工程机械电液比例阀的特点及其应用—感谢山东科技大冯开林教授+ a% s. `0 @$ h
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1 引言
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电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。由于电液比例阀具有形式种类多样、容易组成使用电气及计算机控制的各种电液系统、控制精度高、安装使用灵活以及抗污染能力强等多方面优点，因此应用领域日益拓宽。近年研发生产的插装式比例阀和比例多路阀充分考虑到工程机械的使用特点，具有先导控制、负载传感和压力补偿等功能。它的出现对移动式液压机械整体技术水平的提升具有重要意义。特别是在电控先导操作、无线遥控和有线遥控操作等方面展现了其良好的应用前景。
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, ?& }7 h8 _7 r" Q8 z 2 工程机械电液比例阀的种类和形式
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' Q! @. t9 e# L 电液比例阀包括比例流量阀、比例压力阀、比例换向阀。根据工程机械液压操作的特点，以结构形式划分电液比例阀主要有两类：一类是螺旋插装式比例阀（screwin cartridge proportional valve），另一类是滑阀式比例阀（spool proportional valve）。
! N) a: G& L: B2 T, n. L' \ 螺旋插装式比例阀是通过螺纹将电磁比例插装件固定在油路集成块上的元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来在工程机械上的应用越来越广泛。常用的螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主要是比例节流阀，它常与其它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主要是比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多的比例阀，它主要是对液动操作多路阀的先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统的手动减压式先导阀，它比手动的先导阀具有更多的灵活性和更高的控制精度。可以制成如图1所示的比例伺服控制手动多路阀，根据不同的输入信号，减压阀使输出活塞具有不同的压力或流量进而实现对多路阀阀芯的位移进行比例控制。四通或多通的螺旋插装式比例阀可以对工作装置实现单独的控制。& H6 h6 L0 S" E5 I. q; ^
滑阀式比例阀又称分配阀，是移动式机械液压系统最基本的元件之一，是能实现方向与流量调节的复合阀。电液滑阀式比例多路阀是比较理想的电液转换控制元件，它不仅保留了手动多路阀的基本功能，还增加了位置电反馈的比例伺服操作和负载传感等先进的控制手段。所以它是工程机械分配阀的更新换代产品。
/ t9 W; _! ~. a" ? k 出于制造成本的考虑和工程机械控制精度要求不高的特点，一般比例多路阀内不配置位移感应传感器，也不具有电子检测和纠错功能。所以，阀芯位移量容易受负载变化引起的压力波动的影响，操作过程中要靠视觉观察来保证作业的完成。在电控、遥控操作时更应注意外界干涉的影响。近来，由于电子技术的发展，人们越来越多地采用内装的差动变压器（ＬＤＶＴ）等位移传感器构成阀芯位置移动的检测，实现阀芯位移闭环控制。这种由电磁比例阀、位置反馈传感器、驱动放大器和其它电子电路组成的高度集成的比例阀，具有一定的校正功能，可以有效地克服一般比例阀的缺点，使控制精度得到较大提高。
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3 q4 W8 X/ h6 v: r4 G- M c5 p9 C" g, \ 3 电液比例多路阀的负载传感与压力补偿技术! a/ G$ L! W7 g# H
为了节约能量、降低油温和提高控制精度，同时也使同步动作的几个执行元件在运动时互不干扰，现在较先进的工程机械都采用了负载传感与压力补偿技术。负载传感与压力补偿是一个很相似的概念，都是利用负载变化引起的压力变化去调节泵或阀的压力与流量以适应系统的工作需求。负载传感对定量泵系统来讲是将负载压力通过负载感应油路引至远程调压的溢流阀上，当负载较小时，溢流阀调定压力也较小；负载较大，调定压力也较大，但也始终存在一定的溢流损失。对于变量泵系统是将负载传感油路引入到泵的变量机构，使泵的输出压力随负载压力的升高而升高（始终为较小的固定压差），使泵的输出流量与系统的实际需要流量相等，无溢流损失，实现了节能。
