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1、中 国 地 质 大 学研究生课程论文课程名称 电液伺服控制技术 教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业 机械工程 所在院系 机械与电子信息学院 类别: 硕 士 日期: 评 语对课程论文的评语:平时成绩：课程论文成绩：总 成 绩：评阅人签名：注：1、无评阅人签名成绩无效；2、必须用钢笔或圆珠笔批阅，用铅笔阅卷无效；3、如有平时成绩，必须在上面评分表中标出，并计算入总成绩。国内外主要电液比例插装阀产品现状分析摘 要：电液比例插装阀是电液比例技术、插装阀技术、传感技术、测试技术、微电子技术、精密加工技术等高度融合的高科技产品。本文主要对电液比例插装阀的工作原理和分类进行了概述，并对国内外相关公
2、司及产品进行介绍、对比分析，最后对对电液比例控制技术的未来的发展趋势进行了分析和展望。关键词：电液比例插装阀；分类；产品现状；电液比例控制技术；发展趋势Major domestic and foreign electro-hydraulic proportional valves Cartridge Situation AnalysisAbstract: Electro-hydraulic proportional cartridge valves are electro-hydraulic proportional technology, cartridge valve technology
3、, sensor technology, test technology, microelectronics, precision machining technology, high degree of integration of high-tech products. This article mainly discusses the working principle of electrohydraulic proportional cartridge valve and classification were summarized, and the related companies
4、 and products both at home and abroad is introduced, and comparison analysis.Keyword: Electro-hydraulic proportional cartridge valves; classify; products present situation; electricity liquid proportion controlling technology; development tendency.1 概述电液比例插装阀是电液比例技术、插装阀技术、传感技术、测试技术、微电子技术、精密加工技术等高度融合
5、的高科技产品，能方便地和微机控制系统相结合，连续、成比例地调节受控腔的压力、速度、流量等，有效地改善系统稳态控制精度和动态品质。比例控制和插装技术相结合符合模块化、集成化和可配阻等液压发展趋势。电液比例插装阀属于电液比例阀中的一大类，其阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。它是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用电机械转换装置，将电信号转换为位移信号，按输人电信号指令连续、成比例地控制液压系统的压力、流量或方向等参数。1插装式比例阀就是根据机电装备发展需要而研发的新型液压元件，它将电的快速性、灵活性
6、等优点与液压传动力量大的优点结合起来，因此其具备响应快、密封性好、小型化、耐高压和使用寿命长等优点，并减少了元件的使用量，并能防止压力或速度变换时的冲击现象。比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比，在某些方而还有一定的性能差距，但它显著的优点是抗污染能力强，大大地减少了因污染所造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。另一方面比例阀的成本比伺服阀低，结构也简单，己在许多场合获得广泛应用。比例阀相对伺服阀和开关阀的主要性能比较如表1所示。2表1 三种阀类主要性能比较 类别性能过滤精度（m）阀内压降（MPa）滞环（%）重复精度（%）频宽（Hz/3Db）中位死区价格比比例阀250.52130.
