比例方向控制回路中的壓力補償

1．簡介

通過比例閥的流量可由下列公式得出

                                            (5-11)

式中：Q為通過閥的流量；C_d為流量系數(shù)；A為孔口面積；ρ為油液密度；Δp為閥前后壓差。

在面積A一定，即比例閥給定電信號為一定值時，通過閥的流量與Δp有關(guān)，只有負載壓力波動不大或幾乎不波動時，節(jié)流閥才能起到流量控制作用。圖42所示為典型的比例閥流量壓力特性曲線簇。

 Δp_v=p_s-p_t        (5-12)

式中：p_s為系統(tǒng)壓力；p_t為比例閥回油口背壓；Δp_v為比例閥進出口壓差。

在液壓缸比例方向閥系統(tǒng)中，有

     p_s=p_v+p_L+p_t    (5-13)

式中：p_v為比例閥前后壓差；p_L為負載壓力。由式(5-10)、式(5-13)聯(lián)立可知

Δp_v=p_v+Δp_L=p_s+Δp_t=常量

即p_v在液壓泵出口壓力p_s和比例閥出口背壓壓力p_t為常量時與負載直接有關(guān)。因此在比例閥控制回路中，上述的負載效應(yīng)必須通過適當(dāng)手段進行校正。其目的就是保證p_v為一近似定值，不隨負載壓力的波動而改變，從而保證通過比例閥的流量與輸入的電信號成比例地變化。

2．控制方案

(1)二通進口壓力補償。二通進口壓力補償器油路實例圖如圖43所示，二通壓力補償器油路原理圖如圖44所示。圖44中，二通壓力補償器的閥心左邊作用著比例閥進口壓力p，右邊作用著比例閥后壓力p₂及彈簧力，當(dāng)略去液動力、閥心處于平衡位置時可知

                       pA_k=p₂A_k+F_F                   (5-14)

則有Δp=p-p₂=F_F/A_k≈常數(shù)

當(dāng)彈簧較軟、調(diào)節(jié)位移又比較小時，壓力差近似為常數(shù)。只要p_p=p₂大于F_F/A_k，彈簧即被壓縮，比例閥可起到流量調(diào)節(jié)作用。

(2)三通進口壓力補償。三通進口壓力補償器油路實例圖如圖45所示，三通壓力補償器油路原理圖如圖46所示。

在該回路中的固定油口A₂與壓力補償器控制的調(diào)節(jié)油口A₁并聯(lián)。A₁同時作為液壓泵回油管路的出油口。同樣當(dāng)該閥閥心處于平衡位置時，不考慮摩擦力和液動力時，可得到如下公式，即

                        p₁A_k=p₂A_k+F_F                  (5-15)

則有：△p=p1-p2=FF/Ak≈常數(shù)，這樣在閥口的壓力差可近似保持恒定，并使通過比例閥的流量與給定的電信號成正比而與負載的變化無關(guān)。

使用二通進口壓力補償器時，液壓泵始終需提供由溢流閥調(diào)定系統(tǒng)最高壓力，而使用三通進口壓力補償器時進口工作壓力僅需比負載壓力高△p值即可，因而功率損失相對較少。

配置進口壓力補償器，當(dāng)液壓缸制動減速過程中，特別是當(dāng)負載壓力高于彈簧設(shè)定的進口檢測閥口處壓差時，由式(5-15)可知

p_s-p₁=p_v+p_t=F_F/A_k+p_t≈常數(shù)

當(dāng)p_s-p₁≤F_F/A_k時，調(diào)節(jié)閥口全部打開，因而壓力補償器失去調(diào)節(jié)作用。

對于雙向控制使用梭閥的回路，如圖44示，在減速過程中，與壓力補償器彈簧腔相通的油壓不再來自A而是B口。在此工況下，B側(cè)壓力較高，可將壓力補償器打開，通過壓力補償器的流量增加。此時傳動裝置試圖加速，而比例閥閥心向關(guān)閉的方向運動，這樣會有效減緩在液壓缸進油管路的氣蝕。因此傳動裝置是通過簡單的節(jié)流作用而非流量控制作用，減速到靜止?fàn)顟B(tài)。

如沒有梭閥，由于進口壓差保持不變，在油路上就會出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象而引起液壓缸動作速度不穩(wěn)定。因此必須在液壓缸兩端加裝壓力控制閥防止超壓，使液壓缸平穩(wěn)制動。

如果沒有設(shè)置壓力控制閥，進口壓力補償器就只能限制在負載僅作用在一個方向的系統(tǒng)中使用。

(3)直接采用成品的壓力補償閥。壓力補償閥成品有力士樂ZDC型閥等。某鋼卷步進平移回路如圖47所示，在比例閥2的下面直接安裝一個疊加式壓力補償閥1，也能實現(xiàn)相同的功能。

(4)使用常閉型插裝式減壓閥。該閥閥心為LC-DB型，蓋板為LFADR型。鋼板翻轉(zhuǎn)裝置是將軋制過程中有問題鋼板翻面進行檢查或修磨的裝置，接受的鋼板是已經(jīng)按規(guī)定尺寸切割好的，故也存在負載不等的情況，比例升降控制需要壓力補償。常閉型插裝式減壓閥控制回路如圖48所示。

換向閥6首先打開液壓缸處液控單向閥5。假設(shè)比例閥1處于平行位，P→A，這時常閉式減壓閥3.1處于關(guān)閉位，單向閥4.1打開，高壓油直接進入液壓缸的無桿腔，而有桿腔的回油則關(guān)閉單向閥4.2，經(jīng)過插裝式減壓閥3.2，進入比例閥的B油口。減壓溢流閥2.2的反饋壓力取自該閥的油口A。其值大小可認為等于比例閥油口B處壓力。當(dāng)油口A處壓力大于設(shè)定值時，減壓閥3.2主閥心的先導(dǎo)控制油就要經(jīng)由減壓溢流閥溢出，主閥心控制油腔壓力降低，主閥心向上運動，減壓閥3.2就往比例閥油口B處補油；當(dāng)閥2.2的油口A處壓力小于設(shè)定壓力時，減壓閥3.2主閥心就處于關(guān)閉狀態(tài)，直至比例閥油口B處的壓力就等于減壓溢流閥閥設(shè)定的壓力為止。由于比例閥油口T的壓力為0，那么比例閥在油口B處與T口壓差就被控制為定值，也就達到了比例控制的要求，A-B相連，亦然。