液压比例控制阀性能改进分析与研究

　　0 前言

　　直控电液比例控制阀结构如图1所示。通过对比例电磁铁电信号的控制实现油液流量和方向的控制。比例电磁铁将电能转换为机械力，衔铁带动柱塞在电磁力和弹簧弹力的作用下移动。

　　图1 比例控制阀结构图

　　通过外部压力补偿器可限制比例阀的压降，比例阀阀芯对进液和回液可有效分配。近年来，国内外研究者对比例控制阀在液压控制系统中的应用进行了大量研究，该研究在一定程度上提高了控制系统的使用性能。为了进一步优化液压控制系统，本文对液压比例控制阀进行了改进，进一步提高了其使用性能。

　　1 理论背景

　　文中主要对两种典型比例阀进行研究，阀芯面积比分别为2：1和1：1，且分别应用于超越负载和阻性负载。比例阀和液压缸的连接油路如图2所示。

　　图2 比例方向阀与液压缸连接油路图

　　1.1 超越负载

　　系统中液压缸活塞面积比为2：1，为了使系统具有理想的控制效果，阀芯面积比也需为2：1。本文通过数学方法进行分析研究。

液压比例控制阀可进液节流和回液节流，流经油孔的流量为：

　　（1）

　　式中Q——流量，L/min；

　　C——流量系数；

　　A——油孔面积，mm2；

　　Δp——油孔前后压力降，MPa。

　　由上式可知，对于超越负载，如图3所示。Δp1和Δp2需要进一步计算。

　　图3 超越负载压降计算图

　　2：1阀芯面积比液压阀对2：1柱塞面积比液压缸控制系统中油孔分析如图4所示。

　　图4 油孔分析图

　　由于液压阀阀芯面积比为2：1，所以

　　由图4可知：

　　将上式化简可得：

　　因此

　　Δp2≈Δp1　　（2）

　　由此可知，比例阀的进液口和回液口的压差降近似相等，即2：1阀芯面积比液压阀对2：1柱塞面积比液压缸具有较好的控制性能。在1：1阀芯面积比液压阀对2：1柱塞面积比液压缸控制系统中

　　因此，

　　（3）

　　由计算推导可知，当1：1阀芯面积比液压阀对2：1柱塞面积比液压缸进行控制时，Δp1=4Δp2。此时活塞杆所需系统背压必须大于系统压力的1/4，否则液压缸内腔将产生真空。为了增加研究的直观性，假设液压缸加载400kg的超越负载，1：1阀芯面积比液压阀对2：1活塞面积比液压缸的控制图如图5所示。