电液比例阀的功能及应用

电液比例阀简称比例阀，是一种能按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行控制的液压阀。采用电液比例阀能使系统实现自动控制、远程控制和程序控制，能把电的快速、灵活等优点与液压传动功率大等特点结合起来，并能防止压力或速度变化及换向时的冲击现象，有利于简化系统，减少元件的使用量。

电液比例阀按控制功能可以分为电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例方向阀和电液比例复合阀（如比例压力流量阀）。

电液比例阀通常由电气-机械转换器和液压阀两部分组成，目前采用的电气-机械转换器主要有比例电磁铁、动圈式力马达、力矩马达、伺服电机和步进电机5种形式，在此仅介绍比例电磁铁。

1.比例电磁铁

比例电磁铁是一种直流电磁铁，但和普通电磁换向阀所用的电磁铁不同。普通电磁换向阀所用的电磁铁只要求有吸合和断开两个位置，并且为了增加吸力，在吸合时磁路中几乎没有气隙。比例电磁铁要求吸力（或位移）与输入电流成正比，并在衔铁的全部工作位置上，磁路中保持一定的气隙。

图8.4.1所示为比例电磁铁的结构与特性曲线。线圈3通电后形成的磁路对衔铁4产生吸力，其特性曲线如图8.4.1（b）所示。图中还画出了普通电磁铁的吸力特性以便比较。将此比例电磁铁的吸力特性分为3个区段，在气隙很小的区段Ⅰ，吸力虽大，但吸力随位置改变而急剧变化；在气隙较大的区段Ⅲ，吸力明显下降；吸力随位置变化较小的区段Ⅱ是比例电磁铁的工作区段（图中的限位片8用以防止衔铁进入Ⅰ区段工作）。

图8.4.1　比例电磁铁结构与特性

（a）结构图；（b）特性曲线
1—推杆；2—壳体；3—线圈；4—衔铁；5—轴承环；6—隔磁环；7—导向套；8—限位片；9—极靴；
Ⅰ—吸合区；Ⅱ—工作行程区；Ⅲ—空行程区

由于磁路结构的特点，使之具有如图8.4.1（b）所示的几乎水平的电磁力行程特性，改变线圈中的电流，即可在衔铁上得到与其成比例的吸力。图8.4.1所示的电磁铁的输出是电磁推力，故称为力输出型。如果要求比例电磁铁的输出为位移时，可在衔铁左侧加一弹簧（当衔铁与阀芯直接连接时，此弹簧常处于阀芯左侧），便可得到与电流成正比的位移。

还有一种带位移反馈的位置输出型比例电磁铁，如图8.4.2所示。这种电磁铁由于有衔铁位移的电反馈闭环，因此当输入控制电信号一定时，不管与负载相匹配的比例电磁铁输出电磁力如何变化，其输出位移仍保持不变。因此，它能抑制摩擦力等扰动影响，使之具有极为优良的稳态控制精度和抗干扰特性。

图8.4.2　带位移反馈的比例电磁铁原理图

与电液伺服阀相似，控制比例阀的比例放大器也是具有深度电流负反馈的电子控制放大器，其输出电流和输入电压成正比。比例放大器的构成与伺服放大器也相似，但一般要复杂一些，如比例放大器一般均带有颤振信号发生器，还有零区电流跳跃等功能。

2.电液比例阀与电液伺服阀的比较

电液比例阀是介于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种控制阀，比例阀结构简单，制造精度要求和价格均比电液伺服阀低，抗污染性好，维护保养方便，虽然动态快速性比电液伺服阀低，但在很多领域中已得到广泛的应用。电液比例阀和电液伺服阀的比较见表8.4.1。

表8.4.1　电液比例阀和电液伺服阀的比较

3.电液比例压力阀

电液比例压力阀按用途不同可分为电液比例溢流阀、电液比例减压阀和电液比例顺序阀。按结构特点不同，又可分为直动式和先导式两种类型。

先导式电液比例压力阀包括主阀和先导阀两部分。其主阀部分与普通压力阀相同，而其先导阀本身实际就是直动式比例压力阀，它是以电气-机械转换器代替普通直动式压力阀上的操纵机构而形成的。

1）直动式电液比例溢流阀

图8.4.3所示为直动式电液比例溢流阀。比例电磁铁1通电后产生吸力经推杆2和传力弹簧3作用在锥阀阀芯4上，当锥阀底面的液压力大于电磁吸力时，锥阀被顶开溢流。连续地改变控制电流的大小，即可连续地、按比例地控制锥阀的开启压力。

