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几种新型ATOS电液比例阀的结构及原理

　　消除液动力影响、提高液压阀的过流能力，zui根本的办法是采用导控(先导控制)技术。早在1936年美国工程师HarryVickers为了解决因液动力影响直动溢流阀无法实高压、大流量系统的压力控制问题发明了导控溢流阀，其基本思想是采用一通径较小的导阀控制静压力，驱动主阀芯运动，因该液压推力比油液流经阀口时所产生的液动力大得多，足以消除其对主阀芯运动与控制产生的不利影响。导控的思想后来也广泛地应用于其它液压阀的设计，使液压系统的高压、大流量控制得以现实。后来的各种电液伺服控制元件也是沿用了先导控制的设计思想，电液比例阀也不例外，并借用了伺服阀的许多原理。

图1 先导式比例方向节流阀

　　图1为采用比例压力阀作为导阀的比例方向阀，根据主阀芯运动方向与阀开口的不同分别控制主阀左腔或右腔的压力大小与阀左腔的弹簧力平衡，实现主阀芯位移(开口)的比例控制。该阀主阀与导阀之间为开环控制，结构简单，工作可靠。但是，为了消除液动力对主阀芯比例控制特性的不利影响，需要用一大弹簧平衡作用于阀腔的静压力，弹簧占据阀的大部分体积，整个阀的结构显得笨重。该阀常用于工程机械的液压系统，有时也将双作用的减压导阀做成两个插装式三通的减压阀分别控制主阀两腔压力。

　　另外，主阀阀腔的压力除采用比例减压阀控制外，还可以采用溢流阀控制。这种先导控制比例方向阀的工作原理与zui初无反馈杆、靠大弹簧平衡主阀两腔压力差的喷嘴－挡板伺服阀的工作原理相近。

图2 力反馈型比例方向节流阀

　　图2为力反馈型双级比例方向控制阀，主要用于船用舵机液压系统，该阀的工作原理与力反馈喷嘴－挡扳伺服阀的工作原理相近，只是将喷嘴－挡板阀换成了直动式比例阀。

图3 电反馈型双级比例方向阀

　　图3为电反馈型双级比例方向阀，其工作原理与电反馈大流量二级、三级伺服阀一致。除了以上在产品中常见的导控型比例阀结构外，人们在先导控制比例阀的结构创新上也不断地进行着努力和尝试。

图4 流量反馈二通

　　瑞典林雪平大学(LinpingUniversity)的Ander-son提出了一种流量反馈的二通导控流量阀见图4。该阀在主阀芯表面上开设小槽，形成随主阀芯位移变化的可变液阻，该液阻与二通比例导阀构成阻力半桥控制控主阀敏感腔的压力，该压力在主阀芯轴向力平衡、位置保持不变时与进、出口压力成固定的比例关系。若改变导阀阀口大小则主阀敏感腔的压力随之发生变化，作用于主阀芯上的静压力失去平衡，主阀芯移动，同时小槽的开口也发生变化，敏感腔的压力恢复为平衡值，主阀芯停在一新的位置。该阀结构的巧妙之处在于导控桥路的回油直接引向阀出口(而不是油箱)，阀进、出口压力变化通过桥路对主阀芯产生的静压力的改变，被作用于阀芯下端面或锥面上静压力变化抵消，对阀芯的位置并不产生影响。

　　威格士将这种阀做成产品，取名valvistor(意为阀晶体管)。该阀的不足之处在于工作过程中由于油温变化的影响等，很难做到导阀与小槽之间的液阻*匹配，因而特性不够稳定;此外，导控级的泄漏流量较大，比例控制性能也差强人意。此外，主阀进、图5力反馈型比例流量阀出口通过导控油路连通，无法实现锥面无泄漏关断。图8的结构只适用于二通比例阀，为此，太原理工大学的权龙教授对采用该原理的比例阀进行了结构创新，使其适用于双向三通或四通比例换向阀的控制。图9的导阀采用的是直动比例阀，也可以采用结构更为简单的高速开关阀，通过脉宽调制实现导阀的比例流量控制。

图5 力反馈型比

　　路甬祥院士早年留学德国发明的二级力反馈比例流量阀，见图4。该阀巧妙地利用比例电磁铁的输出水平力特性与反馈弹簧力相平衡，实现主阀芯的位置反馈。但由于在导阀与主阀之间引入了力－位移反馈的弹簧－质量二阶系统，使导控回路频宽降低、稳定性下降，需要引入多个液阻限制增益，使得阀的抗污染能力下降，此外，导阀阀芯与阀芯孔之间要求具有较好的配合精度，否则导阀容易产生卡滞现象，并在主阀上被放大，对整个比例阀的特性产生较严重的不利影响。

图6 直动 － 导控一体化 2D 电液比例换向阀

　　浙江工业大学的提出了一种直动－导控一体化的2D电液比例换向阀，如图6所示。其基本工作原理为:比例电磁铁输出的电磁推力通过压扭联轴器使阀芯转动，进而使阀敏感腔的压力发生变化驱动阀芯轴向移动，在移动的过程中阀芯反向转动，其敏感腔的压力又逐渐恢复为原来的值，阀芯到达一个新的平衡位置，阀芯移动的位移与比例电磁铁的推力成比例关系。该阀兼具直动式和导控式电液比例换向阀各自的优点。