2.5　电液比例方向阀及应用

2.5.1　电液比例方向阀概述

电液比例方向控制阀能按输入电信号的极性和幅值大小，同时对液压系统液流方向和流量进行控制，从而实现对执行器运动方向和速度的控制。在压差恒定条件下，通过电液比例方向阀的流量与输入电信号的幅值成比例，而流动方向取决于比例电磁铁是否受到激励。

图2-35为一种普通型直动式电液比例方向节流阀的结构原理图，它主要由两个比例磁铁1、6，阀体3，阀芯（四边滑阀）4，对中弹簧2、5组成。当比例电磁铁1通电时，阀芯右移，油口P与B通，A与T通，而阀口的开度与电磁铁1的输入电流成比例；当电磁铁6通电时，阀芯向左移，油口P与A通、B与T通，阀口开度与电磁铁6的输入电流成比例。与伺服阀不同的是，这种阀的四个控制边有较大的遮盖量，端弹簧具有一定的安装预压缩量。阀的稳态控制特性有较大的中位死区。另外，由于受摩擦力及阀口液动力等干扰的影响，这种直动式电液比例方向节流阀的阀芯定位精度不高，尤其是在高压大流量工况下，稳态液动力的影响更加突出。为了提高电液比例方向阀的控制精度，可以采用位移电反馈型直动式电液比例方向节流阀。

图2-36为减压型先导级+主阀弹簧定位型电液比例方向节流阀的结构原理图。其先导阀能输出与输入电信号成比例的控制压力，与输入信号极性相对应的两个出口压力，分别被引至主阀芯2的两端，利用它在两个端面上所产生的液压力与对中弹簧3的弹簧力平衡，使主阀芯2与输入信号成比例定位。采用减压型先导级后不必像原理相似的先导溢流型那样，持续不断地耗费先导控制油。先导控制油既可内供，也可外供，如果先导控制油压力超过规定值，可用先导减压阀块将先导压力降下来。主阀采用单弹簧对中形式，弹簧有预压缩量，当先导阀无输入信号时，主阀芯对中。单弹簧既简化了阀的结构，又使阀的对称性好。

2.5.2　挤压机液压定针比例控制系统

在管材定针挤压过程中，首先穿孔针针尖到达模具定针带，然后穿孔缸保持定针状态，挤压杆开始挤压。此时挤压杆按设定的挤压速度向模口移动，安装在挤压杆内的穿孔针以和挤压杆相同的速度反向移动，使穿孔针在挤压模具定针带内的相对位置保持不变。因此，挤压机定针速度是铝材挤压过程中需要严格控制的一个工艺参数。定针速度必须与挤压速度保持一致，如果定针速度过快，穿孔针远离模口，挤出的管材内径会变小，甚至成为实心；如果定针速度过慢，穿孔针会碰到模具，造成设备损坏。另外，从挤压工艺的角度看，定针挤压速度在挤压过程中必须相对稳定，速度的波动将会造成产品内壁表面出现波纹，影响产品质量。

（1）液压定针装置控制原理

在实际挤压过程中，由于流动的金属与穿孔针的摩擦力受挤压筒温度、铝锭温度、铝锭材质和变形率等影响，使穿孔针相对模具的位置发生变化，需要通过控制高压变量泵的流量即变量泵泵头的偏角，进而控制流入穿孔液压缸的流量，实现对穿孔缸定针速度的控制。这种泵控系统存在稳定性差、流量控制特性差、控制精度不高等缺点。针对挤压机定针速度控制系统高压、大流量和调速范围大等特点，以及高精度的控制要求，某公司在定针系统设计中增加了一套阀控系统。该定针系统的基本控制原理如图2-37所示。由PLC控制系统控制电液比例方向阀，从而控制由高压泵经电液比例方向阀流入穿孔液压缸的流量，最终实现对穿孔缸定针速度的精确控制。