图8.4.3　直动式电液比例溢流阀

（a）结构图；（b）图形符号
1—比例电磁铁；2—推杆；3—传力弹簧；4—锥阀阀芯

图8.4.4所示为一种带位移电反馈的直动式电液比例溢流阀结构图，主要由锥阀阀芯、阀体1、带位移传感器3的比例电磁铁2、阀座4、调压弹簧6和保护性弹簧5等组成。带位移传感器的比例电磁铁2是一种位置调节型比例电磁铁，其输出控制量是推杆的位置，而不是力。当输入电信号时，比例电磁铁2产生的电磁力通过弹簧座7作用在调压弹簧6和锥阀阀芯上，并使弹簧6压缩。推杆和弹簧座的位置通过位移传感器检测并反馈到比例放大器，构成推杆位移的闭环控制，使弹簧6产生与输入信号成比例的精确压缩量。由于弹簧6的压缩量决定了溢流压力，而压缩量又正比于输入电信号，所以溢流压力也正比于输入电信号，从而实现对压力的比例控制。由于有位移反馈闭环控制，可抑制比例电磁铁的摩擦、磁滞等干扰，因而控制精度显著提高。但是由于流量变化所引起的弹簧压缩量（或弹簧力）以及稳态液动力的变化等干扰因素不能得到抑制，对压力控制精度的提高会带来不利影响。弹簧5是阀芯前端的保护性弹簧，当输入电信号为零时，可降低其卸荷压力。(www.xing528.com)

图8.4.4　带位移电反馈的直动式电液比例溢流阀结构图

1—阀体；2—比例电磁铁；3—位移传感器；4—阀座；5，6—弹簧；7—弹簧座；8—排气螺钉

2）先导式电液比例溢流阀

图8.4.5所示为先导式电液比例溢流阀，其下部为与普通溢流阀相同的主阀，上部则为直动式电液比例溢流阀作为先导阀。该阀还附有一个手动调整的限压阀10，用以限制比例溢流阀的最高压力，以避免因电子仪器发生故障使得控制电流过大，压力超过系统允许最高压力。

图8.4.5　先导式电液比例溢流阀

（a）结构图；（b）图形符号
1—先导油流道；2—主阀弹簧；3，4—节流孔；5—先导阀座；6—先导阀；7—外泄口；8—先导阀芯；
9—比例电磁铁；10—手动限压阀；11—主阀；12—主阀芯；13—内部先导油口螺塞

4.电液比例流量阀

电液比例流量阀分为电液比例节流阀和电液比例调速阀两大类。

1）电液比例节流阀

在普通节流阀的基础上，利用电气-机械比例转换器对节流阀口进行控制，即成为比例节流阀。对移动式节流阀而言，利用比例电磁铁来推动；对旋转式节流阀而言，采用伺服电机经减速后来驱动。

2）电液比例调速阀

图8.4.6所示为直动式电液比例调速阀。比例电磁铁1的输出力作用在节流阀阀芯2上，与弹簧力、液动力、摩擦力相平衡。一定的控制电流对应一定的节流口开度，通过改变输入电流的大小，即可改变通过调速阀的流量。

5.电液比例方向阀

将普通电磁换向阀中的电磁铁改成比例电磁铁，并严格控制阀芯和阀体上控制边的轴向尺寸，即成为比例方向阀。此阀除可换向外，还可使其开阀口大小与输入电流成比例，以调节通过的流量，也叫比例方向流量阀。显然，比例方向流量既可以改变液流方向，还可以控制流量的大小。它相当于一个比例节流阀加换向阀。它可以有多种滑阀机能，既可以是二位阀，也可以是三位阀。

图8.4.6　直动式电液比例调速阀

（a）结构图；（b）图形符号
1—比例电磁铁；2—节流阀阀芯；3—定差减压阀；4—弹簧

图8.4.7所示是直动式三位四通比例方向节流阀，主要由两个比例电磁铁（1和6）、两个对中弹簧（2和5）、阀芯4和阀体3组成。当给比例电磁铁1输入一定电流信号时，电磁力推动阀芯右移，三位四通阀工作在左位，此时油口P与B相通，A与T相通。当电磁力与稳态液动力、弹簧力等达到平衡时，阀芯稳定工作在某一开度下。通过改变输入电流的大小就可以成比例地调节阀口开度，从而控制进入负载的流量。

图8.4.7　直动式三位四通电液比例方向节流阀

（a）结构图；（b）图形符号
1，6—比例电磁铁；2，5—对中弹簧；3—阀体；4—阀芯

同样，当给比例电磁铁6输入电流信号时，三位四通阀工作在右位。

为使通过阀的流量与压力差无关，可再增加一个定差减压阀，这种阀称为比例方向调速阀，也叫比例复合阀。其工作原理与普通节流阀类似，只不过采用比例电磁铁控制阀芯的运动方向及开口大小，在此不再赘述。

其他形式的电液比例阀可参考相关资料，在此就不一一介绍了。