《液壓控制元件 集流閥 插裝閥與疊加閥電液數(shù)字控制閥電液伺服閥電液比例控制閥PPT學習教案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《液壓控制元件 集流閥 插裝閥與疊加閥電液數(shù)字控制閥電液伺服閥電液比例控制閥PPT學習教案（54頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、會計學1液壓控制元件液壓控制元件 集流閥集流閥 插裝閥與疊加閥插裝閥與疊加閥 電液數(shù)字控制閥電液伺服閥電液比例控電液數(shù)字控制閥電液伺服閥電液比例控制閥制閥4.5.14.5.1分流集流閥分流集流閥 (1)分流集流閥分流集流閥 圖圖5.41a所示為等量分流集流閥的結構原理圖，所示為等量分流集流閥的結構原理圖，5.41b為其為其圖形符號。閥心圖形符號。閥心5、6在各自彈簧力的作用下處于中間位置的在各自彈簧力的作用下處于中間位置的平衡狀態(tài)。若負載壓力平衡狀態(tài)。若負載壓力p3p4，如果閥心，如果閥心 仍留在中間位置，必然仍留在中間位置，必然使使p1p2，這時連成一體，這時連成一體的閥心將向壓力小的一的閥

2、心將向壓力小的一側移動，相應地可變節(jié)側移動，相應地可變節(jié)流口減小，使壓力上升流口減小，使壓力上升，直至，直至p1=p2，閥心停止，閥心停止運動，由于兩個固定節(jié)運動，由于兩個固定節(jié)流孔流孔1和和2的面積相等，的面積相等，所以通過兩個固定節(jié)流所以通過兩個固定節(jié)流孔的流量孔的流量q1=q2，而不受，而不受出口壓力出口壓力p3及及p4變化的變化的影響。影響。第1頁/共54頁第2頁/共54頁分流集流閥分流集流閥(2/4)在分流工況時，如圖在分流工況時，如圖5.41c所示，由于所示，由于p0大于大于p1和和p2，所以閥心，所以閥心5、6處于相互分離狀態(tài)，互相勾住。若負處于相互分離狀態(tài)，互相勾住。若負載壓力

3、載壓力p3p4，如果閥心仍留在中間位置，必然使，如果閥心仍留在中間位置，必然使p1p2。這時連成一體的閥心將左移，可變節(jié)流口。這時連成一體的閥心將左移，可變節(jié)流口3減小，減小，使上升，直至使上升，直至p1=p2，閥芯停止運動，由于兩個固定節(jié)，閥芯停止運動，由于兩個固定節(jié)流孔流孔1和和2的面積相等，所以通過兩個固定節(jié)流孔的流的面積相等，所以通過兩個固定節(jié)流孔的流量量q1=q2，而不受出口壓力，而不受出口壓力p3及及p4變化的影響。變化的影響。在集流工況時，如圖在集流工況時，如圖5.41d所示，由于所示，由于p0小于小于p1和和p2，所以閥心，所以閥心5、6處于相互壓緊狀態(tài)。設負載壓力處于相互壓緊

4、狀態(tài)。設負載壓力p3p4，如果閥心仍留在中間位置，必然使，如果閥心仍留在中間位置，必然使p1p2。這時壓。這時壓緊成一體的閥心將左移，可變節(jié)流口緊成一體的閥心將左移，可變節(jié)流口4減小，使下降，減小，使下降，直至直至p1=p2，閥心停止運動，故，閥心停止運動，故q1=q2，而不受出口壓，而不受出口壓力力p3及及p4變化的影響。變化的影響。第3頁/共54頁分流集流閥分流集流閥(3/4)(2)分流閥的工作原理分流閥的工作原理 圖圖5.42a為等量分流閥的結構原理圖，圖為等量分流閥的結構原理圖，圖5.42b為等量分為等量分流閥的圖形符號。進口壓力為，流量為，進入閥后分為兩流閥的圖形符號。進口壓力為，流

5、量為，進入閥后分為兩路分別通過兩個面積相等的固定節(jié)流孔路分別通過兩個面積相等的固定節(jié)流孔1、2，并且分別進，并且分別進入油室入油室a、b腔，然后由可變節(jié)流口腔，然后由可變節(jié)流口3、4經(jīng)出口通往兩個執(zhí)經(jīng)出口通往兩個執(zhí)行元件行元件。第4頁/共54頁分流集流閥分流集流閥(4/4)若兩個執(zhí)行元件負載相等則分流閥的出口壓力若兩個執(zhí)行元件負載相等則分流閥的出口壓力p3=p4，因為閥中兩支流通道的尺寸完全對稱，所以輸出的流量亦因為閥中兩支流通道的尺寸完全對稱，所以輸出的流量亦對稱，對稱，q1=q2=q0/2，且，且p1=p2。當由于負載不對稱而出現(xiàn)。當由于負載不對稱而出現(xiàn)p3p4，且設，且設p3p4時，閥心

6、來不及運動而處于中間位置，時，閥心來不及運動而處于中間位置，必定使必定使q1q2，進而有，進而有p0p1p0p2，則使，則使p1p2。此時閥。此時閥心在不對稱壓力的作用下左移，使可變節(jié)流口心在不對稱壓力的作用下左移，使可變節(jié)流口3增大，節(jié)流增大，節(jié)流口口4減小，從而使減小，從而使q1增大，增大，q2減小，直至減小，直至q1=q2，p1=p2。閥心。閥心才在一個新的平衡位置上穩(wěn)定下來，輸往兩個執(zhí)行元件中才在一個新的平衡位置上穩(wěn)定下來，輸往兩個執(zhí)行元件中的流量相等，速度保持同步。的流量相等，速度保持同步。(3)集流閥的工作原理集流閥的工作原理 集流閥是按固定比例將兩股液流自動合成單一液流的集流閥是

