電液比例閥的選擇一般是在系統(tǒng)的設計計算之后進行,此時,系統(tǒng)的工作循環(huán)、速度及加速度、壓力、流量等主要性能參數(shù)已基本確定,故這些性能參數(shù)及其他靜態(tài)和動態(tài)性能是
(1)選擇閥的種類
一般情況下,對于壓力需要遠程連續(xù)遙控、連續(xù)升降、多級調(diào)節(jié)或按某種特定規(guī)律調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng),應選用電液比例壓力閥;對于系統(tǒng)的執(zhí)行元件速度需要進行遙控或在工作過程中速度按某種規(guī)律不斷變換或調(diào)節(jié)的系統(tǒng),應選用電液比例流量閥;對于執(zhí)行元件方向和速度需要復合控制的系統(tǒng),則應選用電液比例方向閥,但要注意其進出口同時節(jié)流的特點;對于執(zhí)行元件的速度和力需要復合控制的系統(tǒng),則應選用電液比例流量壓力復合控制閥。然后根據(jù)性能要求選擇適當?shù)碾姎庖粰C械轉(zhuǎn)換器的類型、配套的比例放大器及液壓放大器的級數(shù)(單級或兩級)。閥的種類選擇工作可參考各類閥的特點并結(jié)合制造商的產(chǎn)品型錄或樣本進行。
(2)靜態(tài)指標的選擇
①壓力等級的選擇。對于電液比例壓力閥,其壓力等級的改變是靠先導級的座孔直徑的改變實現(xiàn)的。所選擇的比例壓力閥的壓力等級應不小于系統(tǒng)的最大工作壓力,可以在1~1.2倍之間,以便得到較好的分辨率;比例壓力閥的最小設定壓力與通過溢流閥的流量有關(guān),先導式比例溢流閥的最小設定壓力一般為0.6~0.7MPa,如果閥的最小設定壓力不能滿足系統(tǒng)最小工作壓力要求,則應采取其他措施使系統(tǒng)卸荷或得到較小的壓力。
對于電液比例流量閥和電液比例方向閥,所選擇的壓力等級應不小于系統(tǒng)的最大工作壓力,以免過高的壓力導致密封失效或損壞及增大泄漏量。
②額定流量及通徑的選擇。對于比例壓力閥,為了獲得較為平直的流量一壓力曲線及較小的最低設定壓力,推薦其額定流量為系統(tǒng)最大流量的1.2~2倍,并據(jù)此在產(chǎn)品樣本或型錄中查出對應的通徑規(guī)格。對于比例流量閥,由于其通過流量與閥的壓降和通徑有關(guān),因此選擇時應同時考慮這兩個因素。
一般以閥壓降為1MPa所對應的流量曲線作為選擇依據(jù),即
要求閥壓降1MPa下的額定流量為系統(tǒng)最大流量的1~1.2倍,這樣可以獲得較小的閥壓降,以減小能量損失;同時使控制信號范圍盡量接近100%,以提高分辨率。對于比例方向閥,其通過流量與閥的壓降密切相關(guān),且比例方向閥有兩個節(jié)流口,當用于液壓缸差動連接時,兩個節(jié)流口的通過流量不同。
一般將兩個節(jié)流口的壓降之和作為閥的總壓降。通常以進油節(jié)流口的通過流量和上述閥壓降作為選擇通徑的依據(jù)??偟脑瓌t是在滿足計算出的閥壓降條件下,盡量擴大控制電信號的輸入范圍。
③結(jié)構(gòu)選擇。閥內(nèi)含反饋閉環(huán)的電液比例閥其穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)品質(zhì)都較不含內(nèi)反饋的閥為好。內(nèi)含機械液壓反饋的閥具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、工作可靠等優(yōu)點,其滯環(huán)在3%以內(nèi),重復精度在1%以內(nèi)。采用電氣反饋的比例閥,其滯環(huán)可達1.5%以內(nèi),重復精度可達0.5%以內(nèi)。
④精度。電液比例閥的非線性度、滯環(huán)、分辨率及重復精度等靜態(tài)指標直接影響控制精度,應按照系統(tǒng)精度要求合理選取。
(3)選擇動態(tài)指標
電液比例閥的動態(tài)指標選擇與系統(tǒng)的動態(tài)性能要求有關(guān)。對于比例壓力閥,產(chǎn)品樣本通常都給出全信號正負階躍響應時問。如果比例壓力閥用于一般的調(diào)壓系統(tǒng),可以不考慮此項指標,但用于要求較高的壓力控制系統(tǒng),則應選擇較短的響應時間。對于比例流量閥,如果用于速度跟蹤控制等性能要求較高的系統(tǒng),則必須考慮閥的階躍響應時間或頻率響應(頻寬)。對于比例方向閥,只有用于閉環(huán)控制、或用于驅(qū)動快速往復運動部件時、或快速啟動和制動的場合才需要認真考慮動態(tài)特性。
