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QXS-L40
比例阀为什么需要比例阀放大器,要解决这个问题首先我们要了解比例阀的原理和结构。
各种液压阀的操纵、控制都是通过力(力矩)或位移(角位移)形式的机械量来实现的,其可以通过手动、气动、机动、液动、电动及其组合方式进行。一般采用电液控制,通过电-机械(E-M)换能器将电量转换成控制机械运动所需的机械量,比例阀的机械(E-M)换能器通常是比例电磁铁,具有足够的输出力和位移。
比例阀通常由阀体、阀芯、复位弹簧和比例电磁铁等组成,比例电磁铁实际是一个输出力与输入电流呈线性变化的电磁线圈,电磁铁将电流转化为作用在阀芯上的力,以克服弹簧的弹力,从而控制阀芯的位移,阀芯与阀体形成的开口大小决定阀的流量或压力。
比例电磁铁为了输出克服弹簧力和液动力,必须要有足够的电流,不同的厂家的比例电磁铁,最大位移所需的电流值通常在600-3000mA不等,而工业控制标准信号通常是0-5v/0-10v/-5-+5v/-10-+10v的电压信号或0-20mA/4-20mA电流信号,控制信号带负载能力很弱,不足以推动比例电磁铁。比例阀放大器起到一个信号匹配的作用,接收微弱的控制信号,输出比例电磁铁所需的电流,同时比例阀放大器加入了各种必要的环节,如死区调整/增益调整/斜坡时间/颤振调节等。内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。当在通电螺线管内部插入铁芯后,铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体,这样由于两个磁场互相叠加,从而使螺线管的磁性大大增强。为了使电磁铁的磁性更强,通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反,一边顺时针,另一边必须逆时针。如果绕向相同,两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消,使铁芯不显磁性。另外,电磁铁的铁芯用软铁制做,而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后,将长期保持磁性而不能退磁,则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制,而失去电磁铁应有的优点。
比例电磁铁概述
比例电磁铁作为电液比例控制元件的电一机械转换器件,其功能是将比例控制放大器输给的电流信号转换成力或位移。比例电磁铁推力大、结构简单,对油质要求不高,维护方便,成本低廉,衔铁腔可做成耐高压结构,是电液比例控制技术中应用最广泛的电一机械转换器。比例电磁铁的特性及工作可靠性,对电液比例控制系统和元件具有十分重要的影响,是电液比例控制技术关键部件之一。
电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求,主要有:
1)水平的位移一力特性,即在比例电磁铁有效工作行程内,当线圈电流一定时,其输出力保持恒定。
2)稳态电流一力特性具有良好的线性度,较小的死区及滞回。
3)阶跃响应快,频响高。
比例电磁铁的结构和工作原理
虽然目前国内外市场中比例电磁铁的品种繁多,但其基本的结构和原理大体相同。
由图1可知,典型的耐高压比例电磁铁主要由导套、衔铁、外壳、极靴、线圈、推杆等组成。导套前后两段为导磁材料,中间则用一段非导磁材料(隔磁环)焊接。导套具有足够的耐压强度(约可承受35MPa的静压力)。导套前段和极靴组合,形成带锥型端部的盆型极靴,其相对尺寸决定了比例电磁铁稳态特性曲线的形状。导套和壳体之间配置同心螺线管式控制线圈。衔铁的前端装有推杆,用以输出力或位移;后端装有弹簧和调节螺钉组成的调零机构,可以在一定范围内对比例电磁铁特性曲线进行调整。
比例电磁铁一般为湿式直流控制,与普通直流电磁铁相比,由于结构上的特殊设计,使之形成特殊的磁路,从而使它获得基本的吸力特性,即水平的位移一力特性,与普通直流电磁铁的吸力特性有着本质区别。
比例电磁铁的磁路,在工作气隙附近被分成两部分Φ1和Φ2,如图3(a)所示。其中,一条磁路中Φ1由前端盖盆型极靴底部,沿轴向工作气隙,进入衔铁,穿过导套后段和导磁外壳回到前端盖极靴,产生轴向推力(端面力)F1;而另一磁路Φ2经盆型极靴锥形周边(导套前段),径向穿过工作气隙进入衔铁,而后与Φ1汇合,产生轴向附加力F2。这种特殊形式磁路的形成,主要是由于采用了隔磁环结构,构成了一带锥形周边的盆型极靴。因此,盆口部位几何形状及尺寸,需要经过优化设计和实验研究才能决定。由于电磁作用,F1和F2二者综合得到比例电磁铁的位移一力特性。在工作区域内,电磁力F,相对于衔铁位移基本呈水平力特性关系
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