7、按固定比例將兩股液流自動合成單一液流的流量控制閥。圖流量控制閥。圖5.42c所示為等量集流閥的圖形符號。其工所示為等量集流閥的圖形符號。其工作原理類同于分流集流閥的集流工況，這里不再敘述。作原理類同于分流集流閥的集流工況，這里不再敘述。分流閥通常用于同步精度要求不太高的同步系統(tǒng)中，分流閥通常用于同步精度要求不太高的同步系統(tǒng)中，但需要注意執(zhí)行元件的加工誤差及泄漏對其同步精度有影但需要注意執(zhí)行元件的加工誤差及泄漏對其同步精度有影響。響。第5頁/共54頁第6頁/共54頁1.1.插裝閥概述插裝閥概述 (1)插裝閥的組成插裝閥的組成 普通的閥在流量小于普通的閥在流量小于200300 L/min的系統(tǒng)中性

8、能的系統(tǒng)中性能良好，但用于良好，但用于大流量大流量系統(tǒng)并不一定具有良好的性能，特系統(tǒng)并不一定具有良好的性能，特別是閥的集成更成為難題。別是閥的集成更成為難題。20世紀世紀70年代初，插裝閥的年代初，插裝閥的出現(xiàn)為此開辟了新途徑。出現(xiàn)為此開辟了新途徑。插裝閥（圖插裝閥（圖5.43）也稱為）也稱為插裝式錐閥，它是以插裝單插裝式錐閥，它是以插裝單元為主閥，配以適當?shù)纳w板元為主閥，配以適當?shù)纳w板和不同的先導控制閥組合而和不同的先導控制閥組合而成的具有一定控制功能的組成的具有一定控制功能的組件。它可以組成方向閥、壓件。它可以組成方向閥、壓力閥和流量閥。力閥和流量閥。第7頁/共54頁插裝閥概述插裝閥概述(

9、2/3)(2)插裝閥結構（插裝件）的結構和工作原理插裝閥結構（插裝件）的結構和工作原理 插裝閥單元具體結構參看圖插裝閥單元具體結構參看圖5.44。它由閥套。它由閥套1、閥、閥心心2、彈簧、彈簧3、蓋板、蓋板4和密封件等組成。主閥心上腔作用和密封件等組成。主閥心上腔作用著著X口的液壓力和彈簧力，口的液壓力和彈簧力，A口和口和B口的液壓力作用在口的液壓力作用在閥心的下錐面上，用閥心的下錐面上，用X口的控制油壓力控制主通道口的控制油壓力控制主通道A和和B間的通斷，這是一個二通插裝閥。間的通斷，這是一個二通插裝閥。第8頁/共54頁插裝閥概述插裝閥概述(3/3)蓋板用來固定和密封插裝閥單元，蓋板用來固定

10、和密封插裝閥單元，溝通控制油路和溝通控制油路和主閥控制腔之間的聯(lián)系主閥控制腔之間的聯(lián)系。在蓋板。在蓋板4內也可裝嵌節(jié)流螺塞內也可裝嵌節(jié)流螺塞等徽型控制元件（如單向閥、梭閥、流量控制器和先等徽型控制元件（如單向閥、梭閥、流量控制器和先導壓力閥等），還可安裝位移傳感器等電器附件，以導壓力閥等），還可安裝位移傳感器等電器附件，以便構成某種控制功能的組合閥。若干個不同控制功能便構成某種控制功能的組合閥。若干個不同控制功能的二通插裝閥組裝在一個或多個插裝塊體內，便組成的二通插裝閥組裝在一個或多個插裝塊體內，便組成液壓回路。液壓回路。就工作原理而言，二通插裝閥相當于一個液控單向就工作原理而言，二通插裝閥相

11、當于一個液控單向閥。閥。A和和B為主油路的兩個僅有的工作油口，所以稱為為主油路的兩個僅有的工作油口，所以稱為二通閥，二通閥，X為控制油口。通過控制油口壓力大小的控制為控制油口。通過控制油口壓力大小的控制，即可控制主閥心的啟閉和油口，即可控制主閥心的啟閉和油口A、B的流向和壓力。的流向和壓力。第9頁/共54頁2.2.插裝方向閥插裝方向閥 (1)插裝單向閥插裝單向閥 插裝單向閥如圖插裝單向閥如圖5.45所示，將插裝單元的控制口所示，將插裝單元的控制口X與與A或或B連通，即成為普通單向閥；在其控制蓋板上接連通，即成為普通單向閥；在其控制蓋板上接一個二位三通換向閥作先導閥，便可成為液控單向閥一個二位三

12、通換向閥作先導閥，便可成為液控單向閥。第10頁/共54頁插裝方向閥插裝方向閥(2/2)(2)插裝換向閥插裝換向閥 圖圖5.46a所示為二位三通插裝換向閥。在該閥中，當電所示為二位三通插裝換向閥。在該閥中，當電磁鐵斷電時，磁鐵斷電時，A與與O通，通，P封閉；當電磁鐵通電時，封閉；當電磁鐵通電時，A與與P通通，O封閉，相當于一個二位三通電液換向閥。圖封閉，相當于一個二位三通電液換向閥。圖5.46b為三為三位三通插裝換向閥，當電磁鐵處于中位時，位三通插裝換向閥，當電磁鐵處于中位時，A、O與與P均不均不通；當電磁鐵通；當電磁鐵1YA通電時，通電時，A與與O通，通，P封閉；當電磁鐵封閉；當電磁鐵2YA通

13、電時，通電時，A與與P通，通，O封閉，相當于一個三位三通電液封閉，相當于一個三位三通電液換向換向 閥。圖閥。圖5.46c為四位三通為四位三通插裝換向閥。用多個先插裝換向閥。用多個先導閥（如上述各電磁閥導閥（如上述各電磁閥）和多個主閥相配，可）和多個主閥相配，可構成復雜的組合二通插構成復雜的組合二通插裝換向閥，這是普通換裝換向閥，這是普通換向閥做不到的。向閥做不到的。第11頁/共54頁第12頁/共54頁 (3)插裝壓力閥插裝壓力閥 圖圖5.47a所示為插裝溢流閥。當所示為插裝溢流閥。當B口通油箱，口通油箱，A口的壓力口的壓力油經(jīng)節(jié)流小孔進入控制腔油經(jīng)節(jié)流小孔進入控制腔X，并與溢流閥通，便成為先導

