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力士乐比例放大器培训手册

RexrothBoschGroup教学培训系统培训手册电液比例技术RE00236/01.96

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统目录表页次1.安全规则…………………………………………………….1/1–1/21.11.2电气安全规则……………………………………………………………1/1液压安全规则……………………………………………………………1/22.培训手册前言……………………………………………………..2/13.电液比例技术的基本原理…………………………………3/1–3/353.1概论……………………………………………………..……………..…..3/13.2比例技术…………………………………………………………………..3/13.2.1力控制型比例电磁铁……………………………………………..3/23.2.2位置调节型比例电磁铁…………………………………………..3/23.3直动式比例方向阀……………………………………………………...3/53.3.1与时间相关的定位……………………………………………….3/113.4直动式比例溢流阀………………………...………..……………………3/143.5先导式比例溢流阀……………………………………..……….………..3/163.6二通比例流量阀…………………………………………..……………...3/193.7电控器………..……………………………………………….………….3/233.7.1比例放大器VT5005……………………………………..……..….3/233.7.2指令值预选…………………………………………………………3/243.7.3斜坡发生器…………………………………………………………3/263.7.4斜坡时间调节………………………………………………………3/273.7.5实际值检测…………………………………………………………3/283.7.6阶跃函数发生器……………………………………………………3/293.7.7PID控制器……………………………………………………….….3/303.7.8比例放大器VT2000…………………………………………….….3/313.7.9比例放大器VT3000…………………………………………..……3/33RE00236/01.96保留修改权

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系1.安全规则1.1安全规则电气为了对电器系统和装备进行操作，必须遵守由工业贸易协会颁发的“电器系统和装备”事故预防规则（VBG4），以及VDE规则VDE0105第1款和第12款。

电气设备，是指任何利用电能的仪器，或传递、处理信号的仪器。

电器系统，是由一些电器连接而成。

VBG4规则很短,并附加了对事故预防规则的一些具体解释。

规则对带电部件工作的制约条件作了解释，这些解释是很有意义的。

本手册给出其中的一些摘要。

必须区分三种资历的人员：

电气专家、受过专业培训的人员和非专业人员。

应该注意到，一般的受训者是非专业人员。

即使通过这一系列的练习，并经过指导，但从电子技术的观点看，一般受训者仍是外行。

他们只能操作名义工作电压不超过交流25伏或直流60伏的系统和装置。

必须明确地告诉受训者，即使是熟练的工人，也不能将装置连接在高于上述电压下工作。

除非他们是已经通过公司的课程培训，受委派为某些系统服务的人员。

只有在确信受控系统的危险源预先得到保护的情况下，才能允许对电气控制部分进行操作。

在对电气控制部分进行操作时，必须清楚认识到，这有可能引起机器动作，因而对人员和机器可能会产生危险。

VDE规则很详细、很全面，由于版权的原因不能在此刊出。

根据VDE0105第12款，这些规则必须交给全体指导者和教师。

VDE0105第1款规定：

“高电压系统–常规情况下的运行”VDE0105第12款规定：

“教室内带电实验的专用规则”对所有电气下列语句总是有效的：

下列语句总是有效的：

安全第一！

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术1.2安全规则液压系统1.2.1操作液压系统的一般指导-确保液压实验系统是可触摸到的（到设备的最短距离为1米）-应知道在紧急情况下除了操作“关”（OFF）按钮外，在什么地方以及如何能切断液压实验？

（通过连接插头或主开关切断电源）。

-只有专业人员才能进行电器维护！

-保护调节装置免受油液污染！

（溅出的油液不得损坏贵重设备）。

-注意保持清洁，经常洗手，擦去油滴！

如果眼睛或嘴巴接触到某些油液，将会对身体有害！

此外，在有油液的地面上，容易滑倒而造成伤害。

RE00235/01.96版-HP3/HP6：

在实验之前和之后，将主开关拨到“0”，并用钥匙开关锁定。

-–HP4：

在实验之前和之后，将中央供油单元输到各相应培训试验台的截止阀关断。

在准备实验时，要确保无他人能够启动泵，因而无油液流向元件，从而能保护自己。

拔快速接头以检查其密封。

软管不得过分弯曲（以免爆裂）。

随时检查油管接头和软管。

在启动泵及打开中央油源的输出截止阀时，检查系统有否泄漏，有否不正常的噪声。

教学培训系统-1.2.2液压系统实验的操作程序RE00235/01.96版权–有待修订对所有液压技术下列语句总是有效的：

下列语句总是有效的：

安全第一！

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系2培训手册的前言此培训手册介绍的实验，是使用液压实验（HP3，HP4和HP6）和流体实验，进行液压技术和电液技术基本试验的继续。

