比例阀的压力补偿

1．简介

通过比例阀的流量可由下列公式得出

                                            (5-11)

式中：Q为通过阀的流量；C_d为流量系数；A为孔口面积；ρ为油液密度；Δp为阀前后压差。

在面积A一定，即比例阀给定电信号为一定值时，通过阀的流量与Δp有关，只有负载压力波动不大或几乎不波动时，节流阀才能起到流量控制作用。图42所示为典型的比例阀流量压力特性曲线簇。

 Δp_v=p_s-p_t        (5-12)

式中：p_s为系统压力；p_t为比例阀回油口背压；Δp_v为比例阀进出口压差。

在液压缸比例方向阀系统中，有

     p_s=p_v+p_L+p_t    (5-13)

式中：p_v为比例阀前后压差；p_L为负载压力。由式(5-10)、式(5-13)联立可知

Δp_v=p_v+Δp_L=p_s+Δp_t=常量

即p_v在液压泵出口压力p_s和比例阀出口背压压力p_t为常量时与负载直接有关。因此在比例阀控制回路中，上述的负载效应必须通过适当手段进行校正。其目的就是保证p_v为一近似定值，不随负载压力的波动而改变，从而保证通过比例阀的流量与输入的电信号成比例地变化。

2．控制方案

(1)二通进口压力补偿。二通进口压力补偿器油路实例图如图43所示，二通压力补偿器油路原理图如图44所示。图44中，二通压力补偿器的阀心左边作用着比例阀进口压力p，右边作用着比例阀后压力p₂及弹簧力，当略去液动力、阀心处于平衡位置时可知

                       pA_k=p₂A_k+F_F                   (5-14)

则有Δp=p-p₂=F_F/A_k≈常数

当弹簧较软、调节位移又比较小时，压力差近似为常数。只要p_p=p₂大于F_F/A_k，弹簧即被压缩，比例阀可起到流量调节作用。

(2)三通进口压力补偿。三通进口压力补偿器油路实例图如图45所示，三通压力补偿器油路原理图如图46所示。

在该回路中的固定油口A₂与压力补偿器控制的调节油口A₁并联。A₁同时作为液压泵回油管路的出油口。同样当该阀阀心处于平衡位置时，不考虑摩擦力和液动力时，可得到如下公式，即

                        p₁A_k=p₂A_k+F_F                  (5-15)

则有：△p=p1-p2=FF/Ak≈常数，这样在阀口的压力差可近似保持恒定，并使通过比例阀的流量与给定的电信号成正比而与负载的变化无关。

使用二通进口压力补偿器时，液压泵始终需提供由溢流阀调定系统zui高压力，而使用三通进口压力补偿器时进口工作压力仅需比负载压力高△p值即可，因而功率损失相对较少。

配置进口压力补偿器，当液压缸制动减速过程中，特别是当负载压力高于弹簧设定的进口检测阀口处压差时，由式(5-15)可知

p_s-p₁=p_v+p_t=F_F/A_k+p_t≈常数

当p_s-p₁≤F_F/A_k时，调节阀口全部打开，因而压力补偿器失去调节作用。

对于双向控制使用梭阀的回路，如图44示，在减速过程中，与压力补偿器弹簧腔相通的油压不再来自A而是B口。在此工况下，B侧压力较高，可将压力补偿器打开，通过压力补偿器的流量增加。此时传动装置试图加速，而比例阀阀心向关闭的方向运动，这样会有效减缓在液压缸进油管路的气蚀。因此传动装置是通过简单的节流作用而非流量控制作用，减速到静止状态。

如没有梭阀，由于进口压差保持不变，在油路上就会出现气蚀现象而引起液压缸动作速度不稳定。因此必须在液压缸两端加装压力控制阀防止超压，使液压缸平稳制动。

如果没有设置压力控制阀，进口压力补偿器就只能限制在负载仅作用在一个方向的系统中使用。

(3)直接采用成品的压力补偿阀。压力补偿阀成品有力士乐ZDC型阀等。某钢卷步进平移回路如图47所示，在比例阀2的下面直接安装一个叠加式压力补偿阀1，也能实现相同的功能。

(4)使用常闭型插装式减压阀。该阀阀心为LC-DB型，盖板为LFADR型。钢板翻转装置是将轧制过程中有问题钢板翻面进行检查或修磨的装置，接受的钢板是已经按规定尺寸切割好的，故也存在负载不等的情况，比例升降控制需要压力补偿。常闭型插装式减压阀控制回路如图48所示。

换向阀6首先打开液压缸处液控单向阀5。假设比例阀1处于平行位，P→A，这时常闭式减压阀3.1处于关闭位，单向阀4.1打开，高压油直接进入液压缸的无杆腔，而有杆腔的回油则关闭单向阀4.2，经过插装式减压阀3.2，进入比例阀的B油口。减压溢流阀2.2的反馈压力取自该阀的油口A。其值大小可认为等于比例阀油口B处压力。当油口A处压力大于设定值时，减压阀3.2主阀心的先导控制油就要经由减压溢流阀溢出，主阀心控制油腔压力降低，主阀心向上运动，减压阀3.2就往比例阀油口B处补油；当阀2.2的油口A处压力小于设定压力时，减压阀3.2主阀心就处于关闭状态，直至比例阀油口B处的压力就等于减压溢流阀阀设定的压力为止。由于比例阀油口T的压力为0，那么比例阀在油口B处与T口压差就被控制为定值，也就达到了比例控制的要求，A-B相连，亦然。