14、式，并與溢流閥通，便成為先導式溢流閥；若溢流閥；若B口不通油箱而接負載，便成為先導式順序閥?？诓煌ㄓ拖涠迂撦d，便成為先導式順序閥。圖圖5.47b為插裝卸荷閥。在插裝溢流閥的控制腔為插裝卸荷閥。在插裝溢流閥的控制腔X再接一再接一個二位二通電磁換向閥，當電磁鐵斷電時，具有溢流閥功能個二位二通電磁換向閥，當電磁鐵斷電時，具有溢流閥功能；當電磁鐵通電時，即為卸荷閥。；當電磁鐵通電時，即為卸荷閥。圖圖5.47c為插裝減壓閥。將插裝單元作為常開式滑閥結構為插裝減壓閥。將插裝單元作為常開式滑閥結構，B為一次壓力進口，為一次壓力進口，A為出口，為出口，A腔的壓力油經(jīng)節(jié)流小孔腔的壓力油經(jīng)節(jié)流小孔 與控制腔與控

15、制腔X通，并與先通，并與先導閥進口通，由于控導閥進口通，由于控制油取自制油取自A口，因而口，因而能得到恒定的二次壓能得到恒定的二次壓力，相當于定壓輸出力，相當于定壓輸出減壓閥。減壓閥。第13頁/共54頁第14頁/共54頁 (4)插裝流量閥插裝流量閥 圖圖5.48a所示為插裝節(jié)流閥的結構圖，單元的錐閥尾部帶所示為插裝節(jié)流閥的結構圖，單元的錐閥尾部帶節(jié)流窗口，錐閥的開啟高度由行程調節(jié)器（或螺桿）來控制節(jié)流窗口，錐閥的開啟高度由行程調節(jié)器（或螺桿）來控制，從而控制流量，成為插裝節(jié)流閥。，從而控制流量，成為插裝節(jié)流閥。在插裝方向控制閥的蓋板上增加閥心行程調節(jié)器，以調在插裝方向控制閥的蓋板上增加閥心行程

16、調節(jié)器，以調節(jié)閥心的開度，這個方向閥就兼具了可調節(jié)流閥的功能。閥節(jié)閥心的開度，這個方向閥就兼具了可調節(jié)流閥的功能。閥心上開有三角槽，以便于調節(jié)開口大小。若用比例電磁鐵取心上開有三角槽，以便于調節(jié)開口大小。若用比例電磁鐵取 代節(jié)流閥的手調裝置，代節(jié)流閥的手調裝置，則可組成二通插裝電液則可組成二通插裝電液比例節(jié)流閥。若在二通比例節(jié)流閥。若在二通插裝節(jié)流閥前串聯(lián)一個插裝節(jié)流閥前串聯(lián)一個定差減壓閥，就可組成定差減壓閥，就可組成二通插裝調速閥，如圖二通插裝調速閥，如圖5.48c所示。所示。第15頁/共54頁第16頁/共54頁 (5)插裝閥及其集成系統(tǒng)的特點插裝閥及其集成系統(tǒng)的特點 （a）插裝閥結構簡單，

17、通流能力大，故用通徑很）插裝閥結構簡單，通流能力大，故用通徑很小的先導閥與之配合便可構成通徑很大的各種二通插小的先導閥與之配合便可構成通徑很大的各種二通插裝閥，最大流量可達裝閥，最大流量可達10 000 L/min。b）不同的閥有相同的插裝主閥，一閥多能，便于）不同的閥有相同的插裝主閥，一閥多能，便于實現(xiàn)標準化。實現(xiàn)標準化。（c）泄漏小，便于無管連接，先導閥功率小，具有明顯）泄漏小，便于無管連接，先導閥功率小，具有明顯的節(jié)能效果。的節(jié)能效果。插裝閥目前廣泛用于冶金、船舶、塑料機械等大流量插裝閥目前廣泛用于冶金、船舶、塑料機械等大流量系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。第17頁/共54頁第18頁/共54頁4.6 電

18、液數(shù)字控制閥電液數(shù)字控制閥 用計算機對液壓或氣壓系統(tǒng)進行控制是技術發(fā)展的必然用計算機對液壓或氣壓系統(tǒng)進行控制是技術發(fā)展的必然趨向。但趨向。但電液比例閥或伺服閥能接收的信號是連續(xù)變化的電液比例閥或伺服閥能接收的信號是連續(xù)變化的電壓或電流電壓或電流，而計算機的指令是，而計算機的指令是“開開”或或“關關”的數(shù)字信的數(shù)字信息，要用計算機控制必須息，要用計算機控制必須進行數(shù)進行數(shù)/模轉換模轉換，其結果是使設備，其結果是使設備復雜，成本提高，可靠性降低。在這種技術的要求下，復雜，成本提高，可靠性降低。在這種技術的要求下，20世紀世紀80年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。用數(shù)字信息

19、直接控制的閥稱為電液數(shù)字控制閥用數(shù)字信息直接控制的閥稱為電液數(shù)字控制閥，簡稱數(shù)，簡稱數(shù)字閥。它可直接與計算機接口，不需要數(shù)字閥。它可直接與計算機接口，不需要數(shù)/模轉換板。數(shù)字模轉換板。數(shù)字閥與電液伺服閥、電液比例閥相比，其結構簡單，工藝性閥與電液伺服閥、電液比例閥相比，其結構簡單，工藝性好、價廉，抗污染能力強，重復性好，工作穩(wěn)定可靠，功好、價廉，抗污染能力強，重復性好，工作穩(wěn)定可靠，功耗小。耗小。接受計算機數(shù)字控制的方法有多種，目前常用的有接受計算機數(shù)字控制的方法有多種，目前常用的有增量控制增量控制法法和和脈寬調制法脈寬調制法，相應地數(shù)字閥也分增量式數(shù)字閥和脈寬，相應地數(shù)字閥也分增量式數(shù)字閥和