7、5125有1伺服阀37130.520200无3开关阀25500.250.5有0.52 电液比例插装阀简介2.1 电液比例插装阀的构成尽管比例阀种类繁多，但其工作原理及结构均可用图3-1中双点划线框内所示的框图来表示。图3-1所示为一个闭环控制的电液比例系统框图。从图中可以看出比例阀在系统中所处的地位以及与电控器、液压执行器之间的关系。图 2-1从电液比例控制阀的原理框图中可以看出，它主要由以下几个部分组成：电机械转换元件、电机械转换元件、液压功率放大级、检测反馈元件四大部分组成。电机械转换元件将小功率的电信号转换成阀芯（或喷嘴挡板）的运动，然后又通过阀芯的运动去控制流体的压力与流量，完成了电机
8、液的比例转换。如果要求输出的功率并不大，这时阀的输出可直接驱动执行器，这就是直动式比例阀。在流量比较大的场合，由于力（矩）马达输出的力（矩）较小，它无法直接驱动功率级主阀，这时就需要增加液压先导级，将电机械转换元件的输出加以适当的放大，再来控制主阀级。这样就构成了多级比例阀。其中的第一级被称为先导控制级，先导级可以采用滑阀、锥阀、喷嘴挡板阀或插装阀，而主阀常采用插装阀。为提高电液比例插装阀的性能，在它的内部应具有适当的级间反馈回路。图3-1虚线所示的为采用机械、液压及电气反馈的可能方案。有些比例阀，例如闭环比例阀和整体式比例阀，把电控器或部分电子装置也集成在比例阀内，使用起来更方便，性能也得到
9、提高。32.2 电液比例插装阀的工作原理简介在液压系统中，电液比例阀种类基本上都是与普通阀的种类一一对应的。本文中以电液比例插装减压阀为例来说明电液插装阀的工作原理。主阀A、B口分别为减压阀进、出油口，先导控制油液引自出油口B通过阻尼孔R1、R2进入主阀弹簧腔，当出口压力低于先导阀设定压力时，溢流阀无溢流，主阀阀芯上液压力相等并在弹簧力作用下完全开启，减压阀不工作，当进油压力达到先导阀设定压力时，溢流阀阀芯开启产生溢流，此时压力p2p4，阀芯在液压力的作用下克服弹簧力上移，阀口开度减小，阀口处阻力增大，压降增大，直到出油口压力降低至调定值，通过控制输入先导阀电信号的大小即可实现插装式减压阀出口
10、压力的比例控制。图 2-2 电液比例插装减压阀结构简图2.3 电液比例插装阀的分类比例控制元件的种类比较繁多电液比例插装阀是通过螺纹将电磁比例插装件固定在油路集成块上的元件，插装阀具有应用灵活、节省管路和成本低廉等特点，近年来在工程机械上的应用越来越广泛。常用的螺旋插装式比例阀有二通、三通、四通和多通等形式，二通式比例阀主要是比例节流阀，它常与其它元件一起构成复合阀，对流量、压力进行控制；三通式比例阀主要是比例减压阀，也是移动式机械液压系统中应用较多的比例阀，它主要是对液动操作多路阀的先导油路进行操作。利用三通式比例减压阀可以代替传统的手动减压式先导阀，它比手动的先导阀具有更多的灵活性和更高的
11、控制精度。43 电液比例阀产品现状3.1 国内电液比例阀产品现状3.1.1 武汉力富特液压科技有限公司（1）公司信息武汉力富特液压科技有限公司位于湖北省武汉市，是一家拥有机械结构加工，电液系统集成和软件工程等多学科联合设计能力的企业。有加工装配基地及液压电控实验室。公司设计制造液压传动系统，电液比例控制系统，电液伺服控制系统及工程机械控制装置等。同时公司经销国内外液压泵，液压阀（传统阀，比例阀，伺服阀，电液比例插装阀），液压马达，传感器，过滤器等元器件。（2）产品信息该公式在插装阀上的研究不多，因此该公司就只有一个系列关于电液比例插装阀的产品。LEQZ0电液比例插装节流阀的结构示意图和实物图如
12、图3-1，液压符号图如图3-2所示，MA-LEQZO-A(ES)是二通型插装式比例节流阀，集成块式安装。它主要由比例减压导阀1来控制阀芯7在阀套6内作直线开闭运动。根据输入电信号的大小提供流量控制。此类阀与放大器协同工作，放大器向比例阀提供适当的驱动电流，以校准阀的调整量，使之与供给放大器的输入信号相对应。 流量调节是通过作用在主阀芯7上腔密闭面积上的压力控制油，与安装在主阀芯7上的压缩弹簧5之间达到一个力平衡而实现的。改变控制油压力大小，让主阀芯7在阀套6中作往复移动，因此而改变阀口的通油面积，以实现通流大小的控制。 控制导阀是一个MA-DHRZO型比例减压阀。主要特征是：缩短了响应时间和精