（2）液压系统

采用了大通径电液比例方向阀，该阀具有很好的阀芯位置-流量线性度。对电液比例方向阀阀芯开口度采用闭环控制，在电液比例方向阀压差变化时，系统自动调节阀芯位移以维持电液比例方向阀一定的过流流量，从而使定针速度稳定。液压定针系统的基本控制原理如图2-38所示，比例放大器精确调节电液比例阀的输入电流大小，通过连续成比例地调节进入电液比例方向阀的阀芯位置来精确控制电液比例阀的流量。

电液比例方向阀选用先导式、带位置反馈型号的4WRKE，该阀最高工作压力3.5MPa。

4WRKE型阀是二级比例方向控制阀，用来控制液流的大小和方向，主级带位置闭环控制，大流量时阀芯位置和液动力无关。

4WRKE型阀的基本组成如图2-39所示，阀芯行程和控制阀开口度的变化与给定值成比例。没有输入信号，主阀芯3在对中弹簧2的作用下保持在中位。给定信号输入，通过电子放大器得到给定值和实际值比较后的控制偏差，并产生电流输入先导阀比例电磁铁1。电流在电磁铁内感应电磁力，传递到电磁铁推杆并推动控制阀芯。通过控制阀口的液流使主阀芯运动。带磁芯感应位移传感器4的主阀芯3一直运动，直到实际值和给定值相等。在控制条件下，主阀芯3处于力平衡，并保持在控制位置。

（3）定针控制系统

液压定针系统采用工业控制计算机和工业可编程序控制器（PLC）两级控制，PLC选用西门子S7 400/ET200M系列可编程序控制器。

采用拉线式绝对值光电编码器，分别对挤压杆和穿孔针的位置进行检测，检测信号为SSI信号。检测到的位置信号通过西门子的SM338模块采集到CPU，挤压杆和穿孔针的实际位置值在上位机触摸屏显示。同时在PLC内部计算出挤压杆和穿孔针的实际速度，实际速度值也在上位机触摸屏显示。

设置压力传感器，分别对挤压杆主缸和穿孔缸前后腔的压力进行检测，检测信号转换为4～20mA的模拟量信号，通过模拟量输入模块传入CPU。实际压力值在上位机触摸屏上显示。液压定针系统自动控制框图如图2-40所示。

操作穿孔针针尖进入模具定针带，当挤压杆处于充填、突破或挤压阶段时，自动启动定针位置控制功能块。

根据挤压杆的速度给定计算定针给定速度基准值。

V=1.25V₁+V₂

式中　V——定针速度；

V₁——挤压速度；

V₂——偏移速度。

根据定针速度计算液压定针所需投入泵的数量。

N=V/V₀×K₂

V₀=V_maxK₁

式中　N——需要投入泵数量；

K₂——比例系数；

V₀——单台泵速度；

V_max——单台泵最大速度；

K₁——下一台泵切入的比例系数。

由于可能存在故障泵，程序必须根据需要的泵数选择泵。

根据定针速度和投入泵数计算单泵的泵头偏角，即单泵投入的流量Q。

Q=V/（V_maxN）×1000/1000

泵的数量及流量确定后，由定针位置的实时控制功能块调整穿孔针在模具中的位置。

首先进行挤压杆位置和穿孔针位置的实时检测，检测功能周期性执行，执行周期为10ms。

穿孔针针尖在模具中的实际位置为：

S=S₁-S₂+（L_max-L₁）

式中　S——针尖在模具中的实际位置；

S₁——挤压杆位置；

S₂——穿孔针位置；

L_max——最大针长；

L₁——实际针长。

针尖在模具中的定针给定位置通过上位机设定，是正数。使用时，因针尖已越过模具端面，故在整个挤压坐标体系中，取负数处理。

当针尖实际位置距离给定位置2mm以内，则启动定针位置控制器。

定针位置控制器中调用PI控制器，其中积分因子与回程给定速度呈线性关系，如图2-41所示，根据当前定针给定速度计算积分因子T_i（v），其中速度v的单位为0.01mm/s。