20、脈寬調制式數(shù)字閥兩類。當今技術較成熟的是增量式數(shù)字閥，調制式數(shù)字閥兩類。當今技術較成熟的是增量式數(shù)字閥，即用步進電動機驅動液壓閥。已有數(shù)字流量閥、數(shù)字壓力即用步進電動機驅動液壓閥。已有數(shù)字流量閥、數(shù)字壓力閥和數(shù)字方向流量閥等系列產(chǎn)品。閥和數(shù)字方向流量閥等系列產(chǎn)品。第19頁/共54頁第20頁/共54頁(1).(1).增量式增量式數(shù)字閥數(shù)字閥(2)脈寬調制式數(shù)字閥脈寬調制式數(shù)字閥分類分類第21頁/共54頁(1).(1).增量式增量式數(shù)字閥數(shù)字閥第22頁/共54頁第23頁/共54頁增量式數(shù)字閥由增量式數(shù)字閥由步進電機步進電機帶動工作，步進電機直接用數(shù)帶動工作，步進電機直接用數(shù)字量控制，其字量控制，其

21、轉角與輸入的數(shù)字式信號脈沖數(shù)成正比轉角與輸入的數(shù)字式信號脈沖數(shù)成正比，其轉速隨輸入的脈沖頻率的不同而變化。由于步進，其轉速隨輸入的脈沖頻率的不同而變化。由于步進電機是以增量控制的方式進行工作的，故此閥稱為增電機是以增量控制的方式進行工作的，故此閥稱為增量式數(shù)字閥。量式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥按其用途不同，有流量閥、壓力閥增量式數(shù)字閥按其用途不同，有流量閥、壓力閥和方向流量閥之分。圖和方向流量閥之分。圖5.49所示為步進電機直接驅動所示為步進電機直接驅動的數(shù)字流量閥的數(shù)字流量閥。第24頁/共54頁數(shù)字閥結構數(shù)字閥結構(2/4)在數(shù)字流量閥中，步進電機按計算機的指令轉在數(shù)字流量閥中，步進電機按計算機的

22、指令轉動，通過滾珠絲桿動，通過滾珠絲桿5變?yōu)檩S向位移，使節(jié)流閥心變?yōu)檩S向位移，使節(jié)流閥心6打打開閥口，從而控制流量。此閥有兩個面積梯度不同開閥口，從而控制流量。此閥有兩個面積梯度不同的節(jié)流口，閥心移動時首先打開左節(jié)流口的節(jié)流口，閥心移動時首先打開左節(jié)流口7，由于，由于非全周邊通流，故流量較小，繼續(xù)移動時打開全周非全周邊通流，故流量較小，繼續(xù)移動時打開全周邊通流的右節(jié)流口邊通流的右節(jié)流口8，流量增大。由于液流從軸向，流量增大。由于液流從軸向流入，且流出閥心時與軸線垂直，所以閥在開啟時流入，且流出閥心時與軸線垂直，所以閥在開啟時的液動力可以將向右作用的液壓力部分抵消掉。閥的液動力可以將向右作用的液

23、壓力部分抵消掉。閥從節(jié)流閥心、閥套從節(jié)流閥心、閥套1和連桿和連桿2的相對熱膨脹中獲得溫的相對熱膨脹中獲得溫度補償。度補償。第25頁/共54頁數(shù)字閥結構數(shù)字閥結構(3/4)圖圖5.50所示為先導式數(shù)字方向流量閥的圖形符號所示為先導式數(shù)字方向流量閥的圖形符號，其結構與電液換向閥類似，只是以步進電機取代，其結構與電液換向閥類似，只是以步進電機取代了電磁先導閥中的電磁鐵，通過控制步進電機的旋了電磁先導閥中的電磁鐵，通過控制步進電機的旋轉方向和角位移的大小，不僅可以改變閥的液流方轉方向和角位移的大小，不僅可以改變閥的液流方向，還可以控制各油口的輸出流量，這里不再敘述向，還可以控制各油口的輸出流量，這里不

24、再敘述。將普通壓力閥的手動機構改用步進電機控制，將普通壓力閥的手動機構改用步進電機控制，即可構成數(shù)字壓力閥。即可構成數(shù)字壓力閥。第26頁/共54頁 (2)脈寬調制式數(shù)字閥脈寬調制式數(shù)字閥脈寬調制放大器、電磁鐵、閥芯、脈寬調制放大器、電磁鐵、閥芯、閥套、閥套、閥桿、傳感器等閥桿、傳感器等 第27頁/共54頁 (2)脈寬調制式數(shù)字閥脈寬調制式數(shù)字閥 脈寬調制式數(shù)字閥可以直接用計算機進行控制，控制閥的脈寬調制式數(shù)字閥可以直接用計算機進行控制，控制閥的開和關以及開和關的時間間隔（即脈寬），就可控制液流的方開和關以及開和關的時間間隔（即脈寬），就可控制液流的方向、流量和壓力。向、流量和壓力。這種閥的閥心

25、多為錐閥、球閥和噴嘴擋板閥，可快速切換，且只這種閥的閥心多為錐閥、球閥和噴嘴擋板閥，可快速切換，且只有開和關兩個位置，故又稱快速開關型數(shù)字閥。有開和關兩個位置，故又稱快速開關型數(shù)字閥。圖圖5.51所示為二位二通電磁錐閥式開關型數(shù)字閥。當電磁鐵所示為二位二通電磁錐閥式開關型數(shù)字閥。當電磁鐵3不通電時，銜鐵不通電時，銜鐵2在右端彈簧（圖中未畫出）的作用下使錐閥在右端彈簧（圖中未畫出）的作用下使錐閥關閉；關閉；當電磁鐵當電磁鐵3有脈沖信號通過時，電磁吸力使銜鐵帶動左端有脈沖信號通過時，電磁吸力使銜鐵帶動左端的錐閥開啟的錐閥開啟。第28頁/共54頁2.2.數(shù)字閥的應用數(shù)字閥的應用 圖圖5.52所示為增

