北京華德電液換向閥4WEH25L50B/6EG24NE25L
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北京華德電液換向閥4WEH25L50B/6EG24NE25L
比例閥是一種新型的液壓控制裝置。在普通壓力閥、流量閥和方向閥上，用比例電磁鐵替代原有的控制部分，按輸入的電氣信號連續地、按比例地對油流的壓力、流量或方向進行遠距離控制。
原理：指令信號經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，從而實現對執行機構的位置或速度控制。
在某些對位置或速度精度要求較高的應用場合，還可通過對執行機構的位移或速度檢測，構成閉環控制系統。
直動式比例溢流閥
直動式比例溢流閥的工作原理及結構見圖3-2,。這是一種帶位置電反饋的雙彈簧結構的直動式溢流閥。它于手調式直動溢流閥的功能*一樣。其主要區別是用比例電磁鐵取代了手動彈簧力調節組件。
如圖3-2a所示，它主要包括閥體6，帶位置傳感器1、比例電磁鐵2、閥座7、閥芯5及調壓彈簧4等主要零件。當電信號輸入時，電磁鐵產生相應的電磁力，通過彈簧座3加在調壓彈簧4和閥芯上，并對彈簧預壓縮。此預壓縮量決定了溢流壓力。而壓縮量正比輸入電信號，所以溢流壓力也正比于輸入電信號，實現對壓力的比例控制。
彈簧座德實際位置由差動變壓器式位移傳感器1檢測，實際值被反饋到輸入端與輸入值進行比較，當出現誤差就由電控制器產生信號加以糾正。由圖3-2b所示的結構框圖可見，利用這種原理，可排除電磁鐵摩擦的影響，從而較少遲滯和提高重復精度等因素會影響調壓精度。顯然這是一種屬于間接檢測的反饋方式。
普通溢流閥可以靠不同剛度的調壓彈簧來改變壓力等級，而比例溢流閥卻不能。由于比例電磁鐵的推力是一定的，所以不同的等級要靠改變閥座的孔徑來獲得。這就使得不同壓力等級時，其允許的大溢流量也不相同。根據壓力等級不同，大過流量為2～10L/min。閥的大設定壓力就是閥的額定工作壓力，而設定低壓力與溢流量有關。這種直動式的溢流閥除在小流量場合下單獨作用，作為調節元件外，更多的是作為先導式溢流閥或減壓閥的先導閥用。另外，位于閥底部德調節螺釘8，可在一定范圍內，調節溢流閥的工作零位。
3.2.2先導式比例溢流閥
1.結構及工作原理
圖3-3所示為一種先導式比例溢流閥的結構圖。它的上部位先導級6，是一個直動式比例溢流閥。下部為主閥級11，中部帶有一個手調限壓閥10，用于防止系統過載。
當比例電磁鐵9通有輸入信號電流時，它施加一個直接作用在先導閥芯8上。先導壓力油從內部先導油口（取下螺堵13）或從外部先導油口X處進入，經流道口和節流3后分成兩股，一股經節流孔5作用在先導閥芯7上，另一股經節流孔4作用在閥芯撒謊女上部。只要A油口壓的壓力不足以使導閥打開，主閥芯的上下腔的壓力就保持相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，而上面有一個軟彈簧向下施加一個力，使閥芯關閉。
當主閥芯是錐閥，它既小又輕，要求的行程也很小，所以這種閥的響應很快。閥套上有三個徑向分布的油孔，當閥開啟時使油流分散流走，大大減少噪聲。節流孔4起動態壓力發虧作用，提高閥芯的穩定性。
先導式比例溢流閥
1—先導油流道 2—主閥彈簧 3.、4、5—節流口 6—先導閥
7—外泄口 8—先導閥芯 9—比例電磁鐵 10—安全閥
11—主閥級 12—主閥芯 13—內部先導油口螺堵
A—進油口 B—出油口 X—外部先導油口 Y—外部先導卸油口
