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,同時價格低廉,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）等總成中都有一個或幾個比例壓力閥來實(shí)現(xiàn)對壓力平滑地控制.下面以一個典型的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，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，甚至有時是不可能實(shí)現(xiàn)的，并且一個響應(yīng)快速、分辨率高的傳感器十分昂貴一個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)一個阻抗性分流器，通過檢測分流器兩端的電壓計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，只能提供一個不十分的平均電流值;由于開關(guān)管工作于高電壓端，這時需要的變換電路將計算機(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，提供一個更加準(zhǔn)確的平均電流;開關(guān)管工作于地端，計算機(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)控制時和采用電流反饋閉環(huán)控制時（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)控制時系統(tǒng)壓力無論是調(diào)節(jié)時間還是穩(wěn)態(tài)誤差都比開環(huán)控制時顯著減少.
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,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,當(dāng)比例閥芯所受的彈簧力大于向右的液壓力時,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,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,低壓時輔人輸出壓力同步,高壓時輸入輸出壓力正常.3,低壓時輸入輸出壓力正常,高壓時輸入輸出壓力不正常.,輸入壓力1994.№為零時（不制動時）,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,先將管內(nèi)的空氣排凈,然后分別取低,中,高三個壓力進(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,維修時裝配錯誤低壓時輸入輸出,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邊過時正常2更換比倒閥皮圈人低壓時輸入輸出緊急制動時汽車沒有.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)載傳感等先進(jìn)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，差徑活塞2在彈簧3的作用下處于上極限位置，此時閥門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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