電液比例控制閥-比例電磁鐵

常用的比例閥大都采用了比例電磁鐵，比例電磁鐵根據電磁原理設計，能使其產生的機械量（力或力矩和位移）與輸入電信號（電流）的大小成比例，再連續控制液壓閥閥心的位置，進而實現連續控制液壓系統的壓力、方向和流量。比例電磁鐵由線圈、銜鐵、推桿等組成，當有信號輸入線圈時，線圈內磁場對銜鐵產生作用力，銜鐵在磁場中按信號電流的大小和方向成比例、連續地運動，再通過固連在一起的銷釘帶動推桿運動，從而控制滑閥閥心的運動。應用最廣泛的比例電磁鐵是耐高壓直流比例電磁鐵。

輸入電信號通過比例放大器放大后（通常為24V直流，800mA或更大的額定電流）比例電磁鐵將其轉換為力或位移，以產生驅動先導級閥運動的位移或轉角。

比例電磁鐵結構簡單、成本低廉、輸出推力和位移大、對油質要求不高、維護方便。對比例電磁鐵的主要技術要求有：①水平的位移力特性，即在比例電磁鐵有效工作行程內，當線圈電流一定時，其輸出力保持恒定，與位移無關；②穩態電流力特性，具有良好的線性度，較小的死區及滯回；③動態特性階躍響應快，頻響高。

比例電磁鐵有單向和雙向兩種，單向比例電磁鐵較常用。

1．單向比例電磁鐵

典型的耐高壓單向比例電磁鐵結構原理圖如圖2所示，它主要由推桿1、銜鐵7、導向套10、殼體11、軛鐵13等部分組成。導向套10前后兩段為導磁材料（工業純鐵），導向套前段有特殊設計的錐形盆口。兩段之間用非導磁材料（隔磁環9）焊接成整體。筒狀結構的導向套具有足夠的耐壓強度，可承受35MPa的液壓力。殼體11與導向套10之間配置同心螺線管式控制線圈3。銜鐵7前端所裝的推桿1用以輸出力或位移，后端所裝的調節螺釘5和彈簧6組成調零機構。銜鐵支撐在軸承上，以減小黏滯摩擦力。比例電磁鐵通常為濕式直流控制（內腔要充入液壓油），使其成為銜鐵移動的一個阻尼器，以保證比例組件具有足夠的動態穩定性。

工作時，線圈通電后形成的磁路經殼體、導向套、銜鐵后分為兩路：一路由導向套前端到軛鐵而產生斜面吸力，另一路直接由銜鐵斷面到軛鐵而產生表面吸力。二者的合成力即為比例電磁鐵的輸出力(見圖53)。由圖3可以看到，比例電磁鐵在整個行程區內，可以分為吸合區I、有效行程區Ⅱ和空行程區Ⅲ三個區段。在吸合區I，工作氣隙接近于零，輸出力急劇上升，由于這一區段不能正常工作，因此結構上用加不導磁限位片(圖2中的12)的方法將其排除，使銜鐵不能移動到該區段內；在空行程區Ⅲ工作氣隙較大，電磁鐵輸出力明顯下降，這一區段雖然也不能正常工作，但有時是需要的，例如用于直接控制式比例方向閥的兩個比例電磁鐵中，當通電的比例電磁鐵工作在工作行程區時，另一端不通電的比例電磁鐵則處于空行程區Ⅲ；在有效行程區（工作行程區）Ⅱ，比例電磁鐵具有基本水平的位移動特性，工作區的長度與電磁鐵的類型等有關。

比例電磁鐵具有與位移無關水平的位移一力特性，一定的控制電流對應一定的輸出力，即輸出力與輸入電流成比例(見圖4)，改變電流即可成比例改變輸出力。

由圖4可看到，當電磁鐵輸入電流往復變化時，相同電流對應的吸力不同，一般將相同電流對應往復輸入電流差的最大值與額定電流的百分比稱為滯環。引起滯環主要原因有電磁鐵中軟磁材料的磁化特性及摩擦力等因素。為了提高比例閥等比例組件的穩態性能，比例電磁鐵的滯環越小越好，還希望比例電磁鐵的零位死區（比例電磁鐵輸出力為零時的最大輸入電流I與額定電流的百分比）小且線性度（直線性）好。

2. 雙向比例電磁鐵

圖5為耐高壓雙向極化式比例電磁鐵的結構原理。這種比例電磁鐵采用了左右對稱的平頭盆口形動鐵式結構。左、右線圈中各有一個勵磁線圈1和控制線圈2。當勵磁線圈1通以恒定的勵磁電流I后，在左右兩側產生極化磁場。僅有勵磁電流時，由于電磁鐵左右結構及線圈的對稱性，左右兩端吸力相等、方向相反時，銜鐵處于平衡狀態，輸出力為零。當控制線圈通入差動控制電流后，左右兩端總磁通分別發生變化，銜鐵兩端受力不相等而產生與控制電流數值相對應的輸出力。

該比例電磁鐵把極化原理與合理的平頭盆口動鐵式結構結合起來，使其具有良好的位移力水平特性以及良好的電流輸出力比例特性（見圖6）且無零位死區、線性度好、滯環小，動態響應特性好。