與傳統的先導式溢流閥不同，比例溢流閥的壓力等級的獲得是靠改變先導閥的閥座孔徑來實現的。這點與比例直動式溢流閥*相同。較大的閥座孔徑對應著較低的壓力等級。小閥座孔徑可獲得較高的額定值。閥座的孔徑通常由制造廠根據閥座的壓力等級在制造時已經確定。
閥座孔的面積A用來檢測主閥芯上腔的壓力P，當PA的積大于電磁力Fm時，導閥開啟，進而主閥開啟，間接控制主壓力PA.,顯然Px屬于中間變量,這種溢流閥的檢測方式屬于間接檢測方式。從圖中可見，主閥在小閉環之外，主閥中的各種干擾量，例如摩擦。液動力等的都會影響都得不到抑制，比例電磁鐵也在閉環之外。所以其壓力偏差和超調量都較大，常達15%以上。改進辦法可以采用直接檢測方式。
2.比例溢流閥的主要性能參數
比例溢流閥的靜態特性主要由三條特性曲線來表示，見圖3-5.一條為設定壓力PA與輸入電流I之間的關系曲線，稱為控制特性曲線，還有一條是溢流閥的前后壓差與流量的關系曲線。從此圖中可以確定溢流閥的主要性能參數；高，低設定壓力、滯環、線性度以及穩態調壓偏差等壓力特性。這些性能數據時設計的重要依據。
3.動態特性
比例溢流閥的動態特性一般用階躍響應和頻率響應曲線來表示（圖3-6）。從階躍響應曲線可以找到滯后時間τ，響應時間ts及超調量σ（見圖3-6a）。頻率特性曲線可以找出高工作頻率或頻寬。
3.3電液比例流量控制閥
比例流量控制閥的流量調節作用都在于改變節流口的開度。它與普通流量閥的主要區別是用某種電-機械轉換器取代原來的手調機構，用來調節節流口的流通面積。并使輸出流量與輸入信號成正比。
按閥口的流量公式有
當紊流時流量系數Cd近似為常數。由上式可見，改變同流面積A（x）可以改變流量，但節流口的前后壓差Δρ進行壓力補償分為比例節流閥和比例調速閥。也有采用流量直接反饋型的新原理比例流量閥。
比例方向閥由于具有對進口和出口流量同時節流的功能。因此，它本質上是個雙路的比例節流閥。如果從外部加上壓力補償裝置，就能使通過的流量與負載變化無關，具有調速閥的功能。
3.3.1直動式比例節流閥
比例節流閥也分為直動式和先導式。直動式的只有一級液壓放大。它的閥芯型式有轉閥、滑閥或插裝式。旋轉節流式由伺服電機經減速后帶動。移動節流式用比例電磁鐵驅動。前者習慣上稱為電動式，后者稱為電磁式。先導式多為二級液壓放大，也有三級的特大流量閥，其通徑為63以上。
直動式比例節流閥的構成是在傳統節流閥的基礎上，用電-機械轉換裝置代替手動節流機構而構成。為了提高調解精度還可加上位置檢測裝置。
單純的直動式比例節流閥產品較少見。早起產品中可見到采用伺服電動機，經減速后驅動轉閥型的比例節流閥。由于比例方向閥具有節流功能，實際使用中，常用二位四通比例方向閥來代替比例節流閥。比例方向閥有兩條通路，因此，作為比例節流閥使用時，根據過流量的要求，可以只利用其中一個節流口，也可同時使用兩個節流口。其連接情況，參見圖3-14所示。二位四通比例方向閥用作比例節流閥時，如要同時利用兩個通道，其無信號狀態可以有多種形式供選用。
直動式比例溢流閥
直動式比例溢流閥的工作原理及結構見圖3-2,。這是一種帶位置電反饋的雙彈簧結構的直動式溢流閥。它于手調式直動溢流閥的功能*一樣。其主要區別是用比例電磁鐵取代了手動彈簧力調節組件。
如圖3-2a所示，它主要包括閥體6，帶位置傳感器1、比例電磁鐵2、閥座7、閥芯5及調壓彈簧4等主要零件。當電信號輸入時，電磁鐵產生相應的電磁力，通過彈簧座3加在調壓彈簧4和閥芯上，并對彈簧預壓縮。此預壓縮量決定了溢流壓力。而壓縮量正比輸入電信號，所以溢流壓力也正比于輸入電信號，實現對壓力的比例控制。