26、量式數(shù)字閥的應用原理。計算機發(fā)所示為增量式數(shù)字閥的應用原理。計算機發(fā)出需要的出需要的脈沖序列脈沖序列，經(jīng)驅動電源放大后使步進電機工，經(jīng)驅動電源放大后使步進電機工作，每個脈沖使步進電機沿給定方向轉動一個固定的作，每個脈沖使步進電機沿給定方向轉動一個固定的步距角，再通過凸輪或螺紋等機構使轉角轉換成位移步距角，再通過凸輪或螺紋等機構使轉角轉換成位移量，帶動閥心移動一定的距離。因此，根據(jù)步進電機量，帶動閥心移動一定的距離。因此，根據(jù)步進電機原有的位置和實際走的步數(shù)，可使數(shù)字閥得到相應的原有的位置和實際走的步數(shù)，可使數(shù)字閥得到相應的開度。開度。第29頁/共54頁液壓馬達的主要性能參數(shù)液壓馬達的主要性能參

27、數(shù)(2/6)圖圖5.53所示為脈寬調制式數(shù)字閥的使用原理。計算所示為脈寬調制式數(shù)字閥的使用原理。計算機發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)脈寬調制放大器放大后進入快速機發(fā)出的脈沖信號，經(jīng)脈寬調制放大器放大后進入快速開關數(shù)字閥中的電磁鐵，通過控制開關閥開啟時間的長開關數(shù)字閥中的電磁鐵，通過控制開關閥開啟時間的長短來控制流量，在需要作兩個方向運動的系統(tǒng)中要有兩短來控制流量，在需要作兩個方向運動的系統(tǒng)中要有兩個快速開關數(shù)字閥分別控制不同方向的運動。個快速開關數(shù)字閥分別控制不同方向的運動。第30頁/共54頁第31頁/共54頁第32頁/共54頁第33頁/共54頁第34頁/共54頁概述概述1.1.電電機械轉換器機械轉換器

28、電電機械轉換器是比例閥的控制部分，目前常用的形式機械轉換器是比例閥的控制部分，目前常用的形式有有比例電磁鐵比例電磁鐵、動圈式力馬達動圈式力馬達、力矩馬達力矩馬達、伺服電機伺服電機和和步步進電機進電機等五種。等五種。(1)比例電磁鐵比例電磁鐵 比例電磁鐵是一種直流電磁鐵，但和普通電磁閥用的電比例電磁鐵是一種直流電磁鐵，但和普通電磁閥用的電磁鐵不同，它要求吸力（或位移）與輸入電流成比例，并磁鐵不同，它要求吸力（或位移）與輸入電流成比例，并在銜鐵的全部工作位置上，磁路中保持一定的氣隙。按其在銜鐵的全部工作位置上，磁路中保持一定的氣隙。按其輸出位移的形式分有單向移動式和雙向移動式兩種。圖輸出位移的形式

29、分有單向移動式和雙向移動式兩種。圖5.54a所示為單向移動式比例電磁鐵。線圈所示為單向移動式比例電磁鐵。線圈2通電后形成的磁通電后形成的磁路經(jīng)殼體路經(jīng)殼體5、導向套、導向套12的右段、銜鐵的右段、銜鐵10后，分成兩路：一路后，分成兩路：一路由導向套左段的錐端到軛鐵由導向套左段的錐端到軛鐵1而產(chǎn)生斜面吸力；另一路直接而產(chǎn)生斜面吸力；另一路直接由銜鐵的左段端面到軛鐵而產(chǎn)生表面吸力。其合力即為比由銜鐵的左段端面到軛鐵而產(chǎn)生表面吸力。其合力即為比例電磁鐵的輸出力（吸力），其特性如圖例電磁鐵的輸出力（吸力），其特性如圖5.54b所示。所示。第35頁/共54頁 在圖在圖5.54b中，特性曲線分為三段，在氣

30、隙很小的區(qū)中，特性曲線分為三段，在氣隙很小的區(qū)段上，吸力雖大，但隨位置的改變而急劇變化；而在氣段上，吸力雖大，但隨位置的改變而急劇變化；而在氣隙較大的區(qū)段上，吸力明顯下降；吸力隨位置變化較小隙較大的區(qū)段上，吸力明顯下降；吸力隨位置變化較小的區(qū)段是比例電磁鐵的工作區(qū)段。由于在此區(qū)段內具有的區(qū)段是比例電磁鐵的工作區(qū)段。由于在此區(qū)段內具有基本水平的位移基本水平的位移力特性，所以改變線圈中的電流，即力特性，所以改變線圈中的電流，即可在銜鐵上得到與其成比例的吸力。如在銜鐵左側加一可在銜鐵上得到與其成比例的吸力。如在銜鐵左側加一彈簧彈簧9，便可得到與電流成正比的位移。，便可得到與電流成正比的位移。比例電磁

31、鐵比例電磁鐵(2/4)第36頁/共54頁 圖圖5.55所示為雙向移動式比例電磁鐵。它由兩個單所示為雙向移動式比例電磁鐵。它由兩個單向直流比例電磁鐵相對組合而成。向直流比例電磁鐵相對組合而成。比例電磁鐵比例電磁鐵(3/4)第37頁/共54頁 在殼體內對稱地安放著兩對線圈：一對為勵磁線圈在殼體內對稱地安放著兩對線圈：一對為勵磁線圈，它們極性相反互相串聯(lián)或并聯(lián)，由一恒流電源供給恒，它們極性相反互相串聯(lián)或并聯(lián)，由一恒流電源供給恒定的勵磁電流，在磁路內形成初始磁通；另一對為控制定的勵磁電流，在磁路內形成初始磁通；另一對為控制線圈，它們極性相同互相串聯(lián)，僅有勵磁電流時，左右線圈，它們極性相同互相串聯(lián)，僅有

