解釋不同類型的比例控制閥

在本節(jié)中，我們將研究一系列不同的控制系統(tǒng)示例，以了解為什么需要每種類型的控制以及實現(xiàn)它們需要閥的哪些特征。

手動流量控制

許多移動式機(jī)器需要操作員移動手柄來控制重載的位置。通用的比例閥是根據(jù)桿移動的距離來調(diào)節(jié)流量。方向閥要么打開，要么關(guān)閉，因此無法提供足夠的控制靈敏度。如果只需要一種流量，則可以使用流量控制閥。但是當(dāng)流量需要改變時，則需要使用調(diào)速閥或比例閥。

遠(yuǎn)程手動流量控制

一些移動式機(jī)器將控制桿放置在遠(yuǎn)離控制閥本身的位置。操作員移動的手柄將產(chǎn)生電或流體壓力信號，該信號將發(fā)送回主控制閥。電氣和壓力供給最終可能會向主控制閥閥芯的每一端提供一個小的先導(dǎo)壓力信號（通過帶有電信號的比例減壓閥）。這被稱為先導(dǎo)壓力控制系統(tǒng)，其性能與手動流量控制系統(tǒng)非常相似。

所需特征

先導(dǎo)壓力供應(yīng)系統(tǒng)或電氣控制系統(tǒng)，帶有比例控制桿、模擬或數(shù)字控制模塊和比例電磁閥，它們可直接作用于主閥芯末端或驅(qū)動比例減壓閥，為閥芯末端供油。

需要考慮的因素

與主負(fù)載壓力相比，先導(dǎo)壓力信號通常非常低。這意味著它們可能對主供應(yīng)或油箱回油管路中的振蕩很敏感。壓力波動（尤其是回油管路中的波動）也可能被先導(dǎo)控制壓力所感受到。

電氣比例流量控制

許多工業(yè)機(jī)器依靠電氣控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)閥門提供的流量。自動化機(jī)器需要反復(fù)提供相同的速度，即流量。這意味著每次將閥門打開一定量時，都要提供相同的流量。而這很難實現(xiàn)。正如我們在手動控制中提到的那樣，人們不斷調(diào)整手柄位置以找到所需的速度。對于自動控制，閥芯必須通過電磁力和通過產(chǎn)生的節(jié)流孔面積的流量進(jìn)行非常精確的定位，這將根據(jù)壓力差和流體粘度而變化。這意味著電源電壓、溫度、負(fù)載或供應(yīng)壓力、閥門磨損、污染甚至環(huán)境條件等的任何變化都會影響實際實現(xiàn)的流量。事實上，這些影響通常如此之大，以至于我們假設(shè)不可能實現(xiàn)準(zhǔn)確的速度，并且如果需要準(zhǔn)確定位液壓缸，通常使用較低的調(diào)節(jié)速度。

所需特征

最常見的比例電磁閥類型將對閥芯末端施加與提供的 PWM（脈沖寬度調(diào)制）電流大致成比例的力。該力將使閥芯向閥芯另一側(cè)的彈簧移動?；蛘?，比例減壓閥可能用于對閥芯的一端施加小壓力，使其向相反的彈簧移動。

這要歸功于基本的比例控制功能，無法準(zhǔn)確控制液壓缸的速度或停止位置，因此需要根據(jù)每臺機(jī)器的操作要求考慮其他因素。

要考慮的因素

我們將在以下段落中考慮提高比例控制精度的一系列選項。

比例流量壓力控制閥

也許有人會說，大多數(shù)壓力和流量控制閥實際上是手動操作的比例閥，但它們從未被稱為比例閥。然而，當(dāng)閥門配有比例控制電磁閥以便可以遠(yuǎn)程連續(xù)調(diào)節(jié)時，它們通常被稱為比例流量和壓力控制閥。

作用于比例控制系統(tǒng)的作用力

如果使用比例閥，很可能是因為負(fù)載相對較大或需要快速移動。因此，了解可能作用于系統(tǒng)的所有負(fù)載非常重要。

靜態(tài)負(fù)載

作用于系統(tǒng)的總移動質(zhì)量是多少，例如負(fù)載加框架？負(fù)載如何隨著液壓缸移動而變化，當(dāng)推或拉的時候是否會產(chǎn)生負(fù)負(fù)載？

動態(tài)負(fù)載

加速和減速負(fù)載需要的力比簡單地支撐負(fù)載要大。在高性能系統(tǒng)中，管道中流體的加速質(zhì)量也可能很重要。

所需力 = 質(zhì)量 x 加速度 = 壓力 x 面積

不要忘記，如果負(fù)載圍繞半徑做圓周運動，則在力的計算中必須使用半徑的平方。

摩擦負(fù)載

操作機(jī)構(gòu)中總會有一些機(jī)械摩擦，管道中也會有流體損失。這些有時很重要。

壓降提供控制功能

了解閥上的壓降如何變化是了解閥性能的關(guān)鍵。

A-B 從 A 點到 B 點，我們將負(fù)載從停止?fàn)顟B(tài)加速到所需的閥門開度設(shè)置。閥門兩端的壓降保持相對較小 Pv = P（供給）- P（負(fù)載質(zhì)量）- P（負(fù)載加速度）。

B-C 從 B 點到 C 點，閥門已達(dá)到 90% 的開啟度，并以恒定速度提升質(zhì)量 Pv = P（供給）- P（負(fù)載質(zhì)量）。由于不需要力來加速負(fù)載，因此閥門兩端的壓降會增加。

