力士樂REXROTH比例閥原理 比例控制閥主要用於開回路控制（open loop
control）;比例控制閥的輸出量與輸入信號成比例關(guān)系,且比例控制閥內(nèi)電磁線圈所產(chǎn)生的磁力大小與電流成正比.
在傳統(tǒng)型式的液壓控制閥中,只能對液壓進(jìn)行定值控 力士樂REXROTH比例閥原理 制,例如:壓力閥在某個(gè)設(shè)定壓力下作動,流量閥保持通過所設(shè)定的流量,方向閥對於液流方向通/斷的切換.因此這些控制閥組成的系統(tǒng)功能都受到一些限制,隨著技術(shù)的進(jìn)步,許多液壓系統(tǒng)要求流量和壓力能連續(xù)或按比例地隨控制閥輸入信號的改變而變化.液壓伺服系統(tǒng)雖能滿足其要求,而且精度很高,但對於大部分的工業(yè)來說,他們并不要求系統(tǒng)有如此高的品質(zhì),而希望在保證一定控制性能的條件下,同時(shí)價(jià)格低廉,工作可靠,維護(hù)簡單,所以比例控制閥就是在這種背景下發(fā)展起來的.
比例控制閥可分為壓力控制閥,流量控制及方向控制 力士樂REXROTH比例閥原理 壓力控制閥:用比例電磁閥取代引導(dǎo)式溢流閥的手調(diào)裝置便成為引導(dǎo)式比例溢流閥,其輸出的液壓壓力由輸入信號連續(xù)或按比例控制.
流量控制閥:用比例電磁閥取代節(jié)流閥或調(diào)速閥的手調(diào)裝置而以輸入信號控制節(jié)流閥或調(diào)速閥之節(jié)流口開度,可連續(xù)或按比例地控制其輸出流量.故節(jié)流口的開度便可由輸入信號的電壓大小決定.
方向控制閥:比例電磁閥取代方向閥的一般電磁閥構(gòu)成直動式比例方向閥,其滑軸不但可以換位,而且換位的行程可以連續(xù)或按比例地變化,因而連通油口間的通油面積也可以連續(xù)或按比例地變化,所以比例方向控制閥不但能控制執(zhí)行元件的運(yùn)動方向外,還能控制其速度.
為了滿足車輛對比例閥驅(qū)動電路可靠、節(jié)能及體積小等方面的要求，在分析了比例同工作原理及傳統(tǒng)驅(qū)動技術(shù)的缺陷的基礎(chǔ)上，提出了在車輛上應(yīng)用PWM驅(qū)動技術(shù)必要性;并針時(shí)該驅(qū)動方式開環(huán)控制精度低的缺點(diǎn)引入了電流反情閉環(huán)控制技術(shù);zui后，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該驅(qū)動控制技術(shù)的有效性.
隨著社會的發(fā)展，人類對汽車的性能和環(huán)保提出了更高的要求，傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無法滿足某些汽車功能的有關(guān)要求，因而將逐步被現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù)所取代.由于液壓系統(tǒng)能夠在盡可能小的空間內(nèi)傳遞出盡可能大的功率并能加以控制，目前在汽車的各個(gè)系統(tǒng)中依然競相采用微電子與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合的電液比例控制裝置.電液比例控制技術(shù)的進(jìn)步使車輛變速、轉(zhuǎn)向、制動等各種系統(tǒng)的電子控制成為現(xiàn)實(shí)，它的應(yīng)用顯著提高了汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，改善行駛的穩(wěn)定性和舒適性.
比例閥工作原理
電液比例控制裝置的核心元件電液比例閥具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、安裝使用靈活以及抗污染能力強(qiáng)等多方面優(yōu)點(diǎn).目前在車輛上取得廣泛應(yīng)用的是比例壓力閥，如在電子控制式自動變速器（ECT），電子式輔助液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）及制動防抱死系（ABs）等總成中都有一個(gè)或幾個(gè)比例壓力閥來實(shí)現(xiàn)對壓力平滑地控制.下面以一個(gè)典型的ECT的比例溢流閥為例分析比例壓力閥的工作原理.根據(jù)閥口流量公式、閥芯受力平衡公式及流量連續(xù)公式可以建立該溢流閥的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，設(shè)該溢流閥接恒流源，即q，設(shè)為定值（25U而n），給定電流的變化函數(shù);利用InaUab編寫M函數(shù)對該模型進(jìn)行數(shù)值仿真，可以得到壓力凡隨電流1變化的關(guān)系，如圖2所示.利用求得的這些數(shù)值解進(jìn)行zui小二乘曲線擬合，可以得到壓力凡隨電流1變化的函數(shù)凡二f（i）.