32、勵磁電流時，左右兩端的電磁吸力大小相等，方向相反，銜鐵處于平衡狀兩端的電磁吸力大小相等，方向相反，銜鐵處于平衡狀態(tài)，輸出力為零。當有控制電流通過時，兩控制線圈分態(tài)，輸出力為零。當有控制電流通過時，兩控制線圈分別在左右兩半環(huán)形磁路內產(chǎn)生極性相同、大小相等的控別在左右兩半環(huán)形磁路內產(chǎn)生極性相同、大小相等的控制磁通，它們與原有初始磁通疊加，在左右工作氣隙內制磁通，它們與原有初始磁通疊加，在左右工作氣隙內產(chǎn)生差動效應，形成了與控制電流方向和大小相對應的產(chǎn)生差動效應，形成了與控制電流方向和大小相對應的輸出力。由于采用了初始磁通，避開了鐵磁材料磁化曲輸出力。由于采用了初始磁通，避開了鐵磁材料磁化曲線起始段

33、的影響，它不僅具有良好的位移線起始段的影響，它不僅具有良好的位移力水平特性力水平特性，而且無零位死區(qū)，線性好，滯環(huán)小，動態(tài)響應較快。，而且無零位死區(qū)，線性好，滯環(huán)小，動態(tài)響應較快。比例電磁鐵比例電磁鐵(4/4)第38頁/共54頁 (2)動圈式力馬達動圈式力馬達 圖圖5.56所示為動圈式力馬達。它也是一種移動式電所示為動圈式力馬達。它也是一種移動式電機械轉換器。運動件是線圈。當可動控制線圈機械轉換器。運動件是線圈。當可動控制線圈4中通中通入控制電流時，線圈在磁場中受力而移動。此力的方向入控制電流時，線圈在磁場中受力而移動。此力的方向由電流方向及固定磁通方向按左手定則來確定。力的大由電流方向及固定

34、磁通方向按左手定則來確定。力的大小與磁場強度及電流大小成正比。小與磁場強度及電流大小成正比。動圈式力馬達動圈式力馬達(1/1)動圈式力馬達的線性動圈式力馬達的線性行程范圍大（行程范圍大（24mm），滯環(huán)小，可動件質量小，滯環(huán)小，可動件質量小，工作頻率較寬，結構簡，工作頻率較寬，結構簡單，但如采用濕式方案，單，但如采用濕式方案，動圈受油的阻尼較大，影動圈受油的阻尼較大，影響頻寬，因此適合作為氣響頻寬，因此適合作為氣壓比例元件。壓比例元件。第39頁/共54頁 (3)力矩馬達力矩馬達 圖圖5.57所示為動圈式永磁力矩馬達。它由上下兩塊所示為動圈式永磁力矩馬達。它由上下兩塊導磁體導磁體3，左右兩塊永久

35、磁鐵，帶扭軸（彈簧管）的銜，左右兩塊永久磁鐵，帶扭軸（彈簧管）的銜鐵鐵4及套在銜鐵上的兩個控制線圈組成。銜鐵懸掛在扭及套在銜鐵上的兩個控制線圈組成。銜鐵懸掛在扭軸上，它可以繞扭軸在軸上，它可以繞扭軸在a、b、c和和d四個氣隙中擺動。四個氣隙中擺動。力矩馬達力矩馬達(1/2)第40頁/共54頁 當線圈控制電流為零時，四個氣隙中均有永久磁鐵當線圈控制電流為零時，四個氣隙中均有永久磁鐵所產(chǎn)生的固定磁場的磁通，因此作用在銜鐵上的吸力相所產(chǎn)生的固定磁場的磁通，因此作用在銜鐵上的吸力相等，銜鐵處于中位平衡狀態(tài)。通入控制電流后，所產(chǎn)生等，銜鐵處于中位平衡狀態(tài)。通入控制電流后，所產(chǎn)生的控制磁通與固定磁通疊加，

36、兩個氣隙中的磁通增大，的控制磁通與固定磁通疊加，兩個氣隙中的磁通增大，在另兩個氣隙中的磁通減小，因此作用在銜鐵上吸力失在另兩個氣隙中的磁通減小，因此作用在銜鐵上吸力失去平衡，產(chǎn)生力矩而使銜鐵偏轉。當作用在銜鐵上的電去平衡，產(chǎn)生力矩而使銜鐵偏轉。當作用在銜鐵上的電磁力矩與扭軸的彈性變形力矩及外負載力矩平衡時，銜磁力矩與扭軸的彈性變形力矩及外負載力矩平衡時，銜鐵在某一扭軸位置上處于平衡狀態(tài)。鐵在某一扭軸位置上處于平衡狀態(tài)。力矩馬達輸出力矩較小，適合控制噴嘴擋板類的先力矩馬達輸出力矩較小，適合控制噴嘴擋板類的先導級閥。其自振頻率高，功率重量比大，抗加速度零漂導級閥。其自振頻率高，功率重量比大，抗加速

37、度零漂性能好，但工作行程很?。ㄐ∮谛阅芎?，但工作行程很小（小于0.2 mm）,制造精度要制造精度要求高，抗干擾能力差一些。求高，抗干擾能力差一些。力矩馬達力矩馬達(2/2)第41頁/共54頁 (4)伺服電機伺服電機 伺服電機是可以連續(xù)旋轉的電機械轉換器伺服電機是可以連續(xù)旋轉的電機械轉換器。其輸出轉速與輸入電壓成正比，并能實現(xiàn)正反。其輸出轉速與輸入電壓成正比，并能實現(xiàn)正反向速度控制。它屬于功率很小的微特電機，其輸向速度控制。它屬于功率很小的微特電機，其輸出轉速與輸入電壓的傳遞函數(shù)可近似視為一階延出轉速與輸入電壓的傳遞函數(shù)可近似視為一階延遲環(huán)節(jié)，機電時間常數(shù)一般在十幾毫秒到幾十毫遲環(huán)節(jié)，機電時間常