根据所提供的相关电子回路和元器件，用此系统进行的实验，表明了机械液压和电气及比例技术之间协同作用的可能性。

与此相关，液压呈现为能量流，电气呈现为信号流（“液压是肌肉，电气是神经”）。

此系统的构建和维护工作，能明显地反映出这两个技术的协同作用。

所介绍的例子，同样包括了各种练习。

这些练习，面向一些实际的例子，和一些已被柏林联邦职业培训研究所（BIBB）放弃的液压练习。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统此说法同样能用下列公式表示：

y=k?

xy=输出信号k=比例系数x=输入信号就比例阀而言，上述说法可用于比例电磁铁。

此地，输出信号是电磁力，它正比于输入信号（电流）。

图1表示了力控制型比例电磁铁的特性曲线。

3.比例液压技术的基本原理3.1概述这些实验是在液压实验（HP3，HP4或HP6）或流体实验的基础上，对液系统实验进行加深研究。

在这些实验中，你已加深了你的机械液压和电气工程的知识，并进行实践。

此系列的电液比例技术实验，当然也涉及到电气工程技术。

由于已进行了液压实验和流体实验，你几乎快成为专家了。

本手册的实验，不再处理电器工程的细节，而是把重点放在比例技术上。

当然，和电气有关的一些问题也必须说明，例如画出电路图。

本手册不处理你在构建液压实验中熟悉的元器件（这些知识应预先了解），因而你能继续加深你的知识。

如上所述，本手册重点在于比例技术。

3.2比例技术本节中比例技术一词可理解为液压比例技术或电液比例技术。

假如手动方向阀的操作杆偏斜了，则控制滑阀阀芯的行程以一定的比率，即成比例地变化。

你同样可讲，输出信号正比与输入信号。

力F/F名义电流I/I名义图1理想的力/电流特性曲线当电磁铁加上弹簧负载时，其输出信号为阀芯的位移，位移正比于力因而正比于输入信号（电流）。

从设计的角度出发，总是可能得到一个真正的输入电流和滑阀位移的比例（线性）关系。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统在许多情况下，输出信号（行程）和输入信号间优良的比例控制关系，可以用测量位移的传感器和装在控制电器上的电控器来达到。

电控器将实际值和输入信号进行比较，并对任何偏差进行补偿。

这种电磁铁称为位置调节型比例电磁铁。

3.2.1力控制型比例电磁铁在力控制电磁铁中，用改变电流I来调节电磁力，并不要求电磁铁的动铁有明显的位移。

藉助于电放大器的电流反馈，即使电磁铁的阻抗有变化，电磁铁的电流及电磁力也能维持不变。

3.2.2位置调节型比例电磁铁位置调节型比例电磁铁，对电磁铁动铁的位置进行闭环控制。

只要作用在电磁铁上的力在其允许的运行范围内，动铁的位置与承载力无关。

由于采用了电反馈，滞回和重覆误差很小。

图3位置调节型比例电磁铁这种比例电磁铁的详细介绍，请见液压培训手册第二册。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统在阀的压降为10bar时，名义流量为10升/分1pv=10bar2pv=20bar3pv=30bar4pv=50bar5pv=100bar流量Q升/分恒定恒定恒定恒定恒定输入信号（%）图4流量/输入信号特性曲线所讨论过的关系，仅能部分地适用于比例阀。

图4的曲线5，对于阀的压降恒定为100bar时有效。

你能看到它并不符合所讨论过的关系。

此处，流量对指令值的关系并非直线，而几乎是二次曲线。

在液压比例技术中，有一种渐进式特性曲线。

对于特定的实际要求，可采用修正控制区域的方法，来调节特性曲线的形状。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统100%①线性②渐进式流量或压力%③渐进带快速提升指令电压值%100%图5各种特性曲线形状图5表示了比例阀可能有的三条不同的特性曲线形状。