傳統(tǒng)驅(qū)動與控制技術(shù)
比例閥驅(qū)動與控制系統(tǒng)對控制信號進(jìn)行處理和放大，驅(qū)動銜鐵輸出推力，因此，該系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能.大多數(shù)比例閥的生產(chǎn)廠家提供與其產(chǎn)品配套的功率放大器，這種的功率放大器的原理圖如圖3所示.該電路由顫振信號發(fā)生電路、控制信號疊加電路及U/I轉(zhuǎn)換電路三部分組成.顫振電路是為了減小磁滯及庫侖摩擦引起的死區(qū)和滯環(huán)，提高比例閥對電流響應(yīng)的靈敏度，顫振信號的頻率為質(zhì)量一彈簧系統(tǒng)無阻尼自然頻率的2倍，一般為20一30HZ，常用的顫振信號為正弦波或三角波，振幅約為額定控制信號的10%一20%.控制信號電壓與顫振信號電壓通過反相加法運(yùn)算電路進(jìn)行疊加，為滿足相位的要求，其后又增加一級反相器.zui后的U/I轉(zhuǎn)換電路將輸人的電壓信號轉(zhuǎn)換為比例閥線圈的控制電流輸出.
該功率放大器的功放三極管工作于線性放大區(qū)，其集電結(jié)發(fā)熱量較大，并且電阻Rll與比例閥線圈通過的電流幾乎相同，所以Rll的功率高達(dá)10w，因此三極管和電阻Rll容易燒壞，而兩個(gè)器件過高的溫度對其旁邊的運(yùn)算放大器的工作也有影響.另外，由于計(jì)算機(jī)無法與比例電磁鐵直接接口，要產(chǎn)生具有一定精度的控制信號，必須要使用D/A轉(zhuǎn)換器.
PWM比例閥驅(qū)動技術(shù)
傳統(tǒng)的比例閥驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用的空間尺寸大、成本很高、控制精度低、可靠性差.而車輛上的比例閥驅(qū)動電路力求簡單、可靠和節(jié)能，傳統(tǒng)的驅(qū)動電路顯然不能夠滿足要求.而PWM驅(qū)動技術(shù)能簡化驅(qū)動電路、提高工作的可靠性，更適合應(yīng)用于車輛等移動機(jī)械系統(tǒng).
PWM驅(qū)動技術(shù)電路原理如下:微處理器產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號快速控制串聯(lián)在電源與比例閥線圈間的復(fù)合晶體管的通斷，電壓以方波的形式加在比例閥線圈的兩端，其平均電壓由占空比決定，由于線圈的電感作用，使通過電流變?yōu)榀B加小幅度交流信號的直流信號，該小幅度的交流信號起到了顫振作用，因此可省去專門的顫振電路，線圈兩端的電壓及通過電流的波形如圖4所示.這種驅(qū)動技術(shù)要求的電子元件較少，而且無需D/A轉(zhuǎn)換器，可與計(jì)算機(jī)直接接口，工作可靠性高;復(fù)合晶體管處于飽和或截至狀態(tài)，這種驅(qū)動電路具有功耗低、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，并且發(fā)熱量也比較少.
電流反饋閉環(huán)控制技術(shù)
采用PWM驅(qū)動電路時(shí)比例閥線圈的平均過通電流不但與PWM信號的占空比有關(guān)，還與銜鐵的位置和負(fù)載有關(guān)，換句話說，線圈過通電流與占空比不呈現(xiàn)嚴(yán)格的比例關(guān)系.因此PWM驅(qū)動電路雖然在可靠性及節(jié)能方面能夠滿足車輛的使用要求，但其開環(huán)控制精度較低，在許多需要控制的場合不能滿足應(yīng)用要求.采用閉環(huán)控制無疑可以提高控制精度，如利用比例溢流閥控制系統(tǒng)壓力時(shí)，我們希望利用壓力傳感器檢測到的實(shí)際壓力，并利用該信號與目標(biāo)壓力的偏差來調(diào)節(jié)占空比，從而控制比例閥實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié).然而，利用傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的壓力在車輛系統(tǒng)中是非常困難的，甚至有時(shí)是不可能實(shí)現(xiàn)的，并且一個(gè)響應(yīng)快速、分辨率高的傳感器十分昂貴一個(gè)可行的替代方案是利用壓力與比例閥線圈過通電流的比例關(guān)系，通過檢測比例閥線圈的實(shí)際過通電流，然后利用函數(shù)凡=f（i）轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的實(shí)際壓力值，利用實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力的偏差值來調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)對壓力的動態(tài)調(diào)節(jié).
zui有效的檢測過通電流的方法是比例閥線圈、電源和開關(guān)管之間串聯(lián)一個(gè)阻抗性分流器，通過檢測分流器兩端的電壓計(jì)算出通過線圈的電流.根據(jù)分流器串聯(lián)在電路中位置的不同檢測電路有兩種形式:低端電流檢測（如圖6.a所示）及電流檢測.
