电液比例调速阀原理及应用

1.直动式比例调速阀

直动式比例调速阀与直动式比例节流阀的区别主要是在节流阀前或后串联了一个具有压差补偿功能的定差减压阀，可以使节流阀的前后压差基本保持不变。也就是说，调速阀的输出流量不受负载变化的影响，获得稳定的输出流量。比例节流阀与定差减压阀串联组合后的比例调速阀的工作原理如图4-15所示。其工作原理可通过数学关系式来描述。

由节流阀的流量方程可得

式中 q_T——通过节流阀流量；

A_T——节流阀的开口面积，由比例电磁铁推杆直接调节；

Δp_T=p₂-p₃。

从式（4-5）可以看出，节流阀的输出流量q_T不仅与流量系数C_d及开口面积A_T有关，还与Δp_T有关，当节流阀开口量调定后，C_d、A_T都可看成是常数，若能保持Δp_T为一常数，则可以获得稳定的输出流量。定差减压阀的压力补偿作用，保证了Δp_T为一常数且不受负载变化的影响。这一点可以从理论上加以证明。

图4-15 直动式比例调速阀的工作原理

1—节流阀阀芯 2—比例电磁铁 3—平衡弹簧 4—定差减压阀阀芯

由图4-15可得减压阀阀芯上的力平衡方程（忽略摩擦力和液动力）

在式（4-7）中，F_s为平衡弹簧力，一般弹簧力很小，而减压阀阀芯的位移量也很小，因此F_s可视为常数，所以节流阀前后压差Δp_T=p₂-p₃=常数。当节流阀出口处负载增加引起p₃增加时，则p₃A_a+F_s>p₂（A_e+A_c），使减压阀阀芯向下移动，减压口X_R增大，p₂随之增加，反之亦然。总是使（p₂-p₃）的差值为一常数。(www.xing528.com)

图4-16a所示为直动式比例调速阀的结构图，图4-16b所示为图形符号。它主要由比例电磁铁1、节流阀阀芯2、定差减压阀3、阀体4、弹簧5等部分组成。比例电磁铁的输出力通过推杆直接作用在节流阀阀芯上，输入电信号的大小控制了节流阀开口大小，只需改变电信号输入量就可连续按比例地控制所需要的输出流量。与节流阀串联的定差减压阀的压力补偿功能使节流阀前后压差基本保持为定值，使输出流量不受外界负载变化的影响。

2.先导式比例调速阀

先导式比例调速阀的结构示意图如图4-17a所示，工作原理框图如图4-17b所示。它属于流量-位移-力反馈型比例调速阀。其结构主要由插装式主节流阀1、与之串联的流量传感器2、反馈弹簧3、先导阀阀芯4和比例电磁铁5等组成。R₁、R₂、R3为液阻，P_s为进油口，接油源，P₁为出油口，与外负载连接。

图4-16 直动式比例调速阀

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—阀体 5—弹簧

图4-17 先导式电液比例调速阀

a）结构示意图 b）工作原理框图 1—主节流阀 2—流量传感器 3—反馈弹簧 4—先导阀 5—比例电磁铁

当比例电磁铁接受到输入电信号时，电磁力推动先导阀阀芯4克服反馈弹簧3的反馈力而移动，使先导阀口开启形成可控液阻，从而使主节流阀1控制腔的油压力p₂降低，在压差p_s-p₂的作用下，主节流阀开启，从油源来的液压油通过主节流口后流经流量传感器后至负载。机械式流量传感器检测到的流量大小与其阀芯位移量z成比例变化，并通过反馈弹簧转换成反馈力作用在先导阀阀芯上，使先导阀口有关小的趋势，当反馈力与电磁力相平衡时，则先导阀、主节流阀与流量传感器的开口处于一个新的平衡状态，比例阀输出稳定的流量。而输出流量与主节流阀开口成正比与传感器位移量z成正比，z又与电磁力成正比。因此，这类阀被称为流量-位移-力反馈比例流量阀。

下面分析先导式比例调速阀是如何保持输出流量稳定的。例如，当负载压力p_L增大时，则流量传感器右腔压力增加，使阀芯失去平衡，流量传感器阀芯向左移动，使开口有减小的趋势，而阀芯的向左移动将使弹簧反馈力减小，同时比例电磁铁的电磁力将推先导阀阀芯左移，使先导阀开口量增大，进一步使主节流阀控制腔的压力p₂降低，主节流阀阀芯上移，从而使主节流口开大，流量传感器入口压力p₁随之增大，流量传感器阀芯向右移动，使其开口重新增大，恢复到与输入电信号相对应的位置上，先导阀、主节流阀的开度也恢复到原来的设定值上，因此输出的流量仍保持恒定。先导式比例调速阀与直动式比例调速阀相比较，其流量补偿原理是不一样的，直动式比例调速阀是依靠与之串联的定差减压阀的压力补偿功能来获得稳定输出流量的。而上面介绍的先导式比例调速阀是依靠主节流口通流面积的变化来补偿因负载而引起的流量变化，通过流量-位移-力反馈内部闭环来获得稳定输出流量的。

在图4-17a中，液阻R₃是动态反馈液阻，R₂是温度补偿液阻，R₁是主节流阀内控油路液阻。由于这种阀的内部闭环回路包容了主节流阀，各环节上的外干扰（如负载变化，液动力等）将得到有效抑制和补偿，因此这种阀的静态性能和动态性能较好。