4WRE6E型電液比例方向閥特性的測試分析

比例方向閥是以常規電磁方向閥為基礎，采用比例電磁鐵進行改型，逐步發展并完善起來的。與伺服閥相比，它具有抗污染性強、工作可靠、無零漂、價廉和節能等優點。隨著比例方向閥設計原理的進一步完善，并與比例放大器和數字控制技術的結合發展，采用位移電反饋和電校正等技術手段，使比例方向閥靜、動態性能都有了相當大的提高。至今，高性能的比例方向閥與流量形電液伺服閥一樣，除控制流量的方向外，在閥壓降一定的條件下，也能精確、線性地控制流量大小。在以比例方向閥作為電液轉換和功率放大控制元件的閉環控制系統中，比例方向閥作為系統中的關鍵元件，其靜、動態特性對系統的控制性能有很大影響。通過對比例方向閥靜、動態特性的實驗研究，證明比例方向閥與伺服閥一樣，可以在大多數的工業電液伺服閉環控制系統中得到廣泛的應用。

1．工作原理

4WRE6E型帶閥心位移電反饋的四通比例方向閥及與之相配套的VT5005比例放大器工作原理框圖如圖34所示。

比例方向閥和比例控制放大器相結合組成了一個由控制信號電壓U。來控制四通閥心位移x_v，的電子一液壓機械反饋控制系統。外輸入信號U_c經過斜坡發生器、補償部分閥死區的階躍突跳發生器后，轉換成閥心閉環系統的輸入電壓U_a，與閥心位移x_v的反饋信號電壓U_t相比較，即組成了閑心位移Xv的電氣機械閉環控制系統。該比例方向閥的基本參數為額定流量：10L/min(閥壓降為1MPa)；輸入電壓：10V。

2．實驗

(1)實驗油路。比例方向閥的靜、動態特性實驗測試系統主要由1170頻響分析儀（兼作信號發生器）、1180繪圖儀、X-Y函數記錄儀、直流測速發電機、計量馬達和恒壓油源等組成，實驗油路如圖35所示。

(2)靜態特性實驗。電液比例方向閥的靜態特性可采用流量形電液伺服閥靜態特性的實驗研究方法，即根據測試空載流量特性、負載流量特性、壓力增益特性等曲線和所得的相應參數加以評定。由于比例閥不采用噴嘴、擋板前置級，因而不測試零位流量特性，而只對反映其主要靜態特性的空載流量特性進行測試。

采用1170頻響分析儀輸出控制電壓U_c，以低頻三角波作全周期連續重復掃描，在不同供油壓力p_s下，把比例放大器的輸入控制電壓U_c和測速發電機的輸出電壓U₀通過XY記錄儀連續描繪，即得到空載流量Q_L與控制電壓U_c之間的靜態特性曲線Q_L-U_c，如圖36所示。

由特性曲線可得比例閥主要的靜態指標：線性度≤6%、滯回≤2%、對稱度≤6%（補償零偏后）、死區±5%、零偏5%、零漂=0。

1)零偏值5%可用比例放大器的零偏調節電位器完全調整到0V。

2)死區士5%是比例方向閥為降低工藝成本、價廉的需要而固有的，但在數字控制系統中可通過數字補償而基本消除。

3)零漂為零是比例方向閥的突出優點之一。

4)線性度在（消除死區后的）-4～1V內其流量增益較低，這是比例閥不如電液伺服閥的特性，但對一般工業閉環伺服控制系統的影響不大。

5)由于采用了閥心位移電反饋閉環控制技術，其靜態性能指標線性度、滯回、對稱度都比較好。

(3)動態特性實驗。比例方向閥的動態特性可以用控制電壓U_c和閥心位移反饋電壓U_f之間的頻率響應特性來表示。

在供油壓力p_s=7.0MPa和空載的條件下，頻率特性輸入控制電壓U_c的中點U_cc取在額定值的中間，即+5V的“A”繞組和-5V的“B”繞組兩組，U_cc的峰峰值U_cvv取額定值的50%，即U_cvv=5V。用1170頻響分析儀作不同頻率的正弦掃描，用1180描繪出波德圖。圖37所示為“B"繞組的幅頻L和相頻Ф特性實驗曲線。

從特性曲線可知：-3dB幅頻為9.7Hz，-90°相頻為21Hz。與一般伺服閥相比，已占伺服閥固有頻率的一半，何況試驗的峰峰值占額定值的50%，而伺服閥動態試驗的峰峰值一般僅占額定電流的30%。

近20Hz頻寬的二階環節足以滿足多數工程閉環控制系統的應用要求。

3．總結

(1)由于工藝、廉價原因而造成比例閥死區較大是客觀存在的，但應用于控制系統時，可應用數字控制系統的數字補償方法加以消除。

(2)靜態特性指標線性度、滯回、對稱度和重復精度等可以和一般的工業電液伺服閥相比。

(3)動態特性固有頻率達20Hz左右，至少可達到工業伺服系統中動圈式電液伺服閥的要求，因而可以滿足多數工業主機對電液比例伺服系統的特性要求。

(4)電子液壓機械轉換器的輸入功率較大，通常要比電液伺服閥大一個數量級，這是保證其工作可靠的技術措施之一。

(5)電液比例方向閥是基于常規電磁方向閥的滑閥式結構原理，因此，對液壓油的過濾精度要求比電液伺服閥低。

(6)電液比例方向閥工作時的單口閥壓降約為1MPa，比電液伺服閥3.5MPa的單口閥壓降低。因此，采用電液比例方向閥系統的能耗和溫升將遠比采用電液伺服閥的系統要低。