38、數(shù)一般在十幾毫秒到幾十毫秒之間，某些低慣量的直流伺服電機僅為幾毫秒秒之間，某些低慣量的直流伺服電機僅為幾毫秒到二十幾毫秒。到二十幾毫秒。伺服電機具有起啟轉矩大，調速范圍寬，機伺服電機具有起啟轉矩大，調速范圍寬，機械特性和調節(jié)特性的線性度好，控制方便等優(yōu)點械特性和調節(jié)特性的線性度好，控制方便等優(yōu)點。伺服電機伺服電機(1/1)第42頁/共54頁 (5)步進電機步進電機 步進電機是一種數(shù)字式旋轉運動的電機械轉換步進電機是一種數(shù)字式旋轉運動的電機械轉換器，它可將脈沖信號轉換為相應的角位移。器，它可將脈沖信號轉換為相應的角位移。每輸入一每輸入一個脈沖信號，電動機就轉過一個步距角，其轉角與輸個脈沖信號，電

39、動機就轉過一個步距角，其轉角與輸入的數(shù)字式信號脈沖數(shù)成正比，轉速隨輸入的脈沖頻入的數(shù)字式信號脈沖數(shù)成正比，轉速隨輸入的脈沖頻率而變化率而變化。當輸入反向脈沖時，步進電機將反向旋轉。當輸入反向脈沖時，步進電機將反向旋轉。由于它直接用數(shù)字量控制，不需經(jīng)過數(shù)。由于它直接用數(shù)字量控制，不需經(jīng)過數(shù)/模轉換，就模轉換，就能與計算機聯(lián)用，控制方便，調速范圍寬，位置精度能與計算機聯(lián)用，控制方便，調速范圍寬，位置精度較高，工作時步數(shù)不易受電壓波動和負載影響。較高，工作時步數(shù)不易受電壓波動和負載影響。步進電機需要專門的驅動電源，一般包括變頻信步進電機需要專門的驅動電源，一般包括變頻信號源、脈沖分配器和功率放大器。

40、號源、脈沖分配器和功率放大器。步進電機步進電機(1/1)第43頁/共54頁2.2.比例閥的結構比例閥的結構 (1)比例壓力閥比例壓力閥 液壓比例壓力閥按用途不同，有比例溢流閥、比液壓比例壓力閥按用途不同，有比例溢流閥、比例減壓閥、比例順序閥之分。按結構特點分有直動式例減壓閥、比例順序閥之分。按結構特點分有直動式和先導式比例壓力閥。和先導式比例壓力閥。圖圖5.58所示為直動式比例溢流閥結構圖。比例電磁所示為直動式比例溢流閥結構圖。比例電磁鐵鐵1通電后產(chǎn)生吸力，經(jīng)推桿通電后產(chǎn)生吸力，經(jīng)推桿2和傳力彈簧和傳力彈簧3作用在錐閥作用在錐閥上，當錐閥底面的液壓力大于電磁吸力時，錐閥被頂上，當錐閥底面的液壓

41、力大于電磁吸力時，錐閥被頂開而溢流，連續(xù)地改變控制電流的大小，即可連續(xù)地開而溢流，連續(xù)地改變控制電流的大小，即可連續(xù)地按比例地控制錐閥的開啟壓力。按比例地控制錐閥的開啟壓力。第44頁/共54頁第45頁/共54頁 圖圖5.59所示為先導式比例溢流閥結構圖。其下部主閥與普所示為先導式比例溢流閥結構圖。其下部主閥與普通溢流閥相同。上部為先導壓力閥。該閥還附有一個手動調通溢流閥相同。上部為先導壓力閥。該閥還附有一個手動調整的先導閥整的先導閥9，用于限制比例溢流閥的最高壓力，以避免因電，用于限制比例溢流閥的最高壓力，以避免因電子儀器發(fā)生故障使得控制電流過大，壓力超過系統(tǒng)允許最大子儀器發(fā)生故障使得控制電流

42、過大，壓力超過系統(tǒng)允許最大壓力的可能性。如將比例先導壓力閥的回油及先導閥壓力的可能性。如將比例先導壓力閥的回油及先導閥9的回油的回油都與主閥回油分開，則可作比例順序閥使用。都與主閥回油分開，則可作比例順序閥使用。比例壓力閥比例壓力閥(2/3)第46頁/共54頁 圖圖5.60所示為先導式比例減壓閥。動圈式力馬達推所示為先導式比例減壓閥。動圈式力馬達推桿端部起擋板作用，擋板的位移與輸入的控制電流成比桿端部起擋板作用，擋板的位移與輸入的控制電流成比例，從而改變噴嘴擋板之間的可變液阻，控制了噴嘴前例，從而改變噴嘴擋板之間的可變液阻，控制了噴嘴前的先導壓力。的先導壓力。比例壓力閥比例壓力閥(3/3)第4

43、7頁/共54頁 (2)比例流量閥比例流量閥 比例流量閥是通過控制比例電磁鐵線圈中的電流來比例流量閥是通過控制比例電磁鐵線圈中的電流來改變閥心的開度（有效斷面積），實現(xiàn)對輸出流量的改變閥心的開度（有效斷面積），實現(xiàn)對輸出流量的連續(xù)成比例控制。其外觀和結構與壓力型相似。所不連續(xù)成比例控制。其外觀和結構與壓力型相似。所不同的是壓力型的閥心具有調壓特性，靠先導壓力與比同的是壓力型的閥心具有調壓特性，靠先導壓力與比例電磁力相平衡，來調節(jié)先導壓力的大??；而流量型例電磁力相平衡，來調節(jié)先導壓力的大?。欢髁啃偷拈y心具有節(jié)流特性，靠彈簧力與比例電磁力相平衡的閥心具有節(jié)流特性，靠彈簧力與比例電磁力相平衡，來調節(jié)

44、流量的大小和流通方向。按通道數(shù)的不同，來調節(jié)流量的大小和流通方向。按通道數(shù)的不同，比例流量閥又有二通和三通之分。比例流量閥主要應比例流量閥又有二通和三通之分。比例流量閥主要應用于缸或馬達的位置或速度控制。用于缸或馬達的位置或速度控制。比例流量閥有比例節(jié)流閥和比例調速閥兩大類。比例流量閥有比例節(jié)流閥和比例調速閥兩大類。它們是由電機械比例轉換器與流量閥組合而成。它們是由電機械比例轉換器與流量閥組合而成。比例節(jié)流閥是在普通節(jié)流閥的基礎上，利用電比例節(jié)流閥是在普通節(jié)流閥的基礎上，利用電機械比例轉換器對節(jié)流閥口進行控制而組成比例節(jié)流機械比例轉換器對節(jié)流閥口進行控制而組成比例節(jié)流閥。閥。比例流量閥比例流量

