【正文】 路框圖由圖可見(jiàn)，比例放大器包括穩(wěn)壓電源電路、信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)處理電路、功率放大電路、反饋檢測(cè)與處理電路、邏輯控制電路等。需要指出的是，微電子技術(shù)的快速發(fā)展加速了比例放大器的更新?lián)Q代，也使其基本的控制電路具有多種多樣的形式。 不同控制元件組成的比例放大器，其具有的電路形式和參數(shù)不同，但它們都是由基本的控制電路組成的。生產(chǎn)比例閥和比例泵的廠家均生產(chǎn)了配套的比例放大器，可隨比例閥和比例泵一起供貨。如為了減小比例元件死區(qū)的影響，放大器因能夠提供幅值可調(diào)的初始電流；為減小滯環(huán)（含磁滯）的影響，放大器的輸出電流因含有一定頻率和幅值的顫振電流分量。 (6) 能產(chǎn)生正確有效的控制信號(hào)（含手動(dòng)控制信號(hào)）。 (4) 信號(hào)的波形、幅值、頻率符合電液比例閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求。 (2) 具有足夠的功率驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵中銜鐵上的負(fù)載其輸入阻抗大，輸出阻抗與比例電磁鐵線圈阻抗匹配。比例放大器中，輸出電流的單元稱為功率放大級(jí)，處理和運(yùn)算電壓信號(hào)的單元稱為控制級(jí)或前置級(jí)。 電液比例控制元件對(duì)比例放大器的要求(1) 實(shí)現(xiàn)從電壓信號(hào)到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并提供與輸入電壓成比例且功率足夠的控制電流。此外，根據(jù)所控制比例電磁鐵的類型還有單向和雙向比例放大器。開(kāi)關(guān)式比例放大器以PWM式為主。模擬式比例放大器按連續(xù)信號(hào)的方式工作，加在比例電磁鐵線圈兩端的信號(hào)為連續(xù)直流電壓，功耗較大；數(shù)字式比例放大器又分為數(shù)字信號(hào)放大器和開(kāi)關(guān)式放大器。開(kāi)環(huán)控制比例放大器沒(méi)有測(cè)量電路，反饋單元和反饋通路PID調(diào)節(jié)器，通常帶有顫振信號(hào)發(fā)生器；閉環(huán)放大器用來(lái)控制帶電反饋比例閥，設(shè)置有測(cè)量放大電路，反饋比較環(huán)節(jié)和信號(hào)調(diào)節(jié)器。當(dāng)對(duì)壓力——流量復(fù)合控制閥進(jìn)行壓力控制時(shí)，壓力閥電磁鐵起作用，流量閥電磁鐵的控制信號(hào)是一個(gè)定值。單通路比例放大器用于控制單個(gè)電磁鐵的比例元件，例如比例壓力閥或比例流量閥，以及單電磁鐵驅(qū)動(dòng)的比例方向閥等；雙通路比例放大器用于控制三位比例方向閥、壓力——流量復(fù)合控制閥（稱pq閥））等帶有兩個(gè)比例電磁鐵的比例元件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的任務(wù)除了根據(jù)確定的比例閥選用配套的比例放大器外，還要設(shè)計(jì)或選用比例放大器供電電路、系統(tǒng)控制信號(hào)及系統(tǒng)控制電路。發(fā)揮二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在很大程度上依賴于比例放大器。閉環(huán)控制閥和控制泵使用的放大器可完成對(duì)整個(gè)比例元件的控制。故最終擬定主閥閥芯和閥套及先導(dǎo)閥閥芯與閥套之間的配合均為，其中主閥閥芯和閥套的配合采用35，而先導(dǎo)閥閥芯與閥套之間的配合采用16和8。故在本設(shè)計(jì)的配合中孔用公差等級(jí)擬定為IT6級(jí)，軸用公差等級(jí)擬定為IT５級(jí)。在先導(dǎo)閥減壓閥部分開(kāi)啟狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)的彈簧力為 ==Ｎ　　當(dāng)先導(dǎo)閥溢流閥部分開(kāi)啟時(shí)，對(duì)應(yīng)的彈簧力為　==N 彈簧的自由長(zhǎng)度： H0=H2＋=16+9=25mm 彈簧節(jié)距：　P=(H0d2)/n=(252)/6= 螺旋角（自由狀態(tài)下）：= 彈簧材料的展開(kāi)長(zhǎng)度（即彈簧胚料長(zhǎng)度）L2== 彈簧材料的選擇： 先導(dǎo)閥彈簧同樣采用油淬火回火碳素彈簧鋼絲中的B類，其牌號(hào)為60Mn。 