比例压力阀及比例流量阀的特性曲线一般为曲线

（1），线性。

比例方向阀和比例流量阀，可以有渐进的特性曲线

（2）。

它的好处是，在小控制信号区域有好的控制灵敏度。

特性曲线（3）的精细控制更佳，在特性曲线的尾部曲线迅速上升。

比例方向阀和比例流量阀可以有这种特性曲线。

这三种特性曲线表示，如果某应用场合有要求，液压输出信号（流量、压力）可与电的输入信号（指令电压值）成比例关系。

然而，如果执行元件（液压马达、液压缸）要在低速或低压下很精确地控制，或需要采用输出量快速上升模式，则曲线（3）是最好的选择。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术3.3直动式比例方向阀本章讨论带和不带控制滑阀阀芯位置电反馈、直接驱动式（直动式）三位四通比例方向阀（分别为WRA和WRE，规格6）。

图6和图7，表示其结构原理和主要构件。

教学培训系统在电磁铁失电时，复位弹簧

（2）和（5）将控制滑阀（3）维持在中间位置。

当电磁铁B得电（即负的指令电压加于控制电路）后，控制滑阀（3）向左移动，则P口A口，B口T口接通。

其结果是横断面呈节流槽形式的阀口通路打开，并形成对输入信号的渐进的流量特性。

从不同的特性曲线可以看到，阀压降的变化，也能引起流量的变化。

我们认为的阀的压降，是进口（P到A）与出口（B到T）两个阀口压降之和。

在阀口压降为10bar时名义流量为10升/分1PV=10bar2PV=20bar3PV=30bar4PV=50bar输入信号（%）恒定恒定恒定恒定流量升/分?

pV=pS-pT图8流量/输入信号特性曲线对滑阀在b位?

pV=pS+pL-pT并pL=pA-pB对滑阀在a位此处有问题b处PV=PS-PA+PB-PTa处PV=PS-PB+PA-PT图9表示了阀的压降△pV，系统压图9比例阀各种压差的标记力pS，负载压力pL和油箱压力pT间的互相关系。

可以看到，压力pS、pL和pT的变化要引起阀压降的变化，根据图8，这要引起流量的变化。

在实践中，系统压力和油箱压力的变化往往是不可忽略的。

RE00236/01.96集成在阀内E型控制滑阀，进出口间采用同样的阀口断面。

这种型式的滑阀，用于和双出杆液压缸和液压马达，或其进出口流量相等的执行元件连接。

对于单出杆液压缸，此控制滑阀不适用，因为进出口阀口处的流量及压降不相等。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术在这种场合可采用E1和E2型控制滑阀；此时阀口断面的比率是2∶1。

此种控制滑阀的详细资料和技术数据，对于比例方向阀的使用是很重要的，请参阅液压培训手册第二册。

教学培训系统用比例方向阀，能简单地控制执行元件（液压缸、液压马达）运行的速度和方向。

这里，可以得到可变的节流控制，即对应于每一个预选的指令值，比例方向阀有相应的阀口开度。

设定的输入信号对应的油液流量，不仅取决于阀口开度，而且还和阀的压降有关。

图10表示在恒定的阀压降下，三位四通比例方向阀的节流特性。

在阀压降为10bar时名义流量为10升/分流量Q（升/分）1PV=10bar2PV=20bar3PV=30bar4PV=50bar5PV=100bar输入信号（%）恒定恒定恒定恒定恒定图10三位四通比例方向阀4WRE6E8…阀压降一般能用图11中表示的公式决定。

系统压力或负载压力的变化，会引起阀压降的变化，因而引起流量变化（见图10）。

假如液压执行元件承受变化的负载，而要将速度保持在狭小的公差范围内，则要采用适当的元件对此进行补偿。

RE00236/01.96在各流量阀中使用的压力补偿器，能消除负载压力和系统压力变化对流量恒定的影响。

压力补偿器和比例阀的控制部位（控制阀口），组成了流量控制阀，它能不受压力影响地调节流量。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系统?

pV=pS±pL?

pTpS=系统压力pT=油箱压力pL=负载压力=pA?

pB?

pV=阀压降图11阀压降现在用二通进口压力补偿器作为例子,来解释负载补偿原理。

图12表示其液压回路。

梭阀pA或pB?

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术教学培训系3?

图13表示了二通进口压力补偿器Q=a?

的原理图。

作为二通流量控制阀，?

压力补偿器和比例方向阀（节流（a=恒定的比例系数）调节阀口）是串联连接。

节流调节阀口（比例方向阀的调节控制部位）的上游压力（p1）和下游压力（pA或pB），作用在压力补偿器活塞的两端面AK上。

梭阀只是将pA、pB中压力较高的一个压力引入补偿器。

因而二通压力补偿器可以在（p到A，p到B）两个方向上运行。

当补偿器活塞端面压差引起的力，大于弹簧力（?