前者的電流檢測部分的放大器可以是一個(gè)普通運(yùn)算放大器，放大器成本較低;但該電路不能檢測感應(yīng)電流，只能提供一個(gè)不十分的平均電流值;由于開關(guān)管工作于高電壓端，這時(shí)需要的變換電路將計(jì)算機(jī)的輸出邏輯電平轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動復(fù)合晶體管的控制邏輯電壓，這使得電路的造價(jià)升高并且降低了可靠性;由于短路電流不通過分流器，必須另外設(shè)計(jì)的短路檢測電路，因?yàn)槿绻搪非闆r不被發(fā)現(xiàn)，會造成線圈繞組和復(fù)合晶體管的損壞.后者的電流檢測部分的放大器由于工作于高壓端，所以必須選用高共扼抑制比的差分運(yùn)算放大器，價(jià)格要比普通運(yùn)算放大器稍高;但該電路可以檢測感應(yīng)電流，提供一個(gè)更加準(zhǔn)確的平均電流;開關(guān)管工作于地端，計(jì)算機(jī)輸出的邏輯電平可以直接驅(qū)動復(fù)合晶體管;一個(gè)更重要的好處是由于短路電流要通過分流器，該電路可以同時(shí)起到檢測短路的作用.綜合考慮，電流檢測電路簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠性更高，因此更適合于在車輛這種移動機(jī)械上使用.
為了驗(yàn)證電流反饋閉環(huán)控制的有效性，分別在開環(huán)控制時(shí)和采用電流反饋閉環(huán)控制時(shí)（采用電流檢測電路和傳統(tǒng)的PID控制算法）對比例溢流閥做了人口壓力階躍響應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果對比如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用閉環(huán)控制時(shí)系統(tǒng)壓力無論是調(diào)節(jié)時(shí)間還是穩(wěn)態(tài)誤差都比開環(huán)控制時(shí)顯著減少.
結(jié)束語
在分析比例閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)的比例閥驅(qū)動電路的不足和缺點(diǎn)，引人了PWM比例閥驅(qū)動電路，該電路更加簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠性更高、占用空間尺寸更小，因此更能滿足車輛對電控系統(tǒng)簡單、可靠和節(jié)能的要求.
提高控制精度提出電流反饋閉環(huán)控制技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該控制技術(shù)，具有電路簡單，可靠性好，響應(yīng)快速，穩(wěn)態(tài)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，能達(dá)到滿意的控制效果，非常適合應(yīng)用于車輛等移動機(jī)械上
的輸入壓力為零.即.;時(shí),輸出腔的壓力通過比例閥皮圈凸筋間空酸從唇口泄去高壓,同時(shí),當(dāng)比例閥芯所受的彈簧力大于向右的液壓力時(shí),比例閥彈簧將比例閥芯推回原始位置,使比例閥芯與比例閥皮圈內(nèi)孔*分離而*泄壓.此時(shí)輸入輸出壓力為零.隨著輸入壓力.增大,即左增大,使比例滑閥單向力平衡遭破壞.當(dāng)6-時(shí),比例閥芯左移與比例閥皮圈產(chǎn)生間隙形成節(jié)流并混合比倒閥常見的故障為:1,輸入輸出壓力同步.2,低壓時(shí)輔人輸出壓力同步,高壓時(shí)輸入輸出壓力正常.3,低壓時(shí)輸入輸出壓力正常,高壓時(shí)輸入輸出壓力不正常.,輸入壓力1994.№為零時(shí)（不制動時(shí)）,輸出壓力不為零等等.為混合比倒圉工作性能試驗(yàn)示意圖.試驗(yàn)時(shí),先將管內(nèi)的空氣排凈,然后分別取低,中,高三個(gè)壓力進(jìn)行試驗(yàn),輸入輔出壓力符合表1所示即為合格.表混合比例閥試驗(yàn)參數(shù)表單位:表2為混合比例悶常見故障和處理方法.混合比例向在拆卸維修過程中,若污染嚴(yán)重,可用變性酒精清詵,然后烘干后裝配.橡膠件裝配時(shí)表面需涂上清潔的制動液,橡膠件不允許被機(jī)油,汽油等污染.表2混合比例閥常見故障和處理故障現(xiàn)象對制動性的膨響常見故障處理方法輸入輸出空載制動時(shí)汽車沒有.