先導(dǎo)閥彈簧參數(shù)的確定 前面已經(jīng)確定部分先導(dǎo)閥彈簧參數(shù)為：，彈簧中徑D0為10mm，彈簧預(yù)緊力為1422N，彈簧預(yù)壓縮量為9mm，彈簧剛度=158 N/mm，彈簧工作長(zhǎng)度H2為16mm。在本設(shè)計(jì)中彈簧有效圈數(shù)選用為12圈。、?！　?彈簧的選用由于彈簧的性能參數(shù)對(duì)液壓閥的性能參數(shù)將產(chǎn)生很大影響，故彈簧參數(shù)的選擇比較重要，在此用單獨(dú)一節(jié)列出: 主閥彈簧參數(shù)的確定：在前面已經(jīng)確定部分主閥彈簧參數(shù)為：，彈簧中徑D0為16mm，彈簧預(yù)壓縮量為20mm，彈簧剛度為362 N/mm，彈簧工作長(zhǎng)度H2為77mm。當(dāng)控制腔的油壓力大于這個(gè)設(shè)定值時(shí)，先導(dǎo)閥芯將向下移，控制腔與Ｙ口，即油箱（Ｙ口與油箱相連）之間的通道打開(kāi)，即溢流通道被打開(kāi)，控制腔中油液流回到油箱中，控制腔中油液壓力逐漸降低，閥芯逐漸上移，閥口減小，當(dāng)控制腔中油液壓力最終下降到設(shè)定值時(shí)，控制腔與進(jìn)油口之間的通道也將被關(guān)閉，先導(dǎo)閥閥芯將回復(fù)到中位狀態(tài)。下圖為先導(dǎo)閥示意簡(jiǎn)圖：圖311 先導(dǎo)閥的示意簡(jiǎn)圖控制腔的油壓力由比例電磁鐵的輸出推力及先導(dǎo)閥彈簧共同決定，但由于先導(dǎo)閥彈簧的各參數(shù)如預(yù)緊力及剛度等是一定的，故控制腔的油壓力最終決定于比例電磁鐵的輸出力設(shè)定值。該先導(dǎo)閥也可以看為一個(gè)三位三通滑閥式換向閥，其有上、中、下三個(gè)位置，有K、X、Y三個(gè)口。 先導(dǎo)閥的原理分析本設(shè)計(jì)中先導(dǎo)閥全稱應(yīng)當(dāng)稱為電液比例三通減壓溢流閥。其結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖310 先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)示意圖圖　　 同樣將閥芯自重及閥芯移動(dòng)過(guò)程中的摩擦力及穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力忽略，建立閥芯運(yùn)動(dòng)方程， 得：＝ (336)或 ＝ (337)或 ＝ (338)由上式可知，先導(dǎo)閥的溢流部分的開(kāi)啟壓力為，可見(jiàn)溢流部分的開(kāi)啟壓力正好將等于減壓部分的調(diào)定壓力，這樣就滿足了前面提到的控制要求，使控制腔的壓力能恒定先導(dǎo)閥的調(diào)定值上，且這個(gè)值將與成線性關(guān)系。 先導(dǎo)閥溢流部分的設(shè)計(jì)減壓閥能夠保持其出口壓力（在本設(shè)計(jì)即控制腔的油液壓力）不會(huì)低于比例電磁鐵的設(shè)定值，但是如果減壓閥由于某種原因?qū)е驴刂魄坏膲毫ν蝗辉龈撸ㄈ缫簤合到y(tǒng)的沖擊）或者是比例電磁鐵調(diào)定力突然下降都將導(dǎo)致閥芯迅速下移，控制腔的油液還未來(lái)得及泄出就被封閉起來(lái)，這樣的后果是控制腔壓力在一段時(shí)間內(nèi)高于先導(dǎo)閥的調(diào)定值，而由前所述，主閥閥芯開(kāi)度是由控制腔壓力決定的，因此也將導(dǎo)致主閥閥芯開(kāi)度偏離調(diào)定值，而造成電液比例閥失調(diào)。所以，先導(dǎo)閥閥芯處于中位時(shí)，先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力為：計(jì)算出先導(dǎo)閥的彈簧的預(yù)緊力后，將其與代入式(329) 得：＝－＝－＋MPa(3) 先導(dǎo)閥調(diào)定壓力的增量表達(dá)式 由式(328)得控制腔壓力增量：＝＝＝ (334) 　代入?yún)?shù)得： ＝－ (335)上式的數(shù)學(xué)含義為比例電磁鐵增量為時(shí)，對(duì)應(yīng)的控制腔壓力的增量為或－。而在本設(shè)計(jì)中，先導(dǎo)閥彈簧擬選擇如下：彈簧簧絲直徑= mm，彈簧中徑D=10 mm，剛度=158 N/mm。