电压转变量缓慢地改变到改变后之电压，而在原先电压与改变后电压之间就会取得一随时刻上升或下降的斜坡（Ramp），因此RampGenerator斜坡产生的原理跟积分器作用的原理是一样的。

当输入信号改变时（图，其输入信号的波型有如阶梯形状。

假设系统无RampGenerator时，其阀体操纵油压的转变亦与输入信号阶梯式的转变一样，那么使每一个相邻的油压压差转变专门大，结果使整个操纵油压的转变不准确及组件作动不圆滑顺畅，而RampGenerator确实是为了解决此项的困扰。

当阶梯式的操纵信号经RampGenerator时（图，RampGenerator会将电压转变的时刻延迟，而输出一随时刻上升或下降的斜坡信号，使油压转变顺着斜坡方向作转变，如此的结果使整个油压的转变更为圆滑顺畅。

图斜坡产生器之符号

2.脉波输出信号（PulsedOutputStage）

图为脉波产生器之符号图。

由脉波产生器（PulseGenerator）发出一脉波信号与操纵信号（commandvoltage）一路输入到电压-电流转换器（converter），将电压信号转换成脉波电流信号输出到比例操纵阀的电磁线圈上使电磁线圈产生磁力，来操纵比例阀阀轴的移动量。

经由操纵电流脉波之工作周期（Dutycycle）的大小，来操纵供给至电磁线圈的电流大小，而脉波产生器的输出频率随各类阀体型式而不同。

产生的脉波电流，主若是使作用在电磁阀驱动电路的功率损失降到最小，因为假设利用模拟信号操纵，其在电磁线圈驱动电路上产所生的功率（P=V×IL）损失将会专门大，而以脉波电流操纵时，只要操纵电流脉波的工作周期之大小，即可操纵电磁阀之平均电流大小，而且能够将在电磁线圈驱动电路上所产生的功率损失降到最小。

（图

脉波产生器

转换器

调剂器

操纵电压信号

图

3.电源供给器（PowerSupply）

将110V或220V的交流电压，由变压器降压经桥式整流滤波，取得一未经稳压的24V直流电压，因变压器是由漆包铜线所绕成的，有其绕线电阻存在rc，当二极管导通时，亦有其电阻rON存在，因此在全负载时，rc与rON都会产生相当的压降，因此负载实际经受的电压为VL=VS-IL（rc+rON），假设拿来当系统电压供给的话，会受到系统负载电流（IL）的影向而变更，那么在操纵上会有失真的产生，这不是稳固直流电源所希望的现象，因此须要有稳压时期（图将未稳压之电压作稳压的动作，减少系统在操纵上及作业上误差的产生，在操纵器（VT2000及VT3000）系统中，假设利用24V做为供给电源时，在系统的最初输入端须装一个电源稳压转换器，24V在稳压转换后，提供系统内部操作所须之电压及输出一±9V直流电压去看成操纵信号（Commendsignal）的供给源。

（图为电源供给器之符号图）

（a）

（b）

24Veff

（c）

（图）

（图电源供应器之符号）

4.阶梯信号产生器（StepGenerator）

操纵信号输入阶梯信号产生器（StepGenerator），经阶梯信号产生器判别后，送出一阶梯信号产生器所设定之电压，假设操纵信号（Commendsignal）≧100mV时，阶梯信号产生器就会输出一个正常数电压，假设-100mV<操纵电压<100mV时，阶梯信号产生器输出0V，假设操纵信号≦-100mV时，阶梯信号产生器产生一个负常数电压输出（图。

阶梯信号产生器常被利用在比例方向操纵阀上面，一样比例方向操纵阀在制造技术上及性能的考虑上，其阀轴在换位时，都会有重迭现象的产生（Posltiveoverlap），图为比例操纵阀的特性曲线图，在X0—0的区域称为磁滞（Deadband），这种现象在系统的操纵上是不被许诺的，为了使输入（I）与输出（Q）更线性化，通常都会加一额外电压（bias）给比例方向操纵阀，使滑轴移动换位时，能快速越过X0—0那个区域，以减小磁滞现象。

而阶梯信号产生器的要紧功用确实是提供一额外电压给电磁阀，使重迭现象减至最小。

（图为阶梯信号产生器之符图）

（图9）

（图　比例方向控制阀之特性曲线图）

（图）

5.比较器（RegulatoronProportionalAmplifierCards）

在一样开回路操纵（Openloopcontrol）系统里，输入多少电压，其阀体作动相对产生多少油压，也确实是电压与压力成比例关系，可是假设利用在操纵液压流量上面时，因阀体制造时所产生的误差及长期利用下所产生的摩损，都会使在液流的操纵上产生误差，而致使致动器实际的作动情形，超出预期的结果，为了减少误差产生，因此就在操纵系统内加一个比较器，来作误差补偿（图。