利用PI控制器，根据实际位置与设定位置的偏差值，生成一速度输出，作为比例方向阀的基准给定。

根据穿孔缸杆腔的实际压力值对比例方向阀的基准给定进行偏移调整，确定比例方向阀的最终给定值。现场数据证明，该定针控制系统响应快，定针控制精度高，系统具有很高的可靠性，满足工艺要求。

2.5.3　液压数字控制器（HNC）在液压同步系统中应用

高载荷、大功率、长行程的系统通常要求使用多个执行机构来完成它的功能和动作，如水库闸门的提升、大型集装箱的升降和一些大型压机、试验机等。在这样的大负载系统中，解决多个执行机构的液压系统同步问题，保证工程建设的安全性和可靠性成为关键性的技术。在矿山、冶金、建筑和水利等领域中，液压同步系统已经实现了轧机同步运动、大型屋架整体提升以及多闸门同步放落提升等技术应用。HNC可以简化系统设计和调试的复杂度、参数化、模块化、算法简单好用，易于工程技术人员接受、掌握和调试。HNC和比例阀组成的系统能够有效提高系统的控制精度和减少同步误差。

（1）液压同步系统及比例闭环控制同步系统的分析

常用的液压同步有速度同步和位置同步两类。速度同步是指各执行元件的运动速度相等；而位置同步是指各执行元件在运动中或停止时都保持相同的位移量。涉及液压同步精度的控制方式有：容积控制、流量控制和伺服控制。伺服控制的同步精度最高，流量控制的同步精度次之。

电液比例控制阀应用有了很大的推广并取代了一大部分电液伺服控制系统。HNC的出现及应用，可以有效提高比例阀液压系统的控制精度和动态响应，使其性能达到伺服阀的水平。而比例阀系统具有抗污染强、工作可靠、无零漂、价廉和节能等优点又得以保持。此处所介绍的位置同步系统是一种典型的比例阀闭环控制系统，HNC在系统中代替PC控制器。

（2）HNC控制系统和基于PC的控制系统的比较

控制系统用的HNC为Rexroth公司的HNC100-2X型，它是数字式液压轴控制器，是一个对液压缸进行闭环控制的可编程NC控制器，它满足对液压轴闭环控制的特殊指令形式而且还提供电气驱动选项。实际上可以把HNC理解为模块化的单片机系统，它的编程语言和编程环境（WIN PED）很简单，而且闭环控制参数在WIN PED内部已经做好了，只需把系统参数放在程序的相应位置就可以了，并不需要去设定PID参数，系统会自动整定。若系统整定的参数试验效果不理想，调试过程中可根据实际情况调整PID参数。HNC集数字量输入/输出接口、模拟量输入/输出接口于一体，带有串口用于和计算机通信，并有现场总线接口用于HNC至上位控制器的通信。HNC既可以用作控制器直接控制液压伺服系统，也可用作终端驱动器接收上位控制器的指令输出，在本项目中HNC用作电液系统的控制器。

PC Based液压伺服控制系统是在工业计算机的基础上添置模拟量输入/输出卡、数字量输入/输出卡（此部分可用PLC替代），通过对液压系统建模、仿真分析优化整定控制系统的控制参数，用高级语言编程实现控制算法，最终根据运动要求，控制程序求得控制输出后送模拟量输出卡，再由卡送电信号给控制阀，同时控制程序采集反馈信号，据此控制器求出控制输出量后送输出卡，接着阀根据卡送出的电信号将运动结果反映在液压执行机构的参数变化上，这样一个控制周期完成。经过多个控制周期系统实现用户要求的运动。此方法系统复杂、参数整定麻烦且程序可移植性差，劳动强度大，可靠性差。

（3）电液同步控制系统的组成

电液同步系统的原理图见图2-42，由图可知，电液伺服同步系统采用一对比例换向阀控制伺服缸，液压缸内部装有磁致伸缩直线模拟式传感器用于实时检测液压缸的位移，反馈信号直接送HNC。HNC内部有滤波电路，可以对采集到的信号进行滤波处理，同时HNC根据要求的运动命令信号和反馈信号分析计算后求得系统的控制信号分别送给比例阀，同样阀可根据电信号的强弱将运动结果反映在两液压缸的位移变化上，这样一个控制运动周期完成。经过多个控制周期后，系统完成指定的运动。HNC有数字量输入/输出端口，程序能够根据输入端口的信号跳转到相应的子程序，这点类似PLC的输入输出端口，数字端可以直接连接控制面板，方便易用。