(2) 彈簧預(yù)緊力的確定，比例電磁鐵斷電的時(shí)候主閥應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，即此時(shí)比例閥應(yīng)滿足使主閥閥芯關(guān)閉的條件。式中的計(jì)算公式為： (327)其中，為處于中位時(shí)先導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力，為先導(dǎo)閥彈簧剛度，為先導(dǎo)閥閥芯相對(duì)于中位時(shí)的位移。 先導(dǎo)閥閥芯詳細(xì)受力分析下圖為先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖：圖39 先導(dǎo)閥閥芯受力示意圖 (1) 先導(dǎo)閥閥芯受力分析如前面的插裝閥一樣，建立先導(dǎo)閥閥芯的平衡方程如下：＝ (324) 式中： —— 控制腔油液壓力；—— 閥芯上端面積，為控制腔油液對(duì)閥芯的壓力；—— 先導(dǎo)閥閥芯在移動(dòng)過(guò)程中受到的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力；—— 先導(dǎo)閥閥芯在移動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力；—— 先導(dǎo)閥閥芯所受比例電磁鐵向下的推力；—— 閥芯自重。為達(dá)到此目的，本設(shè)計(jì)中在減壓閥閥芯的下方加了一個(gè)復(fù)位彈簧，并使此復(fù)位彈簧的力足夠大，當(dāng)比例電磁鐵斷電時(shí)，使控制腔的壓力大到可以使主閥關(guān)閉。那這樣將是很危險(xiǎn)的，因?yàn)榭赡軙?huì)導(dǎo)致一些難以預(yù)料的嚴(yán)重事故發(fā)生。但是這樣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)比例電磁鐵輸入電流為0時(shí)，則意味著減壓閥的出口壓力也為0，而在本閥中減壓閥的出口連著控制腔，那樣就意味著控制腔的壓力也將會(huì)變?yōu)? ，控制腔壓力為0時(shí)，主閥閥芯的開(kāi)度為最大。由上述分析可知，減壓閥的輸出壓力是由彈簧來(lái)調(diào)定的，即彈簧力越大，減壓閥的輸出壓力也就越大。這時(shí)如出口壓力減小，閥芯下移，閥口開(kāi)大，閥口處阻力減小，使出口壓力回升到調(diào)定值上。當(dāng)出口壓力達(dá)到調(diào)定壓力時(shí)，閥芯上移，閥口關(guān)小，整個(gè)閥就處于工作狀態(tài)了。當(dāng)二次壓力未達(dá)到閥的設(shè)定壓力時(shí)，閥芯上移，開(kāi)度X減小實(shí)現(xiàn)減壓，以維持二次壓力恒定，不隨一次壓力變化而變化，該力與調(diào)壓彈簧的預(yù)調(diào)力相比較以對(duì)閥芯進(jìn)行控制。 減壓閥的工作原理圖37 直動(dòng)式減壓閥工作原理示意圖上圖所示為直動(dòng)式定值減壓閥的結(jié)構(gòu)圖，由圖可以看出，閥上開(kāi)有三個(gè)油口：一次壓力油口（進(jìn)油腔）P二次壓力油口（出油腔，下同）和外泄油口K。 (3) 還有的減壓閥的二次壓力與一次壓力成固定比例，此類閥稱之為定比例減壓閥。這類減壓閥因其二次回路（出口壓力）基本恒定，稱為定值減壓閥。 減壓閥的分類（參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]146－147）　　(1) 用于減小液壓系統(tǒng)中某一支路的壓力，并使其保持恒定。故本閥將采用減壓閥來(lái)作為節(jié)流閥的先導(dǎo)閥?！　≡诜聪蛲髑闆r下，閥芯開(kāi)度增量：　　 — ＝－ (323) 可見(jiàn)在反向通流情況下的閥芯開(kāi)度增量公式與A－B通流情況下是一樣的。在反向通流情況下，閥芯運(yùn)動(dòng)方程將變?yōu)椋骸　?　　 (314)簡(jiǎn)化如下： (315)所以 　　 　 　　　　 　 　　　　　　　 (316)這就是在反向通流情況下，主閥節(jié)流口開(kāi)度的決定公式，此公式也可轉(zhuǎn)化為：　　　　　　　　　(317)　　將各常數(shù)值代入，得＝－+＝－＋ mm　　　　(318)　 主閥閥芯開(kāi)度增量表達(dá)式 在正向通流情況下，由式(311)得閥芯開(kāi)度增量：　　 　　 —　　=－— =－　　 　　　 　 (319)代入?yún)?shù)得：＝－＝－ (320) 上式的數(shù)學(xué)含義為：當(dāng)控制腔的壓力增量為時(shí)，對(duì)應(yīng)的閥芯開(kāi)度增量將為－或－。