點(diǎn),比髑閥油封唇口,更換比例悶油封 （1）頭'的感覺.有效制動距開裂,破損壓力同步2,正確裝配離加長2,維修時(shí)裝配錯(cuò)誤低壓時(shí)輸入輸出,比例閥芯（2）事動卡,檢查比例悶芯表而是壓力同步,高壓影響不太明顯滯否碰傷2,比例閥皮圈侶1邊過時(shí)正常2更換比倒閥皮圈人低壓時(shí)輸入輸出緊急制動時(shí)汽車沒有.點(diǎn)壓力正常,高壓頭'的感覺.有效制動距混合閥堵（6）膨脹變形童換混合閥堵麗×如）時(shí)異常離加大.,檢查比倒悶彈簧是否1,比倒閥芯不回位已失效,比仞閥芯小頭表輸入壓力回零時(shí)兩后輪制動鼓過熱,后制2,混合比例閥殼體盯肭面是否碰傷動蹄早期磨損,油耗增比例閥腔小端盲孔臟堵2,清洗干凈混合比仞闊輸出壓力不回加3,比倒悶皮圈國）膨脹失殼體效3,更換比例悶皮囤國）如圖6）制動力不夠,制動距離過1,檢查進(jìn)出油管接頭輸出壓力低滲漏2,檢查混合悶堵塞火3,檢查比例閻端塞目枷雌。 德國REXROTH力士樂比例閥工作原理，力士樂比例閥技術(shù)參數(shù)，力士樂電磁閥
德國rexroth比例閥VT-NE30-2X比例閥是螺紋將電磁比例插裝件固定油路集成塊上元件，螺旋插裝閥具有應(yīng)用靈活、節(jié)省管路和成本低廉等特點(diǎn)，近年來工程機(jī)械上應(yīng)用越來越廣泛。常用螺旋插裝式比例閥有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例閥主比例節(jié)流閥，它常它元件一起構(gòu)成復(fù)合閥，對流量、壓力進(jìn)行控制；三通式比例閥主比例減壓閥，也是移動式機(jī)械液壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多比例閥，它主對液動操作多路閥先導(dǎo)油路進(jìn)行操作。利用三通式比例減壓閥可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動減壓式先導(dǎo)閥，它比手動先導(dǎo)閥具有更多靈活性和更高控制精度?？梢灾瞥扇鐖D1所示比例伺服控制手動多路閥，不同輸入信號，減壓閥使輸出活塞具有不同壓力或流量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對多路閥閥芯位移進(jìn)行比例控制。四通或多通螺旋插裝式比例閥可以對工作裝置實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制。
德國力士樂比例閥又稱分配閥，是移動式機(jī)械液壓系統(tǒng)zui基本的元件之一，是能實(shí)現(xiàn)方向與流量調(diào)節(jié)的復(fù)合閥。電液滑閥式比例多路閥是比較理想的電液轉(zhuǎn)換控制元件，它不僅保留了手動多路閥的基本功能，還增加了位置電反饋的比例伺服操作和負(fù)載傳感等優(yōu)良的控制手段。所以它是工程機(jī)械分配閥的更新?lián)Q代產(chǎn)品。出于制造成本的考慮和工程機(jī)械控制精度要求不高的特點(diǎn)，一般比例多路閥內(nèi)不配置位移感應(yīng)傳感器，也不具有電子檢測和糾錯(cuò)功能。所以，閥芯位移量容易受負(fù)載變化引起的壓力波動的影響，操作過程中要靠視覺觀察來保證作業(yè)的完成。在電控、遙控操作時(shí)更應(yīng)注意外界干涉的影響。近來，由于電子技術(shù)的發(fā)展，人們越來越多地采用內(nèi)裝的差動變壓器（ＬＤＶＴ）等位移傳感器構(gòu)成閥芯位置移動的檢測，實(shí)現(xiàn)閥芯位移閉環(huán)控制。這種由電磁比例閥、位置反饋傳感器、驅(qū)動放大器和其它電子電路組成的高度集成的比例閥，具有一定的校正功能，可以有效地克服一般比例閥的缺點(diǎn)，使控制精度得到較大提高。
REXROTH力士樂比例閥一般采用兩端承壓面積不等的差徑活塞結(jié)構(gòu)。比例閥不工作時(shí)，差徑活塞2在彈簧3的作用下處于上極限位置，此時(shí)閥門1保持開啟，因而在輸入控制壓力P1與輸出壓力P2從零同步增長的初始階段，總是P1等于P2。但是壓力P1的作用面積A1為π（D2-d2）/4，壓力P2的作用面積A2為πD2/4，因而A2大于A1，故活塞上方液壓作用力大于活塞下方液壓作用力。在P1、P2同步增長過程中，當(dāng)活塞上、下兩端液壓作用之差
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