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摘要：介绍一种结构简单、工艺性好、不含位置反馈、性能良好的电液比例溢流阀，该产品易于批量生产和推广应用，将取代广研老系列比例阀。
关键词：推广型比例阀；结构性能；计算机辅助测试
1 概 述
电液比例阀是介于普通液压阀(开关阀)和电液伺服阀之间的一种液压阀。它可以接受电信号的指令，连续地控制液压系统的压力、流量等参数，使之与输入电信号成比例地变化。与普通阀相比，它能大大提高液压系统的控制水平。
近年来，我国在比例电磁铁及响应控制放大器方面取得了长足进步。浙江大学FPTC研制的高响应比例电磁铁，其最大瞬时推力比市售产品提高了50%，工作频宽提高了5倍。中山四通公司的电反馈比例溢流阀是在先导式比例溢流阀基础上设置高精度压力传感器及配置SBT-B9109型电控放大器，其重复精度、线性度、滞环均低于0.5%，频宽10～15Hz。作为我国唯一一家引进德国比索公司比例电磁铁技术的安阳精密液压电器元件厂对德国技术又作一些改进，用日本线性轴承代替油轴承，电磁铁磁滞从＜8%降低到4%左右，其它性能也有改善。
就我国的液压技术发展现状而言，对不含位置反馈、性能良好的电液比例阀有相当的市场需求，主要存在的是上批量和技术推广普及问题。
电液比例阀是广州机床研究所影响较大的名牌产品，早于70年代初已开发研制成功广研系列比例阀。和国外同类产品相比较，主要性能指标差距不大，但是该系列比例阀连接尺寸及电磁铁非标，工艺复杂，生产成本高，产量及规模难以扩大，有必要研制一种推广型电液比例阀对旧系列进行更新换代。
2 结构与特点
本课题主要研制应用较广的10通径先导式电液比例溢流阀。结构见图1。 （图片）
图1 10通径先导式电液比例溢流阀结构图 从结构图可知，电液比例压力阀与普通压力阀的区别在于后者是用手动调压的，而前者则是用比例电磁来调压的。电液比例溢流阀的设定压力由与输入电信号成比例的电磁力决定。当输入一电信号给比例电磁铁时，比例电磁铁将输出相应的电磁力推动先导阀中的针阀。来自系统的压力也作用于针阀上并与电磁力相平衡，如果系统压力升高而超过对应着的电磁力设定值，先导阀中的针阀打开系统压力将回复至设定值。从而系统压力基本上保持恒定。由于比例电磁铁的最大推力是一定的，所以不同压力等级要通过改变阀座孔径来获得。而不象普通溢流阀那样靠更换不同刚度的调节弹簧来得到。
本系列电液比例溢流阀的特点是：①针阀结构，工艺简单，易于制造；②电磁铁采用引进德国比索技术，同时在吸收消化的基础上提高性能；③阀连接尺寸符合国际及国家标准；④先导式电液比例溢流阀将普通先导溢流阀的先导级作安全及过渡块，加上电液比例先导压力阀，提高通用化程度；⑤电液比例控制放大器将采用可与德国力士乐产品交换的BD系列产品。
本系列电液比例溢流阀的主要技术指标见表1。（图片）
表1 电液比例溢流阀系列的主要技术指标 3 试验研究
3.1 试验条件
按GB7935-87《液压元件通用技术条件》及有关标准。
3.2 试验装置
综合液压阀试验台，其液压系统原理见图2和图3。（图片）
图2 电液比例溢流阀静态试验回路
1 液压泵 2 节流阀 3 流量计 4 安全阀 5 压力
表(压力传感器) 6 换向阀 7 温度计 8 被试阀 （图片）
图3 电液比例溢流阀动态试验回路
1 液压源 2 安全阀 3 换向阀 4 压力计(压力传感器) 5 被试阀 6 节流阀 7 流量计 3.3 计算机辅助测试系统