13、确的流量控制与良好的重复精度。图3-1 LEQZ0电液比例插装节流阀的结构示意图和实物图图3-2 LEQZ0电液比例插装节流阀的结构简图LEQZ0电液比例插装节流阀的主要技术参数如表3-1所示。表3-1 LEQZ0电液比例插装节流阀的主要技术参数LEQZ0电液比例插装节流阀特性曲线如图3-3所示（以EFBG-03型为例）。1=MA-LEQZ0-A(ES)-162S4，2=MA-LEQZ0-A(ES)-162L4，3=MA-LEQZ0-A(ES)-252S4，4=MA-LEQZ0-A(ES)-252L4，5=MA-LEQZ0-A(ES)-322S4，6=MA-LEQZ0-A(ES)-322L4。
14、图3-3 EFBG-03型的特性曲线3.1.2 上海国瑞液压科技有限公司（1）公司信息GRH设计并生产：液压齿轮泵及恒流泵/片式多路阀及整体多路阀（包括电液比例插装阀）/液压齿轮马达及液压分流器；这些零部件主要应用于工业机械、物料搬运、工程机械、农业和其它领域。（2）产品信息（下文以GSXS08系列电液比例插装为例进行详述）GSXS08系列电液比例插装通过电磁控制，二位二通，为螺纹插装阀其实物图与结构简图如图3-4所示。其主要应用于高压系统中用于阻碍或负载保持。当线圈断电时，GSXS08阀就像单向阀一样允许油液从油口1流向油口2，且油口2到口1不通。当线圈通电时，锥阀位移并打开油口2到口1的通
15、路。这个操作模式下，油口1到口2的流量受到限制。图3-4 GSXS08阀实物图与结构简图GSXS08电液比例插装节流阀的主要技术参数如表3-2所示。表3-2 GSXS08电液比例插装节流阀的主要技术参数技最大操作压力最大流量內泄温度方位安装扭矩重量350bar40l/min350bar压力下最大5drops/min-30110无限制40-45Nm0.196kgGSXS08电液比例插装节流阀性能曲线如图3-5所示图3-5 GSXS08阀性能曲线3.2 国外电液比例阀产品现状3.2.1 美国sun hydraulics公司（1）公司信息美国sun hydrauli是一家产品定位标准系列的螺纹插装阀
16、的公司，该公司生产的产品中浮动结构和孔道设计保证了产品在更高的运行压力和更大的流量下同样适用。更大的流道面积，结合阀块的结构设计，使sun产品的阀块比其他品牌阀块小了50%，该公司经过四十年的发展，现已成为液压领域的领军者。（2）产品信息（下文以RPKS8WN电液比例插装溢流阀为例进行详述）5sun hydrauli公司电液比例插装阀主要信息如下表所示：表3-3 力士乐公司的主要电液比例阀的产品信息类别型号流量(L/min)电液比例溢流阀先导控制式, 平衡滑阀 顺序 主级 带集成T-8A控制插孔RSDC860RSFC8120RSHC8240RSJC8480先导控制式, 平衡锥阀 顺序 主级 带
17、集成T-8A控制插孔RSDS860RSFS8120RSHS8240RSJS8480比例流量控制阀电比例 流量控制阀 - 常关FPCC40电比例流量控制阀 - 常开FPCH28电液比例溢流阀先导控制式, 减压 主级 带集成T-8A控制插孔PBDB840PBFB880PBHB8160PBJB8320先导控制式, 减压 主级 带钻入式阀芯阻尼孔 和 集成T-8A控制插孔PBDF840PBFF880PBHF8160PBJF8320电液比例溢流阀先导控制式, 平衡滑阀 顺序 主级 带集成T-8A控制插孔RSDC860RSFC8120RSHC8240RSJC8480先导控制式, 平衡锥阀 顺序 主级 带集
18、成T-8A控制插孔RSDS860RSFS8120RSHS8240RSJS8480接下来以RPKS8WN电液比例插装溢流阀为例进行详述。此类阀为带集成先导级控制插孔的常闭调节元件。它为平衡锥阀结构设计。先导级控制插孔可接受任何T-8A插孔的压力控制插装阀。当进口（口1）压力达到先导级控制阀的设定，阀开始向油箱 （口2）溢流，节流以调节压力。先导级控制阀的设定决定了口1与口2之间的压力降。其结构图及结构简图分别如图3-6、3-7所示图3-6RPKS8WN电液比例插装溢流阀结构图图3-7 RPKS8WN电液比例插装溢流阀结构简图及性能曲线及相关参数3.2.2 博世力士乐（Rexroth）公司（1）公
19、司信息博世力士乐（Rexroth）公司注册总部位于德国斯图加特，而营运总部及董事局总办事处则设于德国洛尔。原公司早于1795年成立，及后不断致力在各制造技术领域犮展。最近50年来，博世力士乐Rexroth在国际液压市埸一直处于世界领先的位置。力士乐是全球领先的传动与控制专家。力士乐为工业及工厂自动化、行走机械、以及可再生能源等领域的客户提供传动、控制与移动的个性化解决方案。目前，作为全球超过50万客户的共同选择，力士乐正不断为客户提供着高质量的电控、液压、气动以及机电一体化元件和系统。（2）产品信息（下文以S20P1A/200电液比例换向阀为例进行详述）力士乐公司的主要电液比例阀的产品信息如表
20、3-4所示。表3-4 力士乐公司的主要电液比例阀的产品信息类别型号特点比例方向阀直动式4WRA、4WRAE无电位置反馈4WRBA、4WRBAE有集成控制电气元件(OBE)，无电位置反馈4WRE、4WREE有电位置反馈4WREEM有集成控制电气元件、带电位置反馈和阀芯位置监测KKDS2/2比例方向阀，直动式（高性能）先导式4WRH、4WRZE无电位置反馈4WRBKE有集成电控器（OBE）和电位置反馈比例溢流阀直动式DBEPDBET带位置反馈KBPS直动式（高性能）先导式(Z)DBE、(Z)DBEE集成电控器（OBE）DBE(M) 和 DBE(M)E最大溢流功能、集成电控器（OBE）DBE集成电控
21、器（OBE）KBVS先导式（高性能）比例减压阀直动式3DREP、3DREPE集成电控器(OBE)先导式(Z)DRE、ZDREE 10DRE(M)、DRE(M)EDRE3DRE(M) 、3DRE(M)EDRS、ZDRS集成压力监测（可选）比例节流阀FE、FEE集成电控器（OBE）FES、FESE集成电控器（OBE），流量可选为线性或渐进特性比例流量阀2FRE含压力补偿控制阀、位置感应传感器控制测量孔3(2)FRE、3FREEZ集成电控器（OBE）现以DBDS20P1A/200型电液比例插装换向阀为主对该公司产品进行详述。其实物图如图3-9所示。图3-8 S20P1A/200型电液比例插装换向阀实
22、物图S20P1A/200型电液比例插装换向阀液路系统中用来实现液路的通断或液流方向的改变，它一般具有一个可以在线圈电磁力驱动下滑动的阀芯，阀芯在不同的位置时，电磁阀的通路也就不同。阀芯的工作位置有几个，该电磁阀就叫几位电磁阀：阀体上的接口，也就是电磁阀的通路数，有几个通路口，该电磁阀就叫几通电磁阀。 电磁阀安装后，一般所有接口都应该是连接好了的，所谓工作位置指的是阀芯的位置。阀芯在线圈不通电时处在甲位置，在线圈通电时处在乙位置，阀芯在不同位置时，对各接口起到或接通或封闭的作用。其相关技术参数如表3-5所示表3-5 S20P1A/200型电液比例换向阀的详细技术参数型号类型公称压力使用温度流量安
23、装方式S20P1A/200比例阀48MPa45180L/min插装S20P1A/200型电液比例流量阀的主要工作特性曲线如图3-9所示。图3-9 流量对控制值电压的依赖性3.2.3 美国威格士（VICKERS）公司（1）公司信息威格士（VICKERS）是伊顿集团流体动力部门旗下的一个全球知名的液压品牌，其主要产品包括液压泵、马达、油缸、液压阀等。伊顿的流体动力产品应用广泛，包括土方机械、农业、建筑、航空、采矿、林业、公共设施和物料搬运。伊顿是全球领先的多元化工业产品制造商，在全球的工业领域享有技术先进、质量可靠的声誉。在全球6大洲超过125个国家拥有5万5千名员工。年销售额为98亿美元。产品涉
24、及汽车、卡车、重型设备、民航、国防军事、居住、电讯和数据传输、工业设备和公共设施、商业机构和政府机关、以及运动和娱乐的各个领域。（2）产品信息（下文以DGMX2电液比例换向阀为例进行详述）10DGMX2电液比例换向阀主要参数列表3-8如下所示：表3-8 DGMX2型电液比例换向阀的详细技术参数型号类型公称压力使用温度流量安装方式DGMX2控制阀35MPa45180L/min插装DGMX2系列电磁换向阀采用湿式电磁铁和5腔式阀体结构，使流路设计合理化，从而实现了世界高水平的高压、大流量、低压降。其主要特点有：1、相对一般的换向阀而言，其耐压力和流量有很大幅度的提高，最高工作压力为35MPa，最大
25、流量为180L/min；另外，该系列的阀的压降值相对一般的阀下降了10%左右，因此能更有效地节能；2、该系列的阀小型、紧凑，能实现高压、大流量、低压降，阀中带有两个直流电磁铁，全长为205210mm，重量为1.852.2kg；3、该系列的阀除了有高压、大流量的通用型外，还有减小阀芯换向引起的噪声和管道振动的无冲击型；阀中采用高吸力电磁铁和强力弹簧，保证了污染工况下仍有良好的动作稳定性。DGMX2系列电磁换向阀的机械结构示意图及其实物图及技术参数图如图3-10所示。图3-10 DGMX2阀实物图及技术参数图3.3 国内外电液比例插装阀技术比较国外插装阀技术最先起于20世纪70年代初，根据各类控制
26、阀阀口在功能上都可视作固定的、或可调的、或可控液阻的原理发展起来的一类覆盖压力、流量、方向以及比例控制等的新型阀类,至今己形成完整的产品品种、规格系列，并对己成熟的产品，。目前世界上生产插装阀最多的公司有:德国的Rexroth、美国的Sperry Vickers和sun hydraulic公司。我国早在80年代就开始大量采用二通插装阀控制技术，由上海704所研制开发的符合DIN24342标准的TJ /TG /TJK型二通插装阀及其集成控制元件适用于冶金设备、连铸设备和连轧设备并迅速在中小型电炉和连铸设备中获得应用。20世纪90年代二通插装阀控制技术进入大中型电炉、连铸和连轧,开始被广泛接受和大
27、量采用。大中型热轧工程关键装备步进式加热炉中广泛采用电液比例二通插装阀技术，达到了国际先进水平6 7。对比国内外产品，不难发现，国外产品在结构性能上都优于国内大部分厂家，见表3-9所示：表3-9 部分国内外厂家性能参数结合上面列举的国内外一些代表性产品，本文对其部分性能做了如下一些分析：a、 从工艺性能上看，因为电液比例插装阀技术相对国内更加成熟，因此在设计优化上优于国内，所以，国外大部分同功能同系列的产品，国外在工艺上明显优于国内，其结构精巧，同时具有更小的体积。b、 在性能上，参照表3-9，可以发现，在性能要求上，国外产品具有更宽压力与流量区间。c、 国内针对电液比例插装阀的开发比较有限，
28、因此产品很少，国外很多公司研制相对而言比中国走得更远，其基本构件为标准化、通用化、模块化程度很高，具有各种不同的系列产品，因此市场上该插装阀的产品还是以国外的产品为主。d、 在价格上，同种性能的插装阀进行对比，国内产品还是具有很大的优势，因此在满足精度要求的前提下，可以优先考虑国内产品8 9。总的来看，我国电液比例插装技术与国际水平相比有较大差距，主要表现在：缺乏主导系列产品，现有产品型号规格杂乱，品种规格不全，各类比例插装阀等，国内设计生产的品种少，并缺乏足够的工业性试验研究；在控制技术方面，自动化程度不高，性能水平较低，品质不稳定，可靠性较差等，都有碍于该项技术进一步地扩大应用，急待尽快提