45、閥(1/2)第48頁/共54頁 比例調速閥如圖比例調速閥如圖5.61所示。比例電磁鐵所示。比例電磁鐵1的的輸出力作用在節(jié)流閥心輸出力作用在節(jié)流閥心2上，與彈簧力、液動力上，與彈簧力、液動力、摩擦力相平衡，一定的控制電流對應一定的、摩擦力相平衡，一定的控制電流對應一定的節(jié)流開度。通過改變輸入電流的大小，即可改節(jié)流開度。通過改變輸入電流的大小，即可改變通過調速閥的流量。變通過調速閥的流量。比例流量閥比例流量閥(2/2)第49頁/共54頁 (3)比例方向控制閥比例方向控制閥 把插裝方向閥中的電磁鐵換成比例電磁鐵即構成比把插裝方向閥中的電磁鐵換成比例電磁鐵即構成比例方向控制閥。比例方向控制閥不僅用來改

46、變液流方向例方向控制閥。比例方向控制閥不僅用來改變液流方向，還可以控制流量的大小。它和普通換向閥的外形相似，還可以控制流量的大小。它和普通換向閥的外形相似，但閥心的結構有區(qū)別，它可以實現(xiàn)不同的中位機能。，但閥心的結構有區(qū)別，它可以實現(xiàn)不同的中位機能。在比例電磁鐵的前端可附有位移傳感器（或稱差動變壓在比例電磁鐵的前端可附有位移傳感器（或稱差動變壓器），這種電磁鐵稱為行程控制比例電磁鐵。位移傳感器），這種電磁鐵稱為行程控制比例電磁鐵。位移傳感器能準確地測定比例電磁鐵的行程，并向電放大器發(fā)出器能準確地測定比例電磁鐵的行程，并向電放大器發(fā)出電反饋信號。電放大器將輸入信號和反饋信號加以比較電反饋信號。電

47、放大器將輸入信號和反饋信號加以比較后，再向電磁鐵發(fā)出糾正信號，以補償誤差，這樣便能后，再向電磁鐵發(fā)出糾正信號，以補償誤差，這樣便能消除液動力等干擾因素，保持準確的閥心位置或節(jié)流口消除液動力等干擾因素，保持準確的閥心位置或節(jié)流口面積。這是面積。這是20世紀世紀70年代末比例閥進入成熟階段的標志年代末比例閥進入成熟階段的標志。80年代以來，由于采用各種更加完善的反饋裝置和優(yōu)年代以來，由于采用各種更加完善的反饋裝置和優(yōu)化設計，比例閥的動態(tài)性能雖仍低于伺服閥，但靜態(tài)性化設計，比例閥的動態(tài)性能雖仍低于伺服閥，但靜態(tài)性能已大致相同，而價格卻低廉得多。能已大致相同，而價格卻低廉得多。比例方向控制閥比例方向控

48、制閥(1/3)第50頁/共54頁 圖圖5.62所示為先導式比例方向控制閥的結構圖。當所示為先導式比例方向控制閥的結構圖。當比例電磁鐵比例電磁鐵1收到信號時，在先導閥的工作油口收到信號時，在先導閥的工作油口B產(chǎn)生產(chǎn)生一個恒定的壓力，一個恒定的壓力，B腔的油液壓力通過控制油道作用在腔的油液壓力通過控制油道作用在主閥心的右端，推動主閥心左移直至與主閥心的彈簧相主閥心的右端，推動主閥心左移直至與主閥心的彈簧相平衡，主閥心上所開的節(jié)流槽相對于主閥體上的控制臺平衡，主閥心上所開的節(jié)流槽相對于主閥體上的控制臺階有一定的開口量，連續(xù)地給比例電磁鐵階有一定的開口量，連續(xù)地給比例電磁鐵1輸入電信號輸入電信號，就會

49、使主閥的，就會使主閥的P腔到腔到A腔、腔、B腔到腔到O腔成比例地輸出流腔成比例地輸出流量。量。比例方向控制閥比例方向控制閥(2/3)第51頁/共54頁 若給比例電磁鐵若給比例電磁鐵2輸入電信號，就會使主閥的輸入電信號，就會使主閥的P腔到腔到B腔、腔、A腔到腔到O腔成比例地輸出流量。腔成比例地輸出流量。比例閥是介于普通閥與伺服閥之間的控制閥。與普比例閥是介于普通閥與伺服閥之間的控制閥。與普通閥比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平，雖不如伺服閥通閥比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平，雖不如伺服閥的性能好，但成本低，對系統(tǒng)的污染要求比伺服系統(tǒng)低的性能好，但成本低，對系統(tǒng)的污染要求比伺服系統(tǒng)低。為此，它廣泛應用

50、于要求對液壓參數(shù)進行連續(xù)遠距控。為此，它廣泛應用于要求對液壓參數(shù)進行連續(xù)遠距控制或程序控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求不太高的制或程序控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求不太高的系統(tǒng)。系統(tǒng)。如系統(tǒng)的液壓參數(shù)的設定值超過三個，使用比例閥如系統(tǒng)的液壓參數(shù)的設定值超過三個，使用比例閥對其進行控制是最恰當?shù)摹４送?，利用斜波信號作用在對其進行控制是最恰當?shù)摹４送?，利用斜波信號作用在比例方向閥上，可以對機構的加速和減速實現(xiàn)有效的控比例方向閥上，可以對機構的加速和減速實現(xiàn)有效的控制；利用比例方向閥和壓力補償器實現(xiàn)負載補償，便可制；利用比例方向閥和壓力補償器實現(xiàn)負載補償，便可精確地控制機構的運動速度而不受負載影響。精確地控制機構的運動速度而不受負載影響。比例方向控制閥比例方向控制閥(3/3)第52頁/共54頁第53頁/共54頁