AK>FF）时（?

p=p1?

pA或p1?

pB，AK为活塞端面面积），压力补偿器趋于关闭。

当压差引起的力?

AK小于弹簧力FF时，补偿器阀口开大，直至流过节流阀口的压差满足下列方程：

AK=FF由于指令值不变，比例方向阀控制滑阀的阀芯位置不变，其作用如同一节流孔。

由流量造成的压差，和系统压力及负载压力无关。

因此，压差?

p仅和流量有关：

图13二通压力补偿器工作原理图油温和油液粘度的变化等干扰，对流量恒定的影响不大。

只要流量控制阀的节流阀口设计得好，这些影响都可以不考虑。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术图14的特性曲线，表示了带压力补偿器的比例方向阀的压差?

p和流量的关系。

教学培训系统流量Q（升/分）Ucomm=常数流量Q（升/分）?

p=pS–pA或?

p=pS–pB指令值（%）图14带压力补偿器的比例方向阀的理想Q/?

p特性曲线图14中的每一条特性曲线，对应于一个指令值（输入信号）。

流量与指令值间的对应关系见图15。

这些特性曲线对所有的pS、pA或pB都是有效的，只要带压力补偿器的比例方向阀上能达到阀的最小。

这个最小工作压差，压差（?

pmin）是向流量控制系统供给液压能所必须的代价。

这也意味着，这个（最小压差对应的）能量在阀口转化成热量，以液压能的形式损失掉了。

同样也有能量损失发生于压力补偿器。

图15带压力补偿器（控制流量P到A或B）的三位四通比例方向阀的流量/指令值特性曲线二通压力补偿器多余的流量，通过溢流阀直接回油箱，或如图12的油路图所示，可采用压力控制泵，以在设定的压力下减少泵的输出流量。

除了二通压力补偿器外，还可用三通压力补偿器或用出口压力补偿器，进行负载补偿。

这些方法的优缺点，在液压培训手册第二册（RE00303）中讲述。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术3.3.1与时间相关的定位时间相关的定位比例方向阀能改变液压缸伸出的速度。

不同缸的伸出速度和不同的输入信号相对应，而输入信号由装在放大器上的内部电位器或外部电位器产生。

教学培训系统在与时间相关的定位中，考虑到液压缸的速度，斜坡变化用于逐渐地达到一定位置。

斜坡用比例放大器控制面板上的多圈电位器，来调节斜坡的斜率。

可以通过比例放大器上的继电器（K5），来接通或断开斜坡功若输入信号用继电器的切换实能。

也可以通过外部电位器现，则意味着指令值的阶跃变化。

（R5/500k?

），进行斜坡斜率的输入信号的阶跃变化将引起速度设定。

的突变，即产生较高的加速度或减速度。

为了避免输入信号的阶跃变化，新的输入信号通过所谓的斜坡变化来实现。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术定位为了用液压驱动（液压缸或马达）来到达一个位置，有几种技术可行性。

最简单的方法，是与时间相关的定位。

可采用快速移动/停止的模式，和快速移动/慢速移动/停止的模式。

教学培训系统曲线1：

很短的斜坡时间，但相对低的速度。

在接近开关触发后，通过设定的斜坡时间，活塞的速度降到零（定位）。

曲线2：

很短的斜坡时间，但速度比曲线1高。

此时，定位同样通过接近图17表示用快速移动/停止模式开关和设定斜坡时间来达到。

进行定位。

在启动后，液压缸加曲线3：

速到快速移动速度，然后在到达和曲线2同样的动作顺序，但具接近开关之前，一直维持此速度。

有较长的斜坡时间。

接近开关的触发，代表液压缸的曲线4：

停止信号。

斜坡时间和速度都很高，以至于从图中四条特性曲线及其说明可活塞不能在限定的行程前（接近以看到，速度和斜坡时间对到达开关断开后）停止。

目标位置有什么影响。

RexrothBoschGroup培训手册–电液比例技术为了提高定位精度，可采用快速前进/慢速移动/停止的模式（见图18），来达到一定位置。

此时，快速运动约占行程的80%，然后转为慢速前进。

在到达目标位置前不久，用另一个开关的触发使驱动停止。

快速前进教学培训系统仔细看一下终点位置，可发现用这种解决办法行程范围明显缩短。

由于慢速过程的存在，斜坡时间的改变已对定位无显著的影响。

只要在第二个行程开关（N2）接触之前达到慢速移动，不同的快速前进速度也不会对定位产生影响。

慢速目标位置速度V起点前进S图18快速移动/慢

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