29、高10。4 电液比例控制技术的发展趋势21世纪比例控制和插装阀技术将随现代控制技术、计算机技术、微电子技术、摩擦磨损技术、可靠性技术及新材料新工艺和制造技术的发展而不断得到改进和更新。按照可组配、模块化和开放式的原则13,其主要的发展趋势将集中在以下几方面。(1)电液比例控制技术与插装阀技术相结合，形成二通和三通比例插装阀，特点是结构简单，性能可靠，流动阻力小，通油能力大,易于实现集成11。(2)比例控制和插装阀技术的控制性能不断提高，适应机电液一体化的发展潮流12。流量-位移-力反馈闭环控制及级间速度-动压反馈的应用、比例电磁铁、传感器、放大器等电液控制系统组件性能的不断提高、现代控制技术的
30、不断发展,这些都将极大地提高比例控制和插装阀的控制性能。（3）比例控制和插装阀技术的集成化和复合化。随着液压元件的标准化和小型化，集成化和模块化的液压回路顺应了时代要求，通过功能单元的按需配置和灵活附加，以及多样化的设计变型和个性化定制来实现液压系统的无泄漏和无管连接，块式集成控制已经在几乎整个液压控制的规格参数范围和不同介质中采用,集成化规模和程度空前13。5 结语通过对国内外电液比例产品商的产品的进行汇总分析，了解到我国的电液比例插装阀产品与世界先进水平还有一定的差距，主要体现在制造技术、工艺性能、测试技术以及系列化等方面的差距。电液比例插装技术虽然起步比较晚，但是由于近年来耐高压电磁铁和
31、比例放大器技术的成熟，使得电液比例元件的工作性能更大的得到了提高。电液伺服技术的发展也在原有高精度、高性能的基础上朝着标准化、虚拟化、智能化、数字化、微型化以及绿色化等更高的方向发展。相信，随着电子技术、液压技术的不断发展，它们的结合会越来越紧密，电液比例插装技术以及电液伺服技术也都会不断的向前发展14。因此研制性能优良、结构简单、工作可靠、成本低廉、能同时为生产厂家和用户欢迎的电液比例产品，对推动整个液压技术领域的向前发展具有重要的理论意义和实用价值。参 考 文 献1 黄火兵.比例控制与插装阀技术的应用于发展.机床与液压，2007年第4期2 Prof.Dr.Ing. Hubertus Mur
32、renhoff. Trends in Valve De-velopmentJ. Olhydraulick und Pneumatik,2003,3 牛占海，王宏武，刘榛. 对电液比例插装控制系统的综述. 机械研究与应用，2004 6期. 4张弓等.电液比例阀的研究综述J.液体传动与控制,2008(6).5黄人豪.沈志远,胡伟民,等.二通插装阀控制技术的研究开发及其在水利水电工程中的应用J .机电设备,19987.6黄人豪.濮凤根.二通插装阀和比例控制技术在我国重大工程和装备中的应用J .机电工程,20027肖旺.刘军营.比例插装式减压阀的设计及其在注射系统中的应用.液压与机床J.2014年第9
33、期8Sihvo，Varis J.The wear of single flute gun dirl and tool life tests M.MECHANIKA,20089杨尔庄.21世纪液压技术现状及发展趋势J .液压与气动,2001(3).10Rexroth. 通用比例插装阀及放大器.RC00150.11张弓,于兰英,吴文海,柯坚. 电液比例阀的研究综述J. 流体传动与控制，2008，.12 陈彬,易孟林.电液伺服阀的研究现状和发展趋势J.液压与气动,2005(6) 13 吴根茂等.新编实用电液比例技术M.杭州:浙江大学出版社,200614Ian C, Mathewsa, R. A. Jeans .An acoustic boundary integral formula-tion for open shells allowing different impedance conditions, top andbottom. Journal of Sound and Vibration, 2007.附录：基于excel开发的模糊数据查询程序截图附图1 查询系统界面附图2 输入一个参数查询附图3 输入多个数据的查询