本项目采用BOSCH比例阀0811404046，该阀有两种增益，在工作电压-6～6V是小增益，-10～-6V，6～10V是大增益。小增益能够提高系统在低速时的平稳性和同步精度，而大增益能够实现大流量控制，使液压缸快速同步接近工作点，节约行程时间，提高工作效率。试验数据表明该阀能够满足应用要求，效果很好。

（4）系统调试及分析

同PC Based液压伺服系统不同，HNC控制系统只要少量几个参数即可以调试出一个近乎最优的控制系统。在系统稳定的前提下，只需知道系统最大流量、液压缸的有效作用面积和系统压力及外作用力，由此计算出液压缸的最大运动速度及加速度就可以编写程序了。在调试过程中应该注意的事项如下。

①将一对位移传感器零点和满量程点调整一致，这样能够保证液压缸的同步精度最大限度的接近传感器精度，方便调试。

②液压缸的运动速度和加速度、减速度不能够超过理论最大运动速度和加减速度，否则会有意想不到的情况发生。

③HNC带有PID运算功能，调试过程中P增益不宜调得太大，应由小慢慢往上加，否则会带来系统不稳定问题。

④信号干扰和屏蔽是要重点考虑的问题之一。

试验表明，液压缸从位移100mm同步运动到位移350mm过程中，同步误差小于0.5mm，稳态同步误差为0.1mm左右，单缸稳态误差小于0.02mm。可见系统同步精度高，稳定误差小，动态同步效果好，能够满足大多数工程实际应用。

2.5.4　带恒压模块的比例同步控制系统

比例同步系统最大的优点是控制精确，可以达到精确控制油缸速度和同步精度的目的，但是比例同步系统需要电气控制系统大力支持，越精确的同步精度要求对电气控制要求越高。

比例同步系统对其执行元件（液压缸、液压马达）也有要求，执行元件必须安装有行程检测元件（线型传感器、旋转编码器），行程检测元件用于随时检测执行元件的工作行程，用于反馈信号控制比例阀的信号调整，达到实时同步的目的。

比例控制系统对于液压系统本身的设计要求较高，同时对执行元件承受负载的情况也有要求。理想的同步条件是外部负载处于不变化或者变化很小并且尽量避免出现负载偏差。为了保证液压缸的运动不受到外负载的影响，可以采用入口恒压模块保证比例阀的工作环境。同时对比例阀的选型也很重要，要求系统运动的流量信号线性区间位于比例阀40%～60%最好，若工作在10%以下或90%以上，很难控制油缸的同步运行。

图2-43是一种典型的带恒压模块的高精度的比例控制同步回路，在该液压系统中，两油缸的负载会根据生产不同品种的产品而存在很大的差异，因此该系统中设置了入口恒压模块。该系统要求油缸运动的任何过程不能存在较大的冲击，因此增加了安全阀，以便于在油缸意外冲击的情况下进行缓冲。在比例同步系统中，要求的同步精度越高，就要对比例阀的工作特性进行详细分析，常用的比例阀都是在试验台下对流量-信号进行测试的。在实际使用的过程中，要求比例阀的控制精度越高，就更加需要满足比例阀的工作状况。在试验室的情况下，要保证比例阀进出口的压差为1MPa进行试验，也就是说，比例阀在恒压差的情况下工作状态最稳定。增加恒压模块的目的就是要保证比例阀的进出口压差恒定。

