会计学 1 简单易懂的比例阀基本原理 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 第1页/共110页 基本系统 三位电磁换向阀能够实现下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 HBIVT 第2页/共110页 基本系统 三位电磁换向阀能够实现下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩 HBIVT 第3页/共110页 基本系统 三位电磁换向阀能够实现下列功能： - 液压缸活塞杆伸出 - 液压缸活塞杆回缩 - 停止液压缸 HBIVT 第4页/共110页 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 第5页/共110页 ... 而在另一个位置上，接通灯，但并没有中间位置。 HBIVT 第6页/共110页 不过，另一种类型的开关能够适用于控制灯泡亮度，该开关被称之为光度调整开关。 HBIVT 第7页/共110页 在这样的一种情况下，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 第8页/共110页 在这样的一种情况下，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 第9页/共110页 在这样的一种情况下，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 第10页/共110页 在这样的一种情况下，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 第11页/共110页 在这样的一种情况下，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 第12页/共110页 在这样的一种情况下，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 第13页/共110页 在这样的一种情况下，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 第14页/共110页 在这样的一种情况下，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 第15页/共110页 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，其大小能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 第16页/共110页 基本系统 所以，实际上，比例方向阀既可当作换向阀，也可当作流量控制阀。 HBIVT 第17页/共110页 切换电磁换向阀 电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其能够最终靠电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。 HBIVT 第18页/共110页 切换电磁换向阀 电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其能够最终靠电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。 HBIVT 第19页/共110页 切换电磁换向阀 电磁换向阀可被认为是简单的开关阀。 其能够最终靠电气装置来控制，这些电气装置能够接通或关断电流。 HBIVT 第20页/共110页 比例阀 不过，比例方向阀能够最终靠类似于光度调整开关的电气装置来控制。 HBIVT 第21页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第22页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第23页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第24页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第25页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第26页/共110页 比例阀 通过改变线圈电流，能改变阀芯位移大小，以此来实现了比例阀出口流量的控制。 HBIVT 第27页/共110页 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所组成： - 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，比例电磁铁一般会用塑料树脂材料(G)封装。 A B C D F G E HBIVT 第28页/共110页 比例电磁铁 当在线圈上施加电压时，将有电流流过线) 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 第30页/共110页 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挪动。 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 第31页/共110页 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 第32页/共110页 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 第33页/共110页 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 第34页/共110页 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 第35页/共110页 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 第36页/共110页 电磁换向阀 1) 对电磁换向阀，当通电时，阀芯结构应使其压降最小。 2) 这在某种程度上预示着为了控制小流量，所需阀开口度将会是很小。小开口度是很难控制的。 HBIVT 第37页/共110页 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 第38页/共110页 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 第39页/共110页 S S Q 比例阀 根据将控制的最大流量，可配装不同的阀芯，即这些阀芯具有不一样的形状、大小或V型槽数。 HBIVT 第40页/共110页 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 第41页/共110页 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，所需将溢流口打开的压力就越大。 HBIVT 第42页/共110页 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当作先导式溢流阀的先导级（或减压阀）。 HBIVT 第43页/共110页 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当作先导式溢流阀的先导级（或减压阀）。 HBIVT 第44页/共110页 比例系统的优点 HBIVT 第45页/共110页 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 第46页/共110页 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 第47页/共110页 PLC 远程控制 – 比例系统 当今机器控制一般会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 第48页/共110页 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 第49页/共110页 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 第50页/共110页 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 第51页/共110页 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 第52页/共110页 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，能够得到几秒钟的通电和断电响应时间。 HBIVT 第53页/共110页 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，能够得到几秒钟的通电和断电响应时间。 HBIVT 第54页/共110页 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，能够得到几秒钟的通电和断电响应时间。 HBIVT 第55页/共110页 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确定。通过渐增或渐降（称之为斜坡）电信号，能够得到几秒钟的通电和断电响应时间。 HBIVT 第56页/共110页 电梯举例 – 开关系统 阀芯运动速度可控是很有用的，这还在于其能够更好的降低系统中的冲击，即经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 第57页/共110页 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觉到很不舒服。 F HBIVT 第58页/共110页 电梯举例 – 开关系统 同样，当电梯抵达目的地时，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。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，这也是会造成系统泄漏的情况之一。 HBIVT 第59页/共110页 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，而且还能控制电梯的启停。 HBIVT 第60页/共110页 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 第61页/共110页 电梯举例 – 比例系统 同样，通过将阀芯缓慢移动至中位，也能控制减加速度。 HBIVT 第62页/共110页 时间 距离 运动控制 因此，比例阀通常能完成下列几方面的全运动控制： HBIVT 第63页/共110页 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。 HBIVT 第64页/共110页 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 第65页/共110页 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 第66页/共110页 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 第67页/共110页 时间 力 力控制 比例阀也能够最终靠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 第68页/共110页 时间 力 力控制 在这样的一种情况下，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 第69页/共110页 时间 力 力控制 实际上，机器工作循环由一系列斜坡和保持周期组成，这些周期都能够最终靠比例阀来实现。 HBIVT 第70页/共110页 时间 力 力控制 在机器工作循环末段，对许多过程来说，压力下降速率也是最重要的。 HBIVT 第71页/共110页 力控制 因此，采用比例阀能轻松实现运动和力控制，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 第72页/共110页 电子控制 HBIVT 第73页/共110页 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）。 第74页/共110页 阀输入信号 理论上，这能够最终靠光度调整类型元件（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 第75页/共110页 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 第76页/共110页 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 第77页/共110页 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 第78页/共110页 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 第79页/共110页 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 第80页/共110页 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，输入信号装置能为简单的电位计。 HBIVT 第81页/共110页 功率放大器 在车载液压系统中，输入信号装置能采用操纵杆式电位计。 HBIVT 第82页/共110页 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 第83页/共110页 比例阀类型 HBIVT 第84页/共110页 无反馈式比例阀 为满足不同应用场合的要求，可使用不相同类型的比例阀，这些比例阀具有不一样的性能。在最简单的比例方向阀类型中，电磁力与弹簧力相平衡，以对阀芯做定位。 HBIVT 第85页/共110页 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 第86页/共110页

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