比例方向控制回路中的壓力補(bǔ)償
1.簡(jiǎn)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;Cd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(hào)為一定值時(shí),通過閥的流量與Δp有關(guān),只有負(fù)載壓力波動(dòng)不大或幾乎不波動(dòng)時(shí),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。
Δpv=ps-pt (5-12)
式中:ps為系統(tǒng)壓力;pt為比例閥回油口背壓;Δpv為比例閥進(jìn)出口壓差。
在液壓缸比例方向閥系統(tǒng)中,有
ps=pv+pL+pt (5-13)
式中:pv為比例閥前后壓差;pL為負(fù)載壓力。由式(5-10)、式(5-13)聯(lián)立可知
Δpv=pv+ΔpL=ps+Δpt=常量
即pv在液壓泵出口壓力ps和比例閥出口背壓壓力pt為常量時(shí)與負(fù)載直接有關(guān)。因此在比例閥控制回路中,上述的負(fù)載效應(yīng)必須通過適當(dāng)手段進(jìn)行校正。其目的就是保證pv為一近似定值,不隨負(fù)載壓力的波動(dòng)而改變,從而保證通過比例閥的流量與輸入的電信號(hào)成比例地變化。
2.控制方案
(1)二通進(jìn)口壓力補(bǔ)償。二通進(jìn)口壓力補(bǔ)償器油路實(shí)例圖如圖43所示,二通壓力補(bǔ)償器油路原理圖如圖44所示。圖44中,二通壓力補(bǔ)償器的閥心左邊作用著比例閥進(jìn)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(dòng)力、閥心處于平衡位置時(shí)可知
pAk=p2Ak+FF (5-14)
則有Δp=p-p2=FF/Ak≈常數(shù)
當(dāng)彈簧較軟、調(diào)節(jié)位移又比較小時(shí),壓力差近似為常數(shù)。只要pp=p2大于FF/Ak,彈簧即被壓縮,比例閥可起到流量調(diào)節(jié)作用。
(2)三通進(jìn)口壓力補(bǔ)償。三通進(jìn)口壓力補(bǔ)償器油路實(shí)例圖如圖45所示,三通壓力補(bǔ)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(bǔ)償器控制的調(diào)節(jié)油口A1并聯(lián)。A1同時(shí)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(shí),不考慮摩擦力和液動(dòng)力時(shí),可得到如下公式,即
p1Ak=p2Ak+FF (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(hào)成正比而與負(fù)載的變化無關(guān)。
使用二通進(jìn)口壓力補(bǔ)償器時(shí),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(jìn)口壓力補(bǔ)償器時(shí)進(jìn)口工作壓力僅需比負(fù)載壓力高△p值即可,因而功率損失相對(duì)較少。
配置進(jìn)口壓力補(bǔ)償器,當(dāng)液壓缸制動(dòng)減速過程中,特別是當(dāng)負(fù)載壓力高于彈簧設(shè)定的進(jìn)口檢測(cè)閥口處壓差時(shí),由式(5-15)可知
ps-p1=pv+pt=FF/Ak+pt≈常數(shù)
當(dāng)ps-p1≤FF/Ak時(shí),調(diào)節(jié)閥口全部打開,因而壓力補(bǔ)償器失去調(diào)節(jié)作用。
對(duì)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(bǔ)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(bǔ)償器打開,通過壓力補(bǔ)償器的流量增加。此時(shí)傳動(dòng)裝置試圖加速,而比例閥閥心向關(guān)閉的方向運(yùn)動(dòng),這樣會(huì)有效減緩在液壓缸進(jìn)油管路的氣蝕。因此傳動(dòng)裝置是通過簡(jiǎn)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(jìn)口壓差保持不變,在油路上就會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象而引起液壓缸動(dòng)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(dòng)。
如果沒有設(shè)置壓力控制閥,進(jìn)口壓力補(bǔ)償器就只能限制在負(fù)載僅作用在一個(gè)方向的系統(tǒng)中使用。
(3)直接采用成品的壓力補(bǔ)償閥。壓力補(bǔ)償閥成品有力士樂ZDC型閥等。某鋼卷步進(jìn)平移回路如圖47所示,在比例閥2的下面直接安裝一個(gè)疊加式壓力補(bǔ)償閥1,也能實(shí)現(xiàn)相同的功能。
(4)使用常閉型插裝式減壓閥。該閥閥心為L(zhǎng)C-DB型,蓋板為L(zhǎng)FADR型。鋼板翻轉(zhuǎn)裝置是將軋制過程中有問題鋼板翻面進(jìn)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(fù)載不等的情況,比例升降控制需要壓力補(bǔ)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(rèn)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(shí),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(yùn)動(dòng),減壓閥3.2就往比例閥油口B處補(bǔ)油;當(dāng)閥2.2的油口A處壓力小于設(shè)定壓力時(shí),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(dá)到了比例控制的要求,A-B相連,亦然。