图2-44是一个典型的恒压模块原理图，图2-44中先导式减压阀和梭阀共同组合形成了一套入口恒压模块。实际工作中，梭阀向先导式减压阀提供先导控制油，若先导控制油的压力为x，比例阀出口压力为p_A/p_B，比例阀的入口压力为p，而恒压模块中先导式减压阀的弹簧压力调整为1MPa，实际减压阀的输出压力为x+1MPa，即比例阀入口的压力p=x+1MPa，那么比例阀进出口的压差=p-p_A/p_B=x+1MPa-p_A/p_B，而x实际就是引用比例阀的出口压力，即x=p_A/p_B；比例阀的进出口压差：x+1MPa-x=1MPa，不管外负载如何变化，比例阀进出口压差的值保持恒定（1MPa），也就是比例阀工作环境很理想，有利于控制油缸的同步性能。

2.5.5　比例方向控制回路中的压力补偿

（1）概述

通过比例阀的流量可由下列公式得出：

　　        （2-12）

式中　Q——通过阀的流量；

C_d——流量系数；

A——孔口面积；

ρ——油液密度；

Δp——阀前后压差。

在面积A一定，即比例阀给定电信号为一定值时，通过阀的流量与ΔP有关，只有负载压力波动不大或几乎不波动时，节流阀才能起到流量控制作用。图2-45所示为典型的比例阀流量-压力特性曲线簇。

Δp_v=p_s-p_t　　        （2-13）

式中　p_s——系统压力；

p_t——比例阀回油口背压；

Δp_v——比例阀进出口压差。

在油缸-比例方向阀系统中，有：

p_s=p_v+p_L+p_t　　        （2-14）

式中　p_v——比例阀前后压差；

p_L——负载压力。

由式（2-13）、式（2-14）联立可知：

Δp_v=p_v+Δp_L=p_s+Δp_t=常量　　        （2-15）

即p_v在油泵出口压力p_s和比例阀出口背压压力p_t为常量时与负载直接有关。因此在比例阀控制回路中，上述的负载效应必须通过适当手段进行校正。其目的就是保证p_v为一近似定值，不随负载压力的波动而改变，从而保证通过比例阀的流量与输入的电信号成比例的变化。

（2）控制方案

①二通进口压力补偿　二通进口压力补偿见图2-46油路实例和图2-47油路原理。如图2-47所示，二通压力补偿器的阀芯左边作用着比例阀进口压力p，右边作用着比例阀后压力p₂及弹簧力，当略去液动力，阀芯处于平衡位置时可知：

pA_k=p₂A_K+F_F　　        （2-16）

则有：

Δp=p-p₂=F_F/A_K≈常数

当弹簧较软、调节位移又比较小时，压力差近似为常数。只要p_p-p₂大于F_F/A_K，弹簧即被压缩，比例阀可起到流量调节作用。

②三通进口压力补偿　三通进口压力补偿见图2-48油路实例和图2-49油路原理。

在该回路中的固定油口A₂与压力补偿器控制的调节油口A₁并联。A₁同时作为油泵的回油管路的出油口。同样当该阀阀芯处于平衡位置时，不考虑摩擦力和液动力时，可得到如下公式：

p₁A_k=p₂A_k+F_F　　        （2-17）

则有Δp=p₁-p₂=F_F/A_k≈常数，这样在阀口的压力差可近似保持恒定，并使通过比例阀的流量与给定的电信号成正比而与负载的变化无关。

使用二通进口压力补偿器时。油泵始终需提供由溢流阀调定系统最高压力，而使用三通进口压力补偿器时进口工作压力仅需比负载压力高Δp值即可，因而功率损失相对较少。

配置进口压力补偿器，当油缸制动减速过程中，特别是当负载压力高于弹簧设定的进口检测阀口处的压差时，由式（2-14）可知：

p_s-p_L=p_v+p_t=F_F/A_k+P_t≈常数　　        （2-18）

当p_s-p_L≤F_F/A_k时，调节阀口全部打开，因而压力补偿器失去调节作用。

对于双向控制使用梭阀的回路，如图2-47所示，在减速过程中，与压力补偿器弹簧腔相通的油压不再来自A而是B口。在此工况下，B侧压力较高，可将压力补偿器打开，通过压力补偿器的流量增加。此时传动装置试图加速，而比例阀阀芯向关闭的方向运动。这样会有效地减缓在油缸进油管路的气蚀。因此传动装置是通过简单的节流作用而非流量控制作用，减速到静止状态。

如没有梭阀，由于进口压差保持不变，在油路上就会出现气蚀现象而引起油缸动作速度不稳定。因此必须在油缸两端加装压力控制阀防止超压，使油缸平稳制动。

如果没有设置压力控制阀，进口压力补偿器就只能限制在负载仅作用在一个方向的系统中使用。

③直接采用成品的压力补偿阀　压力补偿阀成品有力士乐ZDC型阀等。某钢卷步进平移回路如图2-50所示，在比例阀2的下面直接安装一个叠加式压力补偿阀1。也能实现相同的功能。

④使用常闭型插装式减压阀　该阀阀芯为LC-DB型，盖板为LFA-DR型。钢板翻转装置是将轧制过程中有问题的钢板翻面进行检查或修磨的装置，接受的钢板是已经按规定尺寸切割好的，故也存在负载不等的情况，比例升降控制需要压力补偿。其控制回路如图2-51所示。

换向阀6首先打开油缸处液控单向阀5。假设比例阀1处于平行位。P→A。这时常闭式减压阀3.1处于关闭位，单向阀4.1打开，高压油直接进入油缸的无杆腔，而有杆腔的回油则关闭掉单向阀4.2，经过插装式减压阀3.2，进入比例阀的B油口。减压溢流阀2.2的反馈压力取自该阀的油口A。其值大小可认为等于比例阀油口B处压力。当油口A处压力大于设定值时。减压阀3.2主阀芯的先导控制油就要经由减压溢流阀溢出，主阀芯控制油腔压力降低，主阀芯向上运动，减压阀3.2就往比例阀油口B处补油；当阀2.2的油口A处压力小于设定压力时，减压阀3.2主阀芯就处于关闭状态。直至比例阀油口B处的压力等于减压溢流阀设定的压力为止。由于比例阀油口T的压力为0，那么比例阀在油口B处与T口压差就被控制为定值，也就达到了比例控制的要求。A—B相连，亦然。

2.5.6　比例多路换向阀

多路换向阀是指以两个以上的换向阀为主体，集安全阀、单向阀、过载阀、补油阀、分流阀、制动阀等于一体的多功能组合阀，它具有结构紧凑、管路简单、压力损失小、工作可靠和安装简便等优点。多路阀有整体式和组合式两种。整体式多路阀结构紧凑，但对阀体铸造要求较高，比较适合于相对稳定的液压设备上使用；组合式多路阀可按不同的使用要求组装，通用性较强。多路换向阀特别适合在工程机械中应用，挖掘机（单斗和斗轮挖掘机）、铲土运输机械（推土机、装载机、铲运机、自行式平地机）和工程起重机（汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机等）都广泛地采用了多路阀控制的液压传动系统。随着加工工艺水平的提高和比例技术及电子技术的引入，多路换向阀有了长足的发展，出现了比例多路换向阀。

（1）比例多路换向阀的组成

比例多路换向阀的外形如图2-52所示，它的压力最高可达42MPa，最大流量可达300L/min，阀体有钢和铸铁两种材料，钢件的承压能力强，但通流能力差；铸铁的通流能力强，但承压能力稍低些。比例多路换向阀可以由多至12片换向阀块组合在一起，采用负载敏感技术，使其输出流量不受负载影响，具有良好的比例特性。比例多路换向阀可以分成泵侧阀块、基本阀块、驱动阀块、端板、遥控单元、电子附件6大部分。这类阀可以细化分为泵侧阀块、换向阀块、手柄、阀心、端板、定位装置或盖板、比例电磁铁、遥控单元、电子附件等组成。

①泵侧阀块。是连接油泵和油箱的阀块，由进出油口、内置溢流阀、压力表接口、三通负载敏感流量控制阀、限压阀、卸荷阀等组成。有定量泵开式回路、变量泵闭式回路、恒压回路等形式供选择。

