先导式电液比例方向阀结构改进设计

　　引 言

　　电液比例方向阀能够按输入电信号的正负和数值大小同时实现液流的方向控制和流量的比例控制。与电液伺服阀相比, 电液比例方向阀的电—机械转换的输入功率较大, 通常要大一个数量级,工作较为可靠, 并且具有抗污染性强、价廉和节能的优点, 因而在工程中得到了广泛的应用[1]。

　　目前国内应用较多的是一种节流型流量控制方式的比例方向阀, 其结构由三通减压阀作先导级, 与三位四通有滑阀中位机能的主阀串接而成,输入电信号控制先导级的出口压力, 此压力引至主阀的控制腔, 使得主阀芯的开口与输入电流大小成正比, 从而实现对液流的方向控制及流量的比例控制[2]。其滞环、重复精度、线性度等稳态控制特性与电液伺服阀接近, 但动态响应要比电液伺服阀低, f-3dB 幅频宽一般在 8HZ 以下[3]。

　　为了提高阀的频响特性, 我们对协力 34BYO-F10/85 比例方向阀的结构作了改进, 其 f_-3dB 幅频宽可达 12—15HZ。本文介绍其结构特点、工作原理, 并给出了名义流量为 85L/min 的电流—流量控制特性。

　　1 先导阀结构特点

　　如图 1 所示, 先导部件由紧固螺钉 1、密封圈2、比例电磁铁 3、阀体 4、阀芯 5、弹簧 6、输出油腔 7(A 腔)、输入油腔 8、回油腔 9、输出油腔 10(B 腔)组成。紧固螺钉将比例电磁铁紧固在阀体的一端,比例电磁铁与阀体之间嵌入密封圈, 比例电磁铁的极靴与阀芯的一端接触, 阀芯的另一端与弹簧接触; 输入、输出、回油油腔均直接加工在阀体中, 阀芯在阀体内的布置为中轴线对称结构。

　　该先导阀的运动部件只有二件, 传力路线为:比例电磁铁输出力先导阀芯左侧控制压力, 将阀芯的传力路线( 力- 位移转换) 的间接作用变成了直接作用; 另外, 为了降低运动部件总质量, 减小了先导阀芯的直径, 现为 Φ6 mm, 并设计成中空形式, 内部可通油, 兼作弹簧座, 使运动惯量大大减小, 从而缩短了阀的响应时间, 提高了灵敏度。

　　2 工作原理

　　先导部件的工作原理为: 在比例电磁铁外供电流等于零时, 电磁铁无推力, 阀芯在弹簧力的作用下, 伸出在外, 此时输入油腔关闭, 输出油腔的油液经阀芯内孔与回油腔连通, 输出油腔压力为零; 当比例电磁铁得电, 电磁铁推动阀芯内移, 随着电流增大, 阀芯位移量增大, 此时输入油腔逐渐开启, 输出油腔与回油腔逐渐关闭, 压力油流入输出油腔,使输出油腔的压力随电磁铁外供电流成比例增大。阀芯位移量 1.5 mm 时, 对应的外供起始电流约为250 mA, 此时阀芯横孔刚好与输入油腔刀口处接通。

　　取阀芯直经为 Φ6 mm, 控制起始电流为 250mA 时, 根据受力平衡关系[4], 输出油腔初压计算如下: