液压阀的级间耦合及控制方式

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     液压阀的级间耦合及控制方式，除了应用于小流量情况下的液压阀有时采用结构简单的单级阀以外，大多数液压阀都采用具有不同功能的分级组合型式，以便达到预期的性能。多级阀的每一级都有其特定的功能，如先导液压半桥、功率放大、流量调节、压力检测及补偿、流量检测及反馈、逻辑判断等等。级与级之间的物理量(流量、压力、位移、速度、力……)采用某种耦合方式进行联系，以构成一个完整的控制器件。
　　各级阀的物理量中，某些量由于存在固有的联系而使级与级间有耦合作用。例如流量、压力改变时，由于液动力的变化而影响到控制器件上去。而更主要、更关键的是结构设计特点所规定的级间耦合方式。它对于液压阀的控制性能有重要影响。
　　一、液压力耦合
　　对于液压控制阀，直接利用液压力进行级间耦合最为简便，因此这种耦合方式经常在各种阀中采用。
　　先导式溢流阀中，当压力超过先导阀弹簧的调定压力时，锥阀开启而产生流动。固定节流孔 两端的压差使主阀上腔的压力减小，随之主阀开启而溢流。这种先导式溢流阀实质上是由固定节流孔 和先导阀口可调液阻 所构成的B型液压半桥与主阀这两部分所组成(图2-30b)。两级间靠液桥的控制压力 进行联系。这种耦合作用最简单，常见的一般压力控制阀都采用这种耦合方式。
　　上述耦合方式能在主阀端部产生相当大的调节力来克服干扰影响。不过主阀的输出压力只能被间接反馈到先导阀上，所以，阀的整体控制性能的提高受到一定的限制。
　　具有压力补偿功能的流量阀中，节流阀与定差减压阀之间所采用的液压力耦合方式具有反馈作用。图中的减压阀实质上是一个用柱塞来控制它的可变液阻 (阀口)的特殊C型液压半桥，半桥的固定液阻 。节流阀进口压力 或出口压力 变化时都将对定差减压阀的阀口开度起调节作用，以保持节流阀的压差为定值。不过，由于没有从流量阀的输出量 直接引出反馈耦合，因此这种阀的系统框图中只能形成局部闭环。
　　比例溢流阀由于通过反馈推杆4而引入输出的系统压力对比例电磁铁的直接力反馈耦合，构成了一个完整的控制闭环。因此这种阀具有很好的稳态定压精度。
　　二、位置耦合
　　最简单的位置耦合是将前一级与后一级直接相联，例如将控制电磁铁与阀芯连接在一起。图4-20所示的比例节流阀中，将主级阀的位移反馈到先导级，使主阀的位移始终跟踪导阀，也是一种位置耦合，成为具有单位位置反馈的双级比例节流阀(该阀的工作原理在§4-4比例流量阀中进行说明)。当导阀移动时，主阀一直跟踪导阀的位移，直到主阀与导阀间的单控制边阀口保持在一个微小开度的稳定位置时为止。此时环状面积 上的压力略低于进油压力，由此而形成的差动作用力与弹簧 的作用力平衡。
　　由于用一个不大的力来控制先导阀的运动，就可以获得很大的液压输出功率来控制主阀的运动。所以这种耦合配置方式实际上是起了功率放大的作用。
　　三、位移—力耦合
　　在电液控制阀中，电—机械转换器的输入信号是电流(电压)，输出量是力或力矩。为了使先导级获得相应的位移，就要将先导阀与电—机械转换器采用位移—力耦合方式。这只要增加某种弹性构件(弹簧、弹性杆)作为力—位移的转换器，将电—机械转换器的输出力或力矩，转换为位移量。图4-20中的先导阀与比例电磁铁或图5-36中的力矩马达的连接，就采用这种方式。
　　四、电信号耦合
　　在电液控制阀中，将输出物理量(流量、压力、位移……)由传感器进行检测并转换成电信号后，直接馈送到放大器输入端以构成全程闭环系统，可为显著提高液压阀的静态、动态性能创造有利的条件，并且有可能灵活地采用各种电量校正和控制方法。不过，采用这种反馈耦合方式时需要性能优良、工作可靠的传感器，因此价格较贵。主要用于某些电液伺服阀和电液比例阀中。
　　五、复合耦合
　　有时，液压阀的级间耦**用单一的耦合方式不能达到要求，因而综**用几种方式。具有代表性的示例是新型电液比例流量调节阀所采用的流量—位移—力反馈耦合。
　　流量阀的最终输出是流量。为了能完美地实现输出流量与输入电信号之间的线性比例关系，有效地克服负载压力变化及其它扰动的影响，最好将输出流量信息直接反馈耦合到比例电磁铁上去，以构成闭环控制。在图4-22的结构中，不是采用传统的流量控制阀中仅仅对节流器前后的压差进行补偿的局部反馈形式，而是用特殊设计的阀作为流量传感器，将输出流量转换为与之成比例的阀芯位移量，并随即借助于流量传感器上的弹簧将位移量转换为力信息，通过先导阀芯而馈送到比例电磁铁上去。由于这一新颖的结构特点，以及设计中对液压半桥、液压阻尼的恰当配合，使这种比例流量阀获得了优异的性能。
　　综上所述，液压阀的级间耦合方式很多，在设计选择时，除了要分析其控制性能的完善程度外，还应考虑具体的设计性能要求、结构的复杂程度、造价、可靠性等因素。