" x3 N7 s% i, @, S" w& @/ V 压力补偿是为了提高阀的控制性能而采取的一种保证措施。将阀口后的负载压力引入压力补偿阀，压力补偿阀对阀口前的压力进行调整使阀口前后的压差为常值，这样根据节流口的流量调节特性流经阀口的流量大小就只与该阀口的开度有关，而不受负载压力的影响。, ]4 G5 e9 _! X" h$ d" @1 }
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4 工程机械电液比例阀的先导控制与遥控
5 H9 R2 G" i+ W$ M, v; X: O 电液比例阀和其它专用器件的技术进步使工程车辆挡位、转向、制动和工作装置等各种系统的电气控制成为现实。对于一般需要位移输出的机构可采用类似于图1的比例伺服控制手动多路阀驱动器完成。电气操作具有响应快、布线灵活、可实现集成控制和与计算机接口容易等优点，所以现代工程机械液压阀已越来越多地采用电控先导控制的电液比例阀（或电液开关阀）代替手动直接操作或液压先导控制的多路阀。采用电液比例阀（或电液开关阀）的另一个显著优点是在工程车辆上可以大大减少操作手柄的个数，这不但使驾驶室布置简洁，而且能够有效降低操作复杂性，对提高作业质量和效率都具有重要的实际意义。图2是TECNORD公司JMF型控制摇杆（joystick），利用一个摇杆就可以对如图2中的多片电液比例阀和开关阀进行有效控制。该摇杆在X轴和Y轴方向都可以实现比例控制或开关控制，应用十分方便。( c% x9 x% a, G
随着数字式无线通讯技术的迅速发展，出现了性能稳定、工作可靠、适用于工程机械的无线遥控系统，布置在移动机械上的遥控接收装置可以将接收到的无线电信号转换为控制电液比例阀的比例信号和控制电液开关阀的开关信号，以及控制其它装置的相应信号，使得原来手动操作的各个元件都能接受遥控电信号的指令并进行相应动作，此时的工程机械实际上已成为遥控型的工程机械。+ x9 i( y! d+ m! B7 N) w4 O
无线遥控发射与接收系统已成功地应用于多种工程机械的遥控改造。从安全角度考虑，它发射的每条数字数据指令都具有一组特别的系统地址码，这种地址码厂家只使用一次。每个接收机只对有相同地址码的发射信号有反应，其它无线信号即使是同频率信号也不会对接收装置产生影响。加上其它安全措施的采用使系统的可靠性得到了充分的保障。在装载机、凿岩机、混凝土泵车、高空作业车和桥梁检修车等多种移动式机械的遥控改造中获得成功。工业遥控装置与电液比例阀相得益彰，电液比例阀为工程机械的遥控化提供了可行的接口，遥控装置又使电液比例阀得以发挥更大的作用。( `8 L) @5 O: Z1 u
4 E" w' N5 s% V5 N* {# x! U 5 电液比例阀在工程机械上应用实例
+ _' m" `5 ?& |1 [3 t 某型汽车起重机的液压系统简图，图中仅画出了与电液比例阀有关的部分。该机采用了3片TECNORD TDV－4/3 LM－LS/PC型比例多路阀，负载传感油路中的3个梭阀将3个工作负载中的最大压力选出来送至远程调压溢流阀的远控口，调整溢流阀的溢流压力，使液压泵的输出压力恰好符合系统负载的需要即可，从而达到一定的节能目的。压力补偿油路使得通过每一片阀的流量仅与该阀的开度有关，而与其所承受的负载无关，与其它阀片所承受的负载也没有关系，从而达到在任一负载下均可随意控制负载速度的目的。5 L7 M& k/ v% x- r
+ U. p ^$ w$ m9 J; z0 n1 b) V4 b 某推土机推土铲手动与电液比例先导控制实例。当二位三通电磁阀不通电时，先导压力与手动减压式先导阀相通，梭阀选择来自手动先导阀的压力对液动换向阀进行控制；当二位三通电磁阀通电时，先导控制压力油通向三通比例减压式先导阀，通过梭阀对液动换向阀进行控制。1 t7 e! Y1 F" {/ n/ {6 |1 B) v
0 |3 n+ o1 ~8 y4 U* l 6 小结1 l1 e& B" W' A: A& O
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以上简要介绍了电液比例阀的工作原理和结构形式、工作特点，对比例阀的负载感应和压力补偿原理进行了分析研究。对电液比例阀的不同应用，特别是在工程机械的先导控制和遥控方面的应用进行了论述。电液比例阀对简化工程机械操作、提高效率和作业精度以及实现智能化作业都有着极其重要的意义，其性能的进一步提高和应用范围的日益拓宽必将使工程机械产品的技术水平得到较大程度的提高。
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