C 我們保持在 C 點，而閥門保持在 90% 并繼續(xù)以恒定速度提升質(zhì)量 Pv = P（供給）- P（負(fù)載質(zhì)量）。

C-D 然后，我們開始將負(fù)載從 C 點減速到 D 點。最初，負(fù)載慣性將嘗試保持相同的速度/流量，直到閥門壓降開始制動它。請注意總 Pv 如何增加，因為供給壓力和負(fù)載慣性壓力都在同一方向上起作用。Pv = P（供給）- P（負(fù)載質(zhì)量）+ P（負(fù)載減速）。此階段的最大值為 25%。

D-A 在 D 到 A 的恒定減速階段，閥門仍在制動負(fù)載，因此 Pv 保持較高水平。

必須控制供給壓力加上負(fù)載壓力，這意味著對于相同的流量，閥門僅打開至其全行程的 40%。

需要考慮的因素

A. 閥門壓降 Pv 是兩個閥口的總和，活塞側(cè)的流量是桿側(cè)的兩倍。有時最好使用 2:1 閥芯，這樣全流量活塞測的壓降與半流量桿側(cè)的壓降相似。

B. 如果 Pv =10 bar，則液壓缸流量僅為 100 L/min。如果隨后移除液壓缸負(fù)載，使閥門壓降 Pv 變?yōu)?90 bar，則流量將增加到 300 L/min。對于自動機(jī)器循環(huán)來說，100-300 L/min 的流量/速度變化可能是不可接受的。

C. 比較比例閥時，始終考慮特定壓降下的流量，例如 90 bar Pv 下的流量為 100L/min，而 90 bar Pv 下的流量為 150 L/min。

D. 如果使用更大流量額定值的閥門，以減少閥門的壓力損失，從而增加負(fù)載可用的壓力。我們的曲線顯示，將發(fā)生的一切是我們的點 C 將移動到點 K。系統(tǒng)將始終保持相同的壓降平衡，因為負(fù)載和供應(yīng)壓力保持不變。改變的是，更大額定值的閥門打開得稍微少一些，因為半行程的百分比控制誤差與全行程的百分比控制誤差保持不變。使用更大的閥門，控制精度將始終更差。

E. 始終保持閥門上至少 10 bar 的壓降，以避免因負(fù)載下降而產(chǎn)生氣蝕。

F. 請注意，每個 Pv 曲線都不是線性的。曲線的形狀由控制槽口的形狀決定。

G. 還有許多更詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)將在設(shè)計階段考慮，但這里沒有介紹。元件制造商將有專家使用專業(yè)的模擬軟件來識別和優(yōu)化適合每種應(yīng)用的閥門。

這些示例應(yīng)該可以幫助您了解正在發(fā)生的事情，但是在進(jìn)行任何元件更改之前，您應(yīng)該始終參考機(jī)器設(shè)計師的意見。

為什么要使用壓力補(bǔ)償器

我們現(xiàn)在應(yīng)該都非常熟悉這樣一個事實：隨著負(fù)載的變化，閥門上的壓降也會發(fā)生變化。隨著閥門節(jié)流位置的壓降變化，通過閥門的流量也會發(fā)生變化。

壓力補(bǔ)償器將保持閥門上的壓降恒定，因此通過閥門的流量更恒定。流量控制的精確度仍然會存在誤差，但應(yīng)該比沒有補(bǔ)償器時好得多。

在移動系統(tǒng)中，壓力補(bǔ)償器的設(shè)置通常相當(dāng)?shù)?，例如閥門上的 10-20 bar。這將有助于將損耗保持在較低水平，以改善車輛的燃油消耗，盡管可能會提供不太準(zhǔn)確的流量控制。不同的制造商還以多種不同的方式應(yīng)用壓力補(bǔ)償閥，例如，一些在主閥芯之前進(jìn)行感應(yīng)，一些在主閥芯之后進(jìn)行感應(yīng)（稱為前補(bǔ)償和后補(bǔ)償）。這些變化通常是由于制造商，但它們會對某些性能特征產(chǎn)生重大影響。

關(guān)鍵工業(yè)在工業(yè)系統(tǒng)中，補(bǔ)償器往往設(shè)置在 20 - 30 bar 之間，但為了獲得良好的質(zhì)量控制，很可能會使用負(fù)載壓力的 30% 的壓降。

需要考慮的因素

A. 當(dāng)負(fù)載在每個液壓缸循環(huán)期間或之間發(fā)生顯著變化時，可能需要安裝壓力補(bǔ)償器。特別是當(dāng)負(fù)載在一個液壓缸循環(huán)期間從正負(fù)載變?yōu)樨?fù)負(fù)載時。

B. 壓力補(bǔ)償器需要在液壓缸伸出和縮回時感測負(fù)載壓力。因此，通常會看到一個梭閥，它從液壓缸的活塞側(cè)或桿側(cè)傳回，穿過控制閥，到達(dá)閥門供應(yīng)管線上的壓力補(bǔ)償閥。

C. 壓力補(bǔ)償器有進(jìn)油節(jié)流或出油節(jié)流配置（工業(yè)）、前補(bǔ)償器或后補(bǔ)償器（移動）。

D. 如果減速壓力高于補(bǔ)償器彈簧設(shè)定值，則選型配置不合理的進(jìn)油節(jié)流補(bǔ)償器可能會在減速時失去對負(fù)載的控制。

E. 選型配置不合理的出油節(jié)流補(bǔ)償器可能導(dǎo)致液壓缸壓力增加。可能還需要平衡閥來確保安全控制負(fù)載。

F. 壓力補(bǔ)償器可能導(dǎo)致系統(tǒng)剛度減半，從而大大降低動態(tài)響應(yīng)能力。