转载--比例阀应用之压差选取

在移动和工业行业中，比例阀在压力和流量控制方面有着许多应用，本文重点介绍工业用电液比例方向阀。

术语压差和压降，经常互换使用，在此关于比例阀的讨论中，将统一使用压差。比例阀公称流量，样本上通常定义为两个控制边（槽）10bar(P to A and B to T, or P to B and A to T)，或一个控制边（槽）5bar压差下的流量，且阀总压差等于系统压力减去负载压力和回油压力：

10bar压差对许多应用来说是不够的（后面会讲到，应提高压差，并控制在系统压力1/3处，也有厂家提到不超过1/2），样本上所述10bar压差下的公称流量，仅是衡量通流能力的参考值，因比例阀和伺服阀本质上是节流阀。

备注：比例阀也有厂家定义8bar总压降；而伺服阀通常定义在70bar总压降，即单边35bar；笔者在想伺服阀控制精度相比比例阀更高，故需在高压差下定义？ISO 10770-1电调制液压控制阀也仅给出在10bar，70bar压差下测试而非定义。

然而，在实际应用中，很少有系统具有如此精确的压差。因此，有必要根据控制系统的要求来确定比例阀规格。为了最大限度地发挥比例阀的性能特征，必须对系统最大流量和系统压降进行检查。

比例方向阀实际上是四边滑阀，等效成两个节流边，压降与流量平方成正比，见下图：

如公称流量 QRated= 10 lpm at △PRated = 10 bar，那么at△PActual = 40 bar时，实际流量QActual是多少？

这意味着流量增加一倍时，压差将增加4倍。

刚开始，随着压差增大，通过阀的流量也随之增加，执行器有用功也随之增加。但当压差超过某一特定点时，因压差而导致的功率损失将超过执行器所获取的功率，见图1：

经验表明，该点出现在最大系统压力的1/3处附近，可计算如下：

举例，将其应用在最大压力为150bar的液压系统，作用在负载上的压力（包括加速度、摩擦以及其他组件和管道的压力损失）和回油背压合计100bar，那么剩余50bar就是驱动阀产生的压差。

如果系统有200lpm流量工况要求。图2中，10bar压差下阀芯指令100%时通过阀的流量为200lpm（特性曲线1）。从表面上看，这似乎是一个合理、节能的选择，因为阀在低压差下通过所需流量。然而，实际情况却是该阀可以在输入95%指令信号时，产生50bar压差并输出高达450lpm以上的流量（特性曲线4），远远超过所需的200lpm工况要求（阀选的富余量大，大阀芯=分辨率差）。为限制比例阀在50bar压差下所通过的流量，阀芯指令必须设置在全行程的63%左右——其可用控制范围减少了37%。

图3中，在100%指令信号，10bar压差下输出约100lpm流量（特性曲线1），与图2中220lpm的阀比较，表面上看选型小了，但实际上在整个阀芯行程上拥有较高的分辨率。

如果定义阀在50bar压差下利用整个阀芯行程来输出200lpm流量会怎么样？将已知量输入公式：

在50bar压差和95%指令的阀芯行程时，该阀可以通过200lpm流量（特性曲线4），满足系统要求，且有一点富余量。

不同于普通方向阀，使用电液比例方向阀的目的是为实现精确控制，也就是说，整个阀芯行程上的流量控制提供了最佳分辨率和性能。众所周知，在没有做有用功的情况下从较高压力区域移动到较低压力区域的流量是以热量形式损失掉的（如溢流阀），使用适当规格的比例阀产生的压力损失也不例外（压降使然）。简单地增加比例阀尺寸不会提供更节能的系统，因为阀仍需节流到等效的横截面积以调节流量，从而产生相同大小的压力损失和热量。使系统更节能的一种方法是降低最大供油压力并加大阀的尺寸，在低压差下通过所需的流量。然而，较大比例阀具有较大的阀芯和质量，并且对输入信号变化的响应不如在高压差下小阀那么快。使用高压差来驱动所需流量通过较小比例阀（同时遵守前面提到的功率限制）效率肯定会低，有时甚至显著降低，但这是为实现控制精度而付出的代价（分辨率高）。