采用计算机辅助测试技术(CAT)，用计算机进行数据采集和处理，可以保证测量的实时性，提高测试精度，防止人为误差，提高数据处理效率。本课题采用的CAT系统见图4。（图片）
图4 测试系统原理框图 CAT系统由参数测试及测试控制两部分组成：
(1)参数测试 将计算机数据采集和数据处理系统与试验台传感器连接起来，对电液比例阀进行参数测试。测试进程由以下几个环节构成：
1)信号放大 将各压力、温度、流量的测量仪表输出的较弱模拟电信号经放大器放大，以满足计算机数/模转换(A/D)电路输入电平的要求。
2)数据采集 利用计算机A/D转换卡对输入的模拟电信号进行采样、量化、转换成数字信号，形成数据传送给计算机。
3)数据处理 利用软件对测试的数据进行数据检验、误差分析和误差消除，以减少测试误差，提高数据的准确性。
4)试验结果的输出 将测试结果以数据或图形方式向显示屏、打印机输出或存入磁盘进行保存。
(2)测试控制 在测试过程中，输入控制数据，由计算机对试验状态进行控制，系统由以下几个环节构成：
1)接受测试控制指令 人工输入或预设程序控制指令，由计算机对试验台进行控制。
2)控制信号输出 利用软件将控制指令的数据进行D/A转换，由接口输出控制模拟信号，经放大器放大后，送执行元件。
3)状态控制 比例压力阀接收电信号，控制液压件试验压力。
3.4 试验结果
试验油温50℃，液压油运动粘度v=34.6mm2/s。试验项目与结果如下。
(1) I-p特性、线性误差(S)及滞环误差(J)
I-p特性是指输入电流I与压力p的关系。将被试阀调定在所需的试验流量与出口压力下。调节比例放大器，使输入电流I由零至额定电流Imax，再由Imax调节至零。用计算机记录压力p的变化。I-p特性曲线如图5所示。（图片） （图片）
图5 I-P特性曲线 根据I-p特性曲线计算出线性误差及滞环误差如表2。（图片）
表2 线性误差及滞环误差
(2)分辩度
以引起压力p发生变化的输入电流最小变化量△IF作为分辩度的衡量标准。如表3。（图片）
表3 分辩度 (3)重复误差
以同一输入电流I时输出压力p差异的最大值△pcmax(p的最大值减去最小值)来衡量比例压力阀的重复误差。如表4。（图片）
表4 重复误差 4)稳态压力―流量特性试验与流量误差
将被试阀调定在所需流量和压力值(包括阀的最高和最低压力值)上。然后在每一试验压力值pm上，在同一输入电流I下，使流量从零增加到最大值，再从最小值减少到零，测试此过程中被试阀的进口压力的变化。稳态压力―流量特性曲线如图6。（图片） （图片）
图6 稳态压力―流量特性曲线 用所测出压力的差异的最大值△Pcmax(P的最大值减去最小值)来衡量流量误差。如表5。（图片）
表5 流量误差 (5)输入电流I阶跃压力响应特性试验
将被试阀调定在所需的试验流量下，用一比例放大器调节输入电流I1，使被试阀调定在所需的试验压力上。用比例放大器控制被试阀，使试验系统压力下降到起始压力(保证被试阀进口处的起始压力值不大于最终稳态压力值的20%)。这时，在被试阀进口处测试被试阀的压力响应。输入电流I阶跃压力响应特性曲线见图7，上升时间见表6。（图片）
表6 上升时间 （图片） （图片）
图7 输入电流I阶跃压力响应特性曲线 4 结 论
推广型比例阀的电磁铁采用专业厂家生产定型产品，连接尺寸符合通用标准，可与国际上同类产品互换通用。采用新技术、新工艺，容易扩大生产规模，提高产量。性能方面滞环误差及线性误差≤2%，重复误差≤1%，其它指标也基本满足了用户需求。研制是成功的。
11/16/2004
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