幾種新型ATOS電液比例閥的結(jié)構(gòu)及原理

　　消除液動(dòng)力影響、提高液壓閥的過流能力，zui根本的辦法是采用導(dǎo)控(先導(dǎo)控制)技術(shù)。早在1936年美國工程師HarryVickers為了解決因液動(dòng)力影響直動(dòng)溢流閥無法實(shí)高壓、大流量系統(tǒng)的壓力控制問題發(fā)明了導(dǎo)控溢流閥，其基本思想是采用一通徑較小的導(dǎo)閥控制靜壓力，驅(qū)動(dòng)主閥芯運(yùn)動(dòng)，因該液壓推力比油液流經(jīng)閥口時(shí)所產(chǎn)生的液動(dòng)力大得多，足以消除其對(duì)主閥芯運(yùn)動(dòng)與控制產(chǎn)生的不利影響。導(dǎo)控的思想后來也廣泛地應(yīng)用于其它液壓閥的設(shè)計(jì)，使液壓系統(tǒng)的高壓、大流量控制得以現(xiàn)實(shí)。后來的各種電液伺服控制元件也是沿用了先導(dǎo)控制的設(shè)計(jì)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(dǎo)式比例方向節(jié)流閥

　　圖1為采用比例壓力閥作為導(dǎo)閥的比例方向閥，根據(jù)主閥芯運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)主閥芯位移(開口)的比例控制。該閥主閥與導(dǎo)閥之間為開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。但是，為了消除液動(dòng)力對(duì)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(gè)閥的結(jié)構(gòu)顯得笨重。該閥常用于工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)，有時(shí)也將雙作用的減壓導(dǎo)閥做成兩個(gè)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(dǎo)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(jí)比例方向控制閥，主要用于船用舵機(jī)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(dòng)式比例閥。

圖3 電反饋型雙級(jí)比例方向閥

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

圖4 流量反饋二通

　　瑞典林雪平大學(xué)(LinpingUniversity)的Ander-son提出了一種流量反饋的二通導(dǎo)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(dǎo)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(shí)與進(jìn)、出口壓力成固定的比例關(guān)系。若改變導(dǎo)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(dòng)，同時(shí)小槽的開口也發(fā)生變化，敏感腔的壓力恢復(fù)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(dǎo)控橋路的回油直接引向閥出口(而不是油箱)，閥進(jìn)、出口壓力變化通過橋路對(duì)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(duì)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(dǎo)閥與小槽之間的液阻*匹配，因而特性不夠穩(wěn)定;此外，導(dǎo)控級(jí)的泄漏流量較大，比例控制性能也差強(qiáng)人意。此外，主閥進(jìn)、圖5力反饋型比例流量閥出口通過導(dǎo)控油路連通，無法實(shí)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(xué)的權(quán)龍教授對(duì)采用該原理的比例閥進(jìn)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(dǎo)閥采用的是直動(dòng)比例閥，也可以采用結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單的高速開關(guān)閥，通過脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)導(dǎo)閥的比例流量控制。

圖5 力反饋型比

　　路甬祥院士早年留學(xué)德國發(fā)明的二級(jí)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(shí)現(xiàn)主閥芯的位置反饋。但由于在導(dǎo)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(dǎo)控回路頻寬降低、穩(wěn)定性下降，需要引入多個(gè)液阻限制增益，使得閥的抗污染能力下降，此外，導(dǎo)閥閥芯與閥芯孔之間要求具有較好的配合精度，否則導(dǎo)閥容易產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，并在主閥上被放大，對(duì)整個(gè)比例閥的特性產(chǎn)生較嚴(yán)重的不利影響。

圖6 直動(dòng) － 導(dǎo)控一體化 2D 電液比例換向閥

　　浙江工業(yè)大學(xué)的提出了一種直動(dòng)－導(dǎo)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(dòng)，進(jìn)而使閥敏感腔的壓力發(fā)生變化驅(qū)動(dòng)閥芯軸向移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中閥芯反向轉(zhuǎn)動(dòng)，其敏感腔的壓力又逐漸恢復(fù)為原來的值，閥芯到達(dá)一個(gè)新的平衡位置，閥芯移動(dòng)的位移與比例電磁鐵的推力成比例關(guān)系。該閥兼具直動(dòng)式和導(dǎo)控式電液比例換向閥各自的優(yōu)點(diǎn)。