当滑轴移动时，方向轴上的位置传感器，将所测得的滑轴移动物理量转换成实际的电压信号送回比较器，现在比较器将操纵信号与实际信号作比较后，送出一补偿信号至电磁阀，作补偿调整工作，来操纵阀口的开口面积，进而操纵液压的流量。

（图为比较器之符号图）

（图）

6.加法器（summator）

加法器算是一个算术操作数件，它是将各个的输入信号相加后，再将其相加后的总和反向输入，（正变负;负变正）。

在VT3000的系统中，加法器接收到从积分器及阶梯产生器送来的操纵信号后，将其两个操纵信号相加，取得另一信号值，再将其值反向输出到电流调整器。

（图为加法器之符图）

例:

UE1=+4V;UE2=+2V

UA=–（4V+2V）=–6V

7.反向器（Inverter）

反向器的输出是输入的反向，也确实是将正数输入变成负数输出，或是负数输入变成正数输出，而在数字逻辑运算中，反向器的功用是将1的输入变成0的输出，或是将0的输入变成1的输出，由此可见反向器只有一个输入端和一个输出端，在操纵器（VT2000或VT3000）的系统中，反向器的功用只是用来当做信号极性的改变，使操纵器的输入与输出转变做同向或反向的转变。

（图为反向器之符号图）

8.电位计（Potentiometer）

电位计是最经常使用的电力转换器，其目的为将机械运动变成电气变更信号，电位计最要紧的特性为线性度，所谓线性度即为转臂每转动一距离，产生一比例于距离之电阻转变，而与转臂的位置无关，也确实是说电位计之电阻是平均分派的。

电位计的线性度在某些应用上相当重要，因此厂商关于所产生之电位计均附有线性度百分比之说明，而线性度百分比能够简称为线性度。

在完全线性之下，不论转轴角度如何，电位计之电阻值改变量与转轴旋转角度成正比例关系;例如:

转轴由00转到600时，电阻值改变20%，同理，由1800转到2400时，也只有20%的电阻值转变量（图。

在操纵器（VT2000及VT3000）系统中，假设咱们将电位计一端接10V，另一端接0V，即可取得0~10V的电压范围（图，经电位计上旋钮的改变，可取得不同的电压输出。

因此，假设咱们将电位计拿来看成系统操纵信号（commandsignal）供给源的话，那么转动电位计上的旋钮，就可改变输入的操纵信号。

（图）

9.位移转换器（InductivePositionalTransducerontheValves）

位移转换器是用来侦测阀体滑轴的位置，它分为二大部份，一为轴杆部份，由滑轴与磁化的电枢所组成，二是传感器部份，由两组线圈所组成。

其作动原理与线性可变差动变压器（LVDT）一样，是一种能够输出一比例于机械位移之AC输出电压信号（图。

由振荡器发出一脉波电压信号，输入线圈1与线圈2，当电枢在两线圈的中间位置时，线圈1与线圈2别离感应出V1电压与V2电压,因此在TestPoint1点上的输出电压为Us=V1-V2（图。

当电枢往上移动时，线圈1之磁场强度愈强，线圈2之磁场强度变弱，因此线圈1之V1电压，大于线圈2之V2电压，因此产生Us1之电压，而且Us1之电压会随着电枢愈往上移而愈大，同应当电枢往下移时，线圈2之磁场强度变强，线圈1之磁场强度变弱，而产生Us2电压，因此Us2之电压会随着电枢下移位置的增大而变小。

输出之交流电压信号，经变换器（Demodulator）转成直流电压信号（实际信号），传回给系统内的比较器，经比较器将其输入信号与实际信号作比较后，再向阀体上的电磁线圈发出纠正信号，以补偿误差。

应用于TBM系统中之比例阀操纵器

1.VT2000

如电路图1，以24VDC当操纵器（VT2000）的电源供给（24ac位置），经系统电源供给器（5）稳压转换后，提供系统内部作业所须之电压和内部或外部电位计之电源供给，在VT2000系统中操纵信号的输入方式有三种:

第一种是从28C位置与30ac位置输入电压，经差值放大器（7）产生一差值电压输出当操纵信号，而28C位置之电压为0V~10V，30ac位置的电压为28C位置的参考电压，那个地址专门要注意的是当利用差值放大器做输入信号时，28C与30ac两条信号线必需同时接上或拆除，第二种是从系统电源供给器送出9V到10ac位置，再由10ac位置送入12ac的位置当操纵信号，其中MO（14ac位置）为参考电压（0V），因此10ac所送出的电压为最大电压9V，第三种是在10ac位置与12ac位置之间串接一电位计，经电位计上旋钮的调变，可在12ac的位置取得不同的操纵电压信号（0V~9V）。

操纵信号Ub（0V~9V）经反向器，将其输入信号极性反向后送到R2，R2为一可变电阻，假设操纵信号的输入方式为第二种时，经由R2的调变，将可改变操纵信号Ub的电压值，假设操纵信号的输入方式为第一种或第三种时，则R2可视为一