幾種新型ATOS電液比例閥的結(jié)構(gòu)及原理

　　消除液動力影響、提高液壓閥的過流能力，zui根本的辦法是采用導控(先導控制)技術(shù)。早在1936年美國工程師HarryVickers為了解決因液動力影響直動溢流閥無法實高壓、大流量系統(tǒng)的壓力控制問題發(fā)明了導控溢流閥，其基本思想是采用一通徑較小的導閥控制靜壓力，驅(qū)動主閥芯運動，因該液壓推力比油液流經(jīng)閥口時所產(chǎn)生的液動力大得多，足以消除其對主閥芯運動與控制產(chǎn)生的不利影響。導控的思想后來也廣泛地應用于其它液壓閥的設(shè)計，使液壓系統(tǒng)的高壓、大流量控制得以現(xiàn)實。后來的各種電液伺服控制元件也是沿用了先導控制的設(shè)計思想，電液比例閥也不例外，并借用了伺服閥的許多原理。

圖1 先導式比例方向節(jié)流閥

　　圖1為采用比例壓力閥作為導閥的比例方向閥，根據(jù)主閥芯運動方向與閥開口的不同分別控制主閥左腔或右腔的壓力大小與閥左腔的彈簧力平衡，實現(xiàn)主閥芯位移(開口)的比例控制。該閥主閥與導閥之間為開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。但是，為了消除液動力對主閥芯比例控制特性的不利影響，需要用一大彈簧平衡作用于閥腔的靜壓力，彈簧占據(jù)閥的大部分體積，整個閥的結(jié)構(gòu)顯得笨重。該閥常用于工程機械的液壓系統(tǒng)，有時也將雙作用的減壓導閥做成兩個插裝式三通的減壓閥分別控制主閥兩腔壓力。

　　另外，主閥閥腔的壓力除采用比例減壓閥控制外，還可以采用溢流閥控制。這種先導控制比例方向閥的工作原理與zui初無反饋桿、靠大彈簧平衡主閥兩腔壓力差的噴嘴－擋板伺服閥的工作原理相近。

圖2 力反饋型比例方向節(jié)流閥

　　圖2為力反饋型雙級比例方向控制閥，主要用于船用舵機液壓系統(tǒng)，該閥的工作原理與力反饋噴嘴－擋扳伺服閥的工作原理相近，只是將噴嘴－擋板閥換成了直動式比例閥。

圖3 電反饋型雙級比例方向閥

　　圖3為電反饋型雙級比例方向閥，其工作原理與電反饋大流量二級、三級伺服閥一致。除了以上在產(chǎn)品中常見的導控型比例閥結(jié)構(gòu)外，人們在先導控制比例閥的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上也不斷地進行著努力和嘗試。

圖4 流量反饋二通

　　瑞典林雪平大學(LinpingUniversity)的Ander-son提出了一種流量反饋的二通導控流量閥見圖4。該閥在主閥芯表面上開設(shè)小槽，形成隨主閥芯位移變化的可變液阻，該液阻與二通比例導閥構(gòu)成阻力半橋控制控主閥敏感腔的壓力，該壓力在主閥芯軸向力平衡、位置保持不變時與進、出口壓力成固定的比例關(guān)系。若改變導閥閥口大小則主閥敏感腔的壓力隨之發(fā)生變化，作用于主閥芯上的靜壓力失去平衡，主閥芯移動，同時小槽的開口也發(fā)生變化，敏感腔的壓力恢復為平衡值，主閥芯停在一新的位置。該閥結(jié)構(gòu)的巧妙之處在于導控橋路的回油直接引向閥出口(而不是油箱)，閥進、出口壓力變化通過橋路對主閥芯產(chǎn)生的靜壓力的改變，被作用于閥芯下端面或錐面上靜壓力變化抵消，對閥芯的位置并不產(chǎn)生影響。

　　威格士將這種閥做成產(chǎn)品，取名valvistor(意為閥晶體管)。該閥的不足之處在于工作過程中由于油溫變化的影響等，很難做到導閥與小槽之間的液阻*匹配，因而特性不夠穩(wěn)定;此外，導控級的泄漏流量較大，比例控制性能也差強人意。此外，主閥進、圖5力反饋型比例流量閥出口通過導控油路連通，無法實現(xiàn)錐面無泄漏關(guān)斷。圖8的結(jié)構(gòu)只適用于二通比例閥，為此，太原理工大學的權(quán)龍教授對采用該原理的比例閥進行了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使其適用于雙向三通或四通比例換向閥的控制。圖9的導閥采用的是直動比例閥，也可以采用結(jié)構(gòu)更為簡單的高速開關(guān)閥，通過脈寬調(diào)制實現(xiàn)導閥的比例流量控制。

圖5 力反饋型比

　　路甬祥院士早年留學德國發(fā)明的二級力反饋比例流量閥，見圖4。該閥巧妙地利用比例電磁鐵的輸出水平力特性與反饋彈簧力相平衡，實現(xiàn)主閥芯的位置反饋。但由于在導閥與主閥之間引入了力－位移反饋的彈簧－質(zhì)量二階系統(tǒng)，使導控回路頻寬降低、穩(wěn)定性下降，需要引入多個液阻限制增益，使得閥的抗污染能力下降，此外，導閥閥芯與閥芯孔之間要求具有較好的配合精度，否則導閥容易產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，并在主閥上被放大，對整個比例閥的特性產(chǎn)生較嚴重的不利影響。

圖6 直動 － 導控一體化 2D 電液比例換向閥

　　浙江工業(yè)大學的提出了一種直動－導控一體化的2D電液比例換向閥，如圖6所示。其基本工作原理為:比例電磁鐵輸出的電磁推力通過壓扭聯(lián)軸器使閥芯轉(zhuǎn)動，進而使閥敏感腔的壓力發(fā)生變化驅(qū)動閥芯軸向移動，在移動的過程中閥芯反向轉(zhuǎn)動，其敏感腔的壓力又逐漸恢復為原來的值，閥芯到達一個新的平衡位置，閥芯移動的位移與比例電磁鐵的推力成比例關(guān)系。該閥兼具直動式和導控式電液比例換向閥各自的優(yōu)點。