彈簧座德實際位置由差動變壓器式位移傳感器1檢測，實際值被反饋到輸入端與輸入值進行比較，當出現誤差就由電控制器產生信號加以糾正。由圖3-2b所示的結構框圖可見，利用這種原理，可排除電磁鐵摩擦的影響，從而較少遲滯和提高重復精度等因素會影響調壓精度。顯然這是一種屬于間接檢測的反饋方式。
帶位置電反饋的直動式溢流閥
a)工作原理及結構 b）結構框圖
1—位移傳感器 2—比例電磁鐵 3—彈簧座 4—調壓彈簧
5—閥芯 6—閥體 7—閥座 8—調零螺釘
普通溢流閥可以靠不同剛度的調壓彈簧來改變壓力等級，而比例溢流閥卻不能。由于比例電磁鐵的推力是一定的，所以不同的等級要靠改變閥座的孔徑來獲得。這就使得不同壓力等級時，其允許的大溢流量也不相同。根據壓力等級不同，大過流量為2～10L/min。閥的大設定壓力就是閥的額定工作壓力，而設定低壓力與溢流量有關。這種直動式的溢流閥除在小流量場合下單獨作用，作為調節元件外，更多的是作為先導式溢流閥或減壓閥的先導閥用。另外，位于閥底部德調節螺釘8，可在一定范圍內，調節溢流閥的工作零位。
3.2.2先導式比例溢流閥
1.結構及工作原理
圖3-3所示為一種先導式比例溢流閥的結構圖。它的上部位先導級6，是一個直動式比例溢流閥。下部為主閥級11，中部帶有一個手調限壓閥10，用于防止系統過載。
當比例電磁鐵9通有輸入信號電流時，它施加一個直接作用在先導閥芯8上。先導壓力油從內部先導油口（取下螺堵13）或從外部先導油口X處進入，經流道口和節流3后分成兩股，一股經節流孔5作用在先導閥芯7上，另一股經節流孔4作用在閥芯撒謊女上部。只要A油口壓的壓力不足以使導閥打開，主閥芯的上下腔的壓力就保持相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，從而主閥芯保持關閉狀態。這是因為主閥芯上下有效面積相等，而上面有一個軟彈簧向下施加一個力，使閥芯關閉。
當主閥芯是錐閥，它既小又輕，要求的行程也很小，所以這種閥的響應很快。閥套上有三個徑向分布的油孔，當閥開啟時使油流分散流走，大大減少噪聲。節流孔4起動態壓力發虧作用，提高閥芯的穩定性。
圖3-3 先導式比例溢流閥
1—先導油流道 2—主閥彈簧 3.、4、5—節流口 6—先導閥
7—外泄口 8—先導閥芯 9—比例電磁鐵 10—安全閥
11—主閥級 12—主閥芯 13—內部先導油口螺堵
A—進油口 B—出油口 X—外部先導油口 Y—外部先導卸油口
與傳統的先導式溢流閥不同，比例溢流閥的壓力等級的獲得是靠改變先導閥的閥座孔徑來實現的。這點與比例直動式溢流閥*相同。較大的閥座孔徑對應著較低的壓力等級。小閥座孔徑可獲得較高的額定值。閥座的孔徑通常由制造廠根據閥座的壓力等級在制造時已經確定。
先導式比例溢流閥原理框架圖
從圖3-4所示的原理框架圖可以看出。閥座孔的面積A用來檢測主閥芯上腔的壓力P，當PA的積大于電磁力Fm時，導閥開啟，進而主閥開啟，間接控制主壓力PA.,顯然Px屬于中間變量,這種溢流閥的檢測方式屬于間接檢測方式。從圖中可見，主閥在小閉環之外，主閥中的各種干擾量，例如摩擦。液動力等的都會影響都得不到抑制，比例電磁鐵也在閉環之外。所以其壓力偏差和超調量都較大，常達15%以上。改進辦法可以采用直接檢測方式。
2.比例溢流閥的主要性能參數
1)靜態特性
圖3-5 溢流閥的靜態特性曲線
a）設定壓力與輸入電流的關系曲線 b)低設定壓力與
流量關系曲線 c）壓差—流量特性
比例溢流閥的靜態特性主要由三條特性曲線來表示，見圖3-5.一條為設定壓力PA與輸入電流I之間的關系曲線，稱為控制特性曲線，還有一條是溢流閥的前后壓差與流量的關系曲線。從此圖中可以確定溢流閥的主要性能參數；高，低設定壓力、滯環、線性度以及穩態調壓偏差等壓力特性。這些性能數據時設計的重要依據。
