比例系统中压力补偿回路的应用

　　0 总述

　　液压比例控制系统经过不断的完善与发展, 其抗污染能力、价格、控制精度及响应特性已逐步满足实际需要。从根本上说, 比例控制就是使输出与输入之间保持线性关系, 使执行机构的动作能随着系统给定值的改变而准确、快速的变化。比例阀阀芯的位移与给定的电信号成比例关系, 便于 PLC 控制。

　　然而, 如果在比例阀应用的回路中, 执行机构的负载需要不断变化时, 仅靠比例阀控制流量来实现对负载的速度控制, 在开环回路中是很难实现的, 要是采用闭环回路控制来控制速度, 就必须使用高频响比例阀和高速 PLC, 设备费用就会大幅增加。但是如果在回路中加上压力补偿单元, 保证比例阀前后压差为定值, 那么执行元件的速度就只与电信号的给定值有关, 控制就容易多了。

　　1 压力补偿回路的原理及作用

　　众所周知, 对于各种滑阀, 通过阀口的流量均可由下式得出:

　　式中 C—流量系数;

　　A—阀口通流面积;

　　Δp—阀口前后压差(p₁- p₂);

　　ρ—液体密度。

　　在阀开口度一定的情况下, 通过阀口的流量只与阀口前后压差的平方根成正比。　　当比例阀应用于开环控制回路时, 如果 PLC 给定的信号值固定, 阀芯的位移量( 即滑阀开口度) 就会固定, 但是这时比例阀前后的压差 Δp是随负载的变化而变化的, 根据式(1) 可知, 通过比例阀进入执行元件的流量 Q 也就随外负载的改变而改变。从现象上看, 就是外负载大时, 执行元件速度会变慢, 外负载小时, 执行元件速度就会变快。此时, 回路中必须要存在一个能够使 Δp 固定的元件来实现对执行元件的速度控制, 这个元件就是压力补偿单元。

　　2 压力补偿回路的实现

　　现简单介绍常见的几种压力补偿回路在生产实际中的应用:

　　2.1 采用常开型插装式减压阀+梭阀的结构

　　某卷板厂加热炉冷坯上料台架所采用步进梁结构。由于每块板坯的重量从 25~63t 不等, 液压缸所承受的外负载也不同。想要通过给定一个可控的电信号来控制液压缸的运动速度, 回路的设计中采用常开型插装式减压阀+梭阀的结构作为比例阀的压力补偿器来实现比例控制。其平移回路如图 1 所示, 减压阀 1 盖板上溢流阀 4 的先导油路引自比例阀前的高压油口 p, 出油口经过梭阀与比例阀 2 后的压力油管相连通, 减压阀 1 的出口压力 B 点压力与梭阀 3的 C 点压力之差决定于溢流阀 4 的设定值。即, 比例阀前后的压差△p 为定值。根据式( 1) , 此时的油缸速度就仅与 A 有关( 流量决定速度) , 则当比例阀阀口开度一定( 给定电信号一定) , 油缸的动作速度也一定, 与外负载大小无关。