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(jù)電磁原理設(shè)計(jì)，能使其產(chǎn)生的機(jī)械量（力或力矩和位移）與輸入電信號(hào)（電流）的大小成比例，再連續(xù)控制液壓閥閥心的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制液壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量。比例電磁鐵由線圈、銜鐵、推桿等組成，當(dāng)有信號(hào)輸入線圈時(shí)，線圈內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)銜鐵產(chǎn)生作用力，銜鐵在磁場(chǎng)中按信號(hào)電流的大小和方向成比例、連續(xù)地運(yùn)動(dòng)，再通過固連在一起的銷釘帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，從而控制滑閥閥心的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)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(hào)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(zhuǎn)換為力或位移，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)級(jí)閥運(yùn)動(dòng)的位移或轉(zhuǎn)角。

比例電磁鐵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、輸出推力和位移大、對(duì)油質(zhì)要求不高、維護(hù)方便。對(duì)比例電磁鐵的主要技術(shù)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(nèi)，當(dāng)線圈電流一定時(shí)，其輸出力保持恒定，與位移無關(guān)；②穩(wěn)態(tài)電流力特性，具有良好的線性度，較小的死區(qū)及滯回；③動(dòng)態(tài)特性階躍響應(yīng)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?jiǎn)蜗虮壤姶盆F結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，它主要由推桿1、銜鐵7、導(dǎo)向套10、殼體11、軛鐵13等部分組成。導(dǎo)向套10前后兩段為導(dǎo)磁材料（工業(yè)純鐵），導(dǎo)向套前段有特殊設(shè)計(jì)的錐形盆口。兩段之間用非導(dǎo)磁材料（隔磁環(huán)9）焊接成整體。筒狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向套具有足夠的耐壓強(qiáng)度，可承受35MPa的液壓力。殼體11與導(dǎo)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(diào)節(jié)螺釘5和彈簧6組成調(diào)零機(jī)構(gòu)。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(nèi)腔要充入液壓油），使其成為銜鐵移動(dòng)的一個(gè)阻尼器，以保證比例組件具有足夠的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

工作時(shí)，線圈通電后形成的磁路經(jīng)殼體、導(dǎo)向套、銜鐵后分為兩路：一路由導(dǎo)向套前端到軛鐵而產(chǎn)生斜面吸力，另一路直接由銜鐵斷面到軛鐵而產(chǎn)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(gè)行程區(qū)內(nèi)，可以分為吸合區(qū)I、有效行程區(qū)Ⅱ和空行程區(qū)Ⅲ三個(gè)區(qū)段。在吸合區(qū)I，工作氣隙接近于零，輸出力急劇上升，由于這一區(qū)段不能正常工作，因此結(jié)構(gòu)上用加不導(dǎo)磁限位片(圖2中的12)的方法將其排除，使銜鐵不能移動(dòng)到該區(qū)段內(nèi)；在空行程區(qū)Ⅲ工作氣隙較大，電磁鐵輸出力明顯下降，這一區(qū)段雖然也不能正常工作，但有時(shí)是需要的，例如用于直接控制式比例方向閥的兩個(gè)比例電磁鐵中，當(dāng)通電的比例電磁鐵工作在工作行程區(qū)時(shí)，另一端不通電的比例電磁鐵則處于空行程區(qū)Ⅲ；在有效行程區(qū)（工作行程區(qū)）Ⅱ，比例電磁鐵具有基本水平的位移動(dòng)特性，工作區(qū)的長度與電磁鐵的類型等有關(guān)。

比例電磁鐵具有與位移無關(guān)水平的位移一力特性，一定的控制電流對(duì)應(yīng)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(dāng)電磁鐵輸入電流往復(fù)變化時(shí)，相同電流對(duì)應(yīng)的吸力不同，一般將相同電流對(duì)應(yīng)往復(fù)輸入電流差的最大值與額定電流的百分比稱為滯環(huán)。引起滯環(huán)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(wěn)態(tài)性能，比例電磁鐵的滯環(huán)越小越好，還希望比例電磁鐵的零位死區(qū)（比例電磁鐵輸出力為零時(shí)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(jié)構(gòu)原理。這種比例電磁鐵采用了左右對(duì)稱的平頭盆口形動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)。左、右線圈中各有一個(gè)勵(lì)磁線圈1和控制線圈2。當(dāng)勵(lì)磁線圈1通以恒定的勵(lì)磁電流I后，在左右兩側(cè)產(chǎn)生極化磁場(chǎng)。僅有勵(lì)磁電流時(shí)，由于電磁鐵左右結(jié)構(gòu)及線圈的對(duì)稱性，左右兩端吸力相等、方向相反時(shí)，銜鐵處于平衡狀態(tài)，輸出力為零。當(dāng)控制線圈通入差動(dòng)控制電流后，左右兩端總磁通分別發(fā)生變化，銜鐵兩端受力不相等而產(chǎn)生與控制電流數(shù)值相對(duì)應(yīng)的輸出力。

該比例電磁鐵把極化原理與合理的平頭盆口動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)結(jié)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(qū)、線性度好、滯環(huán)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。