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隨著液壓傳動和液壓伺服系統(tǒng)的發(fā)展, 生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)一些即要求能夠連續(xù)的控制 壓力、流量和方向,又不需要其控制精度很 高的液壓系統(tǒng)。由于普通的液壓元件不能滿 足具有一定的伺服性要求,而使用電液伺服 閥又由于控制精度要求不高而過于浪費,因 此近幾年產(chǎn)生了介于普通液壓元件 (開關(guān)控制) 和伺服閥 (連續(xù)控制) 之間的比例控制閥。
電液比例控制閥(簡稱比例閥)實質(zhì)上是一種廉價的、抗污染性能較好的電液控制閥。比例閥的發(fā)展經(jīng)歷兩條途徑,一是用比例電磁鐵取代傳統(tǒng)液壓閥的手動調(diào)節(jié)輸入機構(gòu),在傳統(tǒng)液壓閥的基礎下:發(fā)展起來的各種比例方向、壓力和流量閥;二是一些原電液伺服閥生產(chǎn)廠家在電液伺服閥的基礎上,降低設計制造精度后發(fā)展起來的。
比例閥的工作原理
下圖所示為比例閥工作原理框圖。指令信號經(jīng)比例放大器進行功率放大,并按比例輸出電流給比例閥的比例電磁鐵,比例電磁鐵輸出力并按比例移動閥芯的位置,即可按比例控制液流的流量和改變液流的方向,從而實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的位置或速度控制。在某些對位置或速度精度要求較高的應用場合,還可通過對執(zhí)行機構(gòu)的位移或速度檢測,構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
比例閥由直流比例電磁鐵與液壓閥兩部分組成,比例閥實現(xiàn)連續(xù)控制的核心是采用了比例電磁鐵,比例電磁鐵種類繁多,但工作原理基本相同,它們都是根據(jù)比例閥的控制需要開發(fā)出來的。
分類
按比例閥控制方式分類是指按照比例閥的先導控制閥中的電氣一機械轉(zhuǎn)換方式來分類,其電控制部分有比例電磁鐵、力矩馬達、直流伺服電動機等多種形式。 (1)電磁式 電磁式是指采用比例電磁鐵作為電氣一機械轉(zhuǎn)換元件的比例閥,比例電磁鐵將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成力、位移機械信號輸出.進而控制壓力、流量及方向等參數(shù)。 (2)電動式 電動式是指采用直流伺服電動機作為電氣一機械轉(zhuǎn)換元件的比例閥,直流伺服電動機將輸入的電信號.轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)速,再經(jīng)絲桿螺母、齒輪齒條或齒輪凸輪等減速裝置和變換機構(gòu),輸出力與位移,進一步控制液壓參數(shù)。 (3)電液式 電液式是指采用力矩馬達和噴嘴擋板的結(jié)構(gòu)為先導控制級的比例閥。對力矩馬達輸入不同的電信號,并通過同它連接在一起的擋板(有時力矩馬達的銜鐵就是擋板)輸出位移或角位移,改變擋板和噴嘴之間的距離,使噴嘴噴出的油液流阻產(chǎn)生變化,進而控制輸小參數(shù)。
特點
比例控制閥是一種按輸入的電信號連 續(xù)、按比例地控制液壓系統(tǒng)的流量、壓力和 方向的控制閥,其輸出的流量和壓力可以不受負載變化的影響。
比例閥與普通液壓元件相比,有如下特點:
(1)電信號便于傳遞,能簡單地實現(xiàn)遠 距離控制。
(2)能連續(xù)、按比例地控制液壓系統(tǒng)的 壓力和流量,實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的位置、速 度、力量的控制,并能減少壓力變換時的沖 擊。
(3)減少了元件數(shù)量,簡化了油路。
同時電液比例閥的使用條件和保養(yǎng)與一 般液壓元件相同,比伺服閥的抗污染性能 強,工作可靠。
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