也可以將上式這樣轉(zhuǎn)化: 　 (312)　　由上式可見(jiàn)與成線性關(guān)系，比例系數(shù)為。同樣，忽略閥芯自重及閥芯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦力，則式(39)可簡(jiǎn)化為下式： (310)轉(zhuǎn)化為 (311)這就是正向通流情況下主閥節(jié)流口開(kāi)度的決定公式。很明顯此時(shí)有閥芯加速度 為0。在正向通流情況下，建立閥芯運(yùn)動(dòng)方程如下：　　　　　　　　(38)式中：――主閥彈簧對(duì)閥芯施加的壓力； ――為閥芯所受到的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，是閥芯移動(dòng)完畢，開(kāi)口固定之后，液流通過(guò)閥口時(shí)因動(dòng)量變化而作用在閥芯上的力； ―― 閥芯受到的摩擦力； 彈簧力的計(jì)算公式如下： (39)式中為主閥彈簧預(yù)緊力，為主閥彈簧剛度，為主閥閥芯相對(duì)于關(guān)閉時(shí)的位移。將參數(shù)代入得： ＝＝可見(jiàn)在反向通流情況下。由文獻(xiàn)[6] 初步擬定主閥彈簧選擇剛度為362N/mm的彈簧，并擬定其預(yù)壓縮量為20mm，那么主閥彈簧的預(yù)緊力＝＝20mm＝7240Ｎ (35) 將上述參數(shù)代入式 (34)中，得＝由上式可知，主閥閥芯才能關(guān)閉。 在正向通流即Ａ－Ｂ通流且閥芯關(guān)閉時(shí)，對(duì)閥芯進(jìn)行受力分析如下：　　往上的力＋往下的力 其中：　　 ——節(jié)流閥進(jìn)油口處的工作壓力；　　——Ａ口的面積；　　　——節(jié)流閥出油口處的工作壓力；　　——B口的面積；　　—— 閥芯受閥座向上的反力；　　　　—— 控制腔油液的壓力；　　—— 主閥閥芯自重；　　—— 在主閥閥芯關(guān)閉時(shí)，彈簧的預(yù)緊力建立主閥閥芯關(guān)閉時(shí)的靜力平衡方程如下：＝即　　　　　　　　 ＋＝ 　 (32)而當(dāng)閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，必有大于或等于0，忽略閥芯自重，得： 　　　　()－() 0 (33)轉(zhuǎn)換得　　 (34)這正是要使主閥關(guān)閉，控制腔壓力必須滿足的條件。圖36 插裝閥面積比的示意圖令控制腔的半徑為，則由面積比的公式　　得ｍｍ　　所以==　　=*=*=　?。剑?主閥閥芯的受力分析首先在主閥關(guān)閉時(shí)對(duì)主閥閥芯進(jìn)行靜力分析。錐閥中，面積比大體分為Ａ(1:)、Ｂ(1:)、Ｃ(1:)、Ｄ(1:)、Ｅ(1:)等類型。按上述要求初步擬定的主閥閥芯的示意圖如下：圖35　主閥閥芯結(jié)構(gòu)圖 插裝式主閥面積比的確定如圖36，插裝閥中有三個(gè)面積會(huì)影響閥芯在閥套中的開(kāi)啟及關(guān)閉，即、。查文獻(xiàn)[５] 第八章液壓輔件，確定o形橡膠密封圈的型號(hào)及其安裝尺寸。在一般情況下，靜密封可靠使用壓力可達(dá)35MPa，動(dòng)密封可靠使用壓力可達(dá)10MPa，當(dāng)合理采用密封擋圈或其它組合形式，可靠壓力將成倍提高。由上述要求，選用 o形橡膠密封圈做為閥體中的密封件。密封件有多種，如油封氈圈、骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈、O形橡膠密封圈等。查文獻(xiàn)[5]第11章“二通插裝閥的安裝連接尺寸”一節(jié)，查得公稱通徑為32mm的二通插裝閥控制蓋板尺寸如下：d1=45, t1=, t2=85, d3=60由于主閥閥套頭部插裝入控制蓋板中，下部裝入通道塊中，因此如何防止油液的內(nèi)、外泄漏，減小在閥上的能量損失，提高閥的效率，對(duì)液壓閥來(lái)說(shuō)是很重要的問(wèn)題。在我國(guó)，插裝閥必須符合GB287781二通插裝閥安裝尺寸。 主閥閥套的設(shè)計(jì)該閥套頭部插裝入控制蓋板中，下部裝入通道塊中。故最終擬定三條通道直徑均采用３mm,且建議加工時(shí)可采用電火花加工出來(lái)。查文獻(xiàn)[6]第二章螺紋連接中表緊固件的通孔及沉孔尺寸，確定控制蓋板上四個(gè)內(nèi)六角螺釘?shù)陌惭b孔的尺寸為：d2=