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1、电液比例阀的应用及发展趋势农机101班黄桂华1001140133摘要:电液比例阀是电液比例控制技术的核心元件,它按照输入电信号指令,连续成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。综述了比例压力阀和比例流量阀国内外的研究进展,并且对比例阀未来的发展趋势进行了展望。前言：电液比例阀,是电液比例控制技术的核心和主要功率放大元件,代表了流体控制技术的发展方向。它以传统的工业用液压控制阀为基础,采用电-机械转换装置,将电信号转换为位移号,按输入电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。虽然比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比,
2、性能在某些方面还有一定的差距。但电液比例阀抗污染能力强,减少了由于污染而造成的工作故障,可以提高液压系统的工作稳定性和可靠性,更适用于工业过程;另一方面,比例阀的成本比伺服阀低,而且不包含敏感和精密的部件,更容易操作和保养,因此在许多场合电液比例阀获得了广泛的应用。根据用途和工作特点的不同,比例阀可以分为比例压力阀(如比例溢流阀、比例减压阀)、比例流量阀(如比例节流阀、比例调速阀)和比例方向阀(电液比例换向阀)三类。电液比例换向阀不仅能控制方向,还有控制流量的功能。下面分别综述比例压力阀和比例流量阀国内外的一些研究进展。（1）比例压力阀研
3、究工作综述：1967年瑞士布林格尔(Beringer)公司生产出KL用于船体）表面除锈涂漆工艺的比例方向节流阀,这是世界上最早的比例阀。1971年和1972年日本油研(Yuken)公司相续申请了比例压力阀和比例流量阀的专利,引起了许多国家及公司的广泛重视,推动了比例阀技术的发展。这期间出现的比例压力阀(溢流阀和减压阀)基本是以传统手调液压阀为基础发展而来,区别仅是用比例电磁阀铁取代了阀上原有的弹簧手调机构,阀的结构原理和设计准则几乎没有变化。小流量阀采用直接作用式结构,大流量阀仍采用。1936年美国人维克斯(HarryVickers)发明
4、的差动式压力控制原理。因为不包含受控参数的反馈环节,导致控制压力随着负载流量的不同而改变,这是此类比例阀的主要不足,而且由于比例电磁铁性能较差,这类比例阀的工作频宽低(仅1~5Hz),稳态磁环大(4%~7%),体积也大,多用在开环系统。20世纪80年代初,浙江大学路甬祥提出了压力直接检测原理,他应用该原理设计的比例溢流阀获得了德国发明专利。按此原理,国内外研制的比例溢流阀和比例减压阀的性能都获得了显著提高,实现了人们长期以来所追求的等压力特性。从20世纪80年代后期开始,比例压力控制技术的又一进展是采用电气闭环校正,出现了被控压力―压力传
5、感器检测的新一代比例压力阀。采用这种原理可将电-机械转换器的非线性和先导阀的非线性扰动都包含在闭环之内,因而可实现无静差控制,同时利用电气校正也可以很方便地改善阀的稳定性和快速性。文献介绍的采用力矩马达驱动单喷嘴挡板阀作先导级的压力直接电检测型比例溢流阀和比例减压阀,其稳态特性达到了当时几乎完美的程度。日本油研(Yuken)公司同期推出的这种比例溢流阀更将电控器、放大器、压力传感器与阀集成为一体,阀上还带有压力数字显示和报警装置。国内浙江大学也研制成功采用这一原理和PID调节技术的三通型比例压力阀,获得了同样的效果。为完善这一技术,国外还
6、发展了将A/D、D/A转换器、放大器与检测单元集成为一体的压力传感器,降低了生产成本、提高了可靠性和精度,这一技术将成为比例压力控制的主要手段。在模拟型比例元件发展的同时,数字式的比例阀也获得了蓬勃发展。由步进电机驱动的增量式数字压力阀和用开关电磁铁操纵的高速开关型数字压力阀都已达到了使用阶段。同模拟式阀相比,数字式的比例阀的优点是更抗污染,开环控制精度高,无需A/D和D/A转换器就能直接与计算机接口。不足之处是受控制功率的限制,系统频宽较低,使得应用范围受到了限制。为改善比例压力阀的性能,国内外学者做了大量的研究工作。德国亚琛工业大学(
7、AachenTH)的泽纳(F.Zehner)在文献中重点研究了直接检测的比例压力阀,并特别介绍了采用直接压力电检测的比例溢流阀。我国浙江大学的郁凯元在文献中,分别研究了采用系统压力直接检测和主阀芯速度反馈的比例溢流阀和比例减压阀,并提出采用主阀的三通结构来改善比例减压阀在无负载时的控制性能。（2）比例流量阀研究工作综述：目前最基本的比例流量阀为仅控制阀口开度的比例节流阀。早在20世纪60年代末就出现了比例电磁铁直接驱动的单级比例节流阀,这种阀由于受电-机械转换器输出力及行程的限制和稳态液动力的影响,只适用于小流量场合。为改善这种阀的性能,
8、大多数直动式比例节流阀都采用了阀芯位移电检测的闭环控制原理。直动式比例阀的最大优点是其动特性几乎与工作压差无关,所以它可在很低的工作压差下工作。当负载需求的流量较大时就必须采用先导式结构。20