3.動態特性
比例溢流閥的動態特性一般用階躍響應和頻率響應曲線來表示（圖3-6）。從階躍響應曲線可以找到滯后時間τ，響應時間ts及超調量σ（見圖3-6a）。頻率特性曲線可以找出高工作頻率或頻寬。
b
比例溢流閥的動態特性曲線
單位階躍響應曲線 b）頻率響應曲線
3.3電液比例流量控制閥
比例流量控制閥的流量調節作用都在于改變節流口的開度。它與普通流量閥的主要區別是用某種電-機械轉換器取代原來的手調機構，用來調節節流口的流通面積。并使輸出流量與輸入信號成正比。
按閥口的流量公式有
當紊流時流量系數Cd近似為常數。由上式可見，改變同流面積A（x）可以改變流量，但節流口的前后壓差Δρ進行壓力補償分為比例節流閥和比例調速閥。也有采用流量直接反饋型的新原理比例流量閥。
比例方向閥由于具有對進口和出口流量同時節流的功能。因此，它本質上是個雙路的比例節流閥。如果從外部加上壓力補償裝置，就能使通過的流量與負載變化無關，具有調速閥的功能。
3.3.1直動式比例節流閥
比例節流閥也分為直動式和先導式。直動式的只有一級液壓放大。它的閥芯型式有轉閥、滑閥或插裝式。旋轉節流式由伺服電機經減速后帶動。移動節流式用比例電磁鐵驅動。前者習慣上稱為電動式，后者稱為電磁式。先導式多為二級液壓放大，也有三級的特大流量閥，其通徑為63以上。
直動式比例節流閥的構成是在傳統節流閥的基礎上，用電-機械轉換裝置代替手動節流機構而構成。為了提高調解精度還可加上位置檢測裝置。
單純的直動式比例節流閥產品較少見。早起產品中可見到采用伺服電動機，經減速后驅動轉閥型的比例節流閥。由于比例方向閥具有節流功能，實際使用中，常用二位四通比例方向閥來代替比例節流閥。比例方向閥有兩條通路，因此，作為比例節流閥使用時，根據過流量的要求，可以只利用其中一個節流口，也可同時使用兩個節流口。其連接情況，參見圖3-14所示。二位四通比例方向閥用作比例節流閥時，如要同時利用兩個通道，其無信號狀態可以有多種形式供選用。
3.4電液比例方向閥
電業比例方向閥是一種具有液流方向控制功能和流量控制功能的負荷閥。在壓差恒定的條件下，通過它的流量與輸入電信號成比例，而流動的方向取決于比例電磁鐵是否受到刺勵。常見的有二位四通和三位四通滑閥式。利用插裝式元件組成比例方向閥需要較多的元件，制造和控制都較為復雜。
3.4.1比例方向閥的結構及控制特點
1.比例方向閥的結構特點
由于電液比例方向閥是在開關型換向閥和電液伺服閥的基礎上發展起來的，他們之間有很多異同點。
比例閥閥芯與閥套的徑向間隙約為3-4μm，與普通換向閥相當，而伺服閥的配合間隙約為0.5μm左右。因此抗污染能力比伺服閥強的多。
為了減小中位泄露，比例閥的閥芯通常具有一定的搭接量。搭接量一般為額定控制電流的10%~15%。這使比例閥有較大的死區，雖然死區達10%以上，但可在電子放大器中進行補償，使死區大限度的減小。
比例方向閥的閥芯形狀是經特別加工和修整的，以適應同時對進、出口實行準確節流。一般方向閥閥芯臺肩是直角形的，而比例方向閥的閥芯則開有多至8個節流槽，節流槽口得幾何形狀為三角形，矩形，圓形或他們的組合。這些節流口有時稱為控制槽，在圓周上均勻分布，且左右對稱或成某一比例。通常比例系數為1/2。用來適應控制對稱執行器或非對稱執行器的需要。
2.比例方向閥的閥芯運動控制特點
一般的方向閥開啟過程總是先通過死區，然后全開，直至本質上消除節流作用為止。而比例方向閥通過死區后進入節流階段，而且節流槽的軸向長度永遠大于閥芯行程。這樣做可以使控制口總具有節流功能。而伺服閥閥芯與閥套的配合通常無死區，零位附近是伺服系統（特別是位置伺服系統）的主要工作點，因此，伺服閥的工作行程較小。從上面閥芯運動控制分析中可知：比例方向閥的閥口壓降比伺服閥約低一個數量級，約為2.5~8bar，但比電液換向閥的較高。比例電磁鐵的控制功率約為伺服閥的10倍以上，比電液換向閥的略高或相當。
