閑聊:為什么伺服閥和比例閥使用不同的壓降(轉自 液壓傳動與控制)

伺服閥和比例閥越來越多的被用在精密控制的場合如船舶、航空、工業和移動設備等。原因很簡單,他們具有良好的可控性。但是,它也有缺點,因為其包含很多性能方面的說明和描述,必須研究才能知道如何正確使用。

兩個經常弄錯的誤區

伺服閥和比例閥的額定流量都是基于某一額定壓降來討論的。伺服閥的額定基準壓降1000psi(7Mpa),而比例閥的額定基準壓降145psi(1Mpa)。

比例閥壓降曲線示例。在選擇比例閥的時候,我們通常根據曲線1來選擇其流量能達到的能力范圍。


閑聊:為什么伺服閥和比例閥使用不同的壓降(轉自 液壓傳動與控制)的圖1

伺服閥壓降曲線示例。一般選擇伺服閥額定流量的時候,是查看壓差為70bar情況。

閑聊:為什么伺服閥和比例閥使用不同的壓降(轉自 液壓傳動與控制)的圖2

長期以來,人們在認識上可能會有兩個誤區。一是大家一直以為比例閥額定流量壓降值更低,因此其比伺服閥更高效。第二個誤區是,額定流量是閥能夠工作的最大流量,不管負載如何變化,其值都是不變的。當然,這些認識和理解都是不對的,也是我們在實際應用中應當避免的誤區。

伺服閥的歷史

伺服閥的額定流量基準壓降是怎么來的?

伺服閥最早是應用于航空軍事工業。大多數的航空液壓系統使用壓力補償泵,其壓力調至3000psi,而大多數的執行器均為雙出桿液壓缸,也即活塞腔具有相同的面積。根據計算得知,從泵傳遞至負載的最大的功率效率發生在伺服閥壓降為系統壓力1/3處,而剩下的2/3可用于負載。這種簡單的關系使得計算和思考非常容易。因此對于3000psi的系統,可以簡單設計為2000psi用于負載,1000psi用于閥的壓降,這樣在新項目的設計中,使用閥的時候無需再去做更多的計算。

這就是為什么在現有關于伺服閥的樣本中,額定流量都是基于壓降1000psi的來由。

但這帶來了3個問題。

一是在現在的工業或工程機械的應用中,并不是所有系統的額定供油壓力都是3000psi,其也許從300psi至5000psi,或者更多。

二是即使在航空工業的應用中,經過閥的實際壓降并不永遠是1000psi,盡管這是設計標準。其壓降有可能在0至供油壓力之間波動,因此流量也不永遠是額定流量。

三是在非航空工業,并不一定用雙出桿液壓缸,而是單出桿液壓缸,因此經過閥的P口和T口的流量是不一樣的。這些事實使得對閥的選型變得更為復雜,需要進行更多的計算,才能更好的匹配閥和油缸。在某種情況下,此時的額定流量就變得毫無意義。

比例閥的歷史

很遺憾,暫時還無法確切知道比例閥額定流量基準壓降是怎么來的。

暫定一些假設吧(只是假設)。

所有的閥受制于作用在閥芯上的液動力或者叫伯努利力的影響。電磁鐵通電后得到的電磁力只比液動力大一點。這也意味著,實際的閥芯位置總是比得電后期望的閥芯位置小一些。

舉個例子。假設直動式比例閥電磁鐵額定電流3A。如果控制器輸出1.5A的電流至線圈,理論上講,閥芯將移動50%。但是如果液壓油源開始工作,液動力的作用會驅使閥芯向關閉移動,因此導致的結果閥芯實際位置會比50%小。

液動力受壓力和流量的影響。因此選擇低的基準壓降比如說10bar,可以減小液動力對閥芯的影響,從而確保閥芯的位置定位誤差為最小。

這會引來另外一個問題:伺服閥難道不受液動力影響嗎?答案是“是”,也是“不是”。說“是”,是因為液動力始終存在且連續的;說“不是”,是因為大多數情況下,伺服閥用先導(先導油或者先導級)來控制閥芯的運動。一般比例閥可以提供90~140牛頓的力來保持閥芯位置,而帶先導級的閥可提供的定位力達幾百牛至上千牛。

對于內部先導的伺服閥,當供油壓力上升的時候,先導壓力也同時上升,從而彌補液動力的變化影響。因此,通常情況下,帶先導控制的閥比直動式能更好的保持閥芯穩定。對于大流量的比例閥,其也采用先導控制,道理同此。

由此可見,目前大家說見到的一些技術規范和描述與當時的歷史發展息息相關。

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