現代電液比例方向閥中引入了各種內部反饋控制和采用零搭接，因此在滯環、重復精度、分辨率及線性等方面的性能與電液伺服閥幾乎相當，但在動態響應方面還比性能高的伺服閥稍差。
3.比例方向閥的中位機能及應用場合
三位四通比例方向閥也像電液換向閥那樣，具有不同的中位機能，以適應控制系統的特別要求。各種中位機能的獲得，是通過保持閥套的沉割槽和閥芯的臺肩長度不變，只改變節流口得軸向長度來實現。如圖3-27所示為幾種控制槽與閥套配合的情況。通過不同的配合可以得到不同的閥機能。圖中上部為職能符號，下部為結構簡圖。
圖3-27a所示為左右對稱的O型中閉閥芯與閥套配合的情況。如前所述，為減小泄露和簡化制造工藝，閥芯與閥套有約10%~15%的搭接量。在圓周上對稱開有若干個三角槽，在兩個方向上節流面積相等。節流槽的數量根據應用需要而定。這種閥主要用于對稱執行器。從P到A或從P到B的壓降基本一樣，能對對稱的液壓缸或油馬達提供良好的控制。
圖3-27b所示為對稱的P型中位節流型閥芯。在中位時，它能使P到A和B油口提供節流路徑。T油孔堵死。中位的節流是靠閥芯臺肩上的矩形節流槽與閥套形成一個不大的開口量而獲得的，允許約3%的額定流過。這種閥主要用于控制液壓馬達，在中位時向馬達提供必要的補油。因為液壓馬達在突然停止時會出現泄露或抽空現象。提供補油后，馬達的停止和啟動都會變得平穩。
對稱的YX型中位節流型閥芯。這種閥芯處于中位時P油口封團，A和B與T油口經節流孔相通。中位時，矩形節流槽的開口量可通過的流量也是約為額定流量的3%左右。這種閥主要用于面積比接近1:1的單出活塞缸。它可以消除中位時由于閥芯的泄露而引起的活塞緩慢外伸現象，也可以防止有桿腔的液壓力放大作用。在單出桿缸用于超越負載的場合，或某次平衡回路、液控單向閥回路的場合，有時就必須采用這種閥芯形式。
圖3-27d為O3中閉型閥，這是因為閥芯右側臺肩的外側沒有節流開口的緣故。因此左移時B油口與T油口互不相通。圖3-27e為YX型中位節流型閥芯，中位時P口封閉，A和B與T口節流相通有一矩形槽橫跨在B與T口上。閥芯左移時B與T口互不相通，這兩種閥芯主要用于差動連接回路。
此外，還有多種有實用價值的中位機能。表3-1給出了對稱閥芯及不對稱閥芯的中位機能、流通狀態及應用場合。可供設計時選擇使用。
從本質上說，由于電液比例方向閥的閥芯可以定位在任何一位置上，即位置是無級可調的，它就再不局限于3位閥了。其實，他可以作成四位或五位四通的型式。例如一個四位置的閥中有四個功能位置，如圖3-28所示。設兩電磁鐵電流為零時中位是位置2，電磁鐵a的指令信號從零增加至控制電流的40%時定位在位置3上，*控制電流時定位在位置4上。而當電磁鐵b的指令信號從0至*增長時，閥芯主檢定位在閥位1的位置上。可見，合理的利用比例閥的多工作位置特點，并與適當的點控制器配合使用，僅用一個比例方向閥就可以實現加速、減速、平衡、差動、快速及慢速等多種功能，可大大簡化液壓控制系統。
4.不對稱閥芯
由于比例方向閥能對進口和出口同時進行節流控制，當用于控制不同的執行機構時會出現一些新問題。例如，對稱的閥芯，即左右兩邊節流面積相同的閥芯，應用于控制對稱執行器時不會產生大的問題。但當應用于單出桿液壓缸等非對稱執行器時情況就不一樣。
設差動液壓缸的兩側有效面積比為2比1.如果進口和出口兩側的節流面積相等時，所得的閥壓力降便為1：4.