②基本阀块。是比例多路换向阀的主体部分，由A油口、B油口、换向阀块、可互换的阀芯、二通负载敏感流量控制阀、缓冲阀、补油阀、负载敏感限压阀等组成。

③驱动阀块。是比例多路换向阀的驱动部分和定位装置或盖板，有开关电驱动、比例电磁铁驱动、液压驱动、手动驱动、电驱动+手动驱动、液压驱动+手动驱动等多种形式供选择。

④端板。是比例多路换向阀最靠边的基本阀块的终端块，把最靠边的基本阀块的叠加油口堵住或相互导通，有的带有附加的LS进口和回油接口。

⑤遥控单元。是远端控制比例多路换向阀的电操作手柄和液控操作手柄，操作力小，一般装在驾驶室或控制室里。电操作手柄的形式有很多种，一个手柄可以控制多个阀，可以是开关的，也可以是比例的。液控操作手柄品种较少，有单联的和双联的，最多可以控制两个阀。

⑥电子附件。是有流量调节单元、斜波发生器、速度控制单元、闭环速度控制单元、警报逻辑电路、闭环位置控制单元等供选择。

（2）负载敏感流量控制阀的结构及原理

比例多路换向阀使用了负载敏感技术，在泵侧阀块中使用了三通负载敏感流量控制阀，保证泵的供油随负载变化而变化；在基本阀块中使用了二通负载敏感流量控制阀，保证比例多路换向阀的出油口的流量不随负载变化而变化。三通负载敏感流量控制阀，其结构图如图2-53所示，其原理图如图2-54所示，进油口1接泵出口，出油口2接油箱，控制油口3接执行机构的负载反馈压力LS，阀芯的受力公式为F_1口=F_3口+F_弹簧。

进油口1到出油口2的液压油流量随控制油口3的压力升高而减小，随控制油口3的压力降低而增大，保证泵的供油随负载变化而变化，当执行机构停止工作时，主阀芯右移打开阀口，泵则通过该阀卸压，可以防止系统发热。

二通负载敏感流量控制阀，其结构图如图2-55所示，其原理图如图2-56所示，进油口2接泵出口，出油口1接比例多路换向阀的进油口，控制油口3经过外部节流口4（是比例多路换向阀的阀口阻尼）后接到出油口1处，阀芯的受力公式为F_1口=F_3口+F_弹簧。

当进油口2没有油液通过时，阀芯在弹簧的作用下左移，阀口全部打开；当进油口2有油液通过时，阀芯在压力油的作用下右移，阀口趋于关闭，直至达到新的力平衡；当进油口2处压力增大时，出油口1处的压力也增大，阀芯右移，阀开口减小；当进油口2处压力减小时，出油口1处的压力也减小，阀芯左移，阀开口增大。当出油口1处的压力增大，控制油口3处的压力也增大，阀芯左移，阀开口增大。当出油口1处的压力减小，控制油口3处的压力也减小，阀芯右移，阀开口减小。由于压力补偿器不断地起补偿作用，使流量保持恒定，不随负载变化而变化。

（3）比例多路换向阀的特点

优点：能够实现比例的无级调速控制，调节性能良好；采用二通负载敏感流量控制阀，使执行元件的速度与负载变化无关；能够满足多个执行机构同时工作，最多有12组执行机构，一般不超过8组执行机构；采用三通负载敏感流量控制阀，泵的输出流量随负载变化而变化，提高了液压系统的效率，减少了系统发热；具有减振削峰的功能，换向冲击小，系统运行平稳；高集成性，体积小，重量轻，适合于行走工程机械；组合方便，调整方便，可靠性高；操作形式有多种选择，既可以用电控制，又可以保留手动控制，也可以使用液动；电子元件、附件齐全，可以轻松实现速度开环比例控制、位置开环比例控制、闭环速度比例控制和闭环位置比例控制；引入了比例技术、GPS定位技术和CAN总线技术，可以实现工程机械的远程计算机控制或网络控制，使工程机械实现无人驾驶成为现实。

缺点：选型复杂，常常需要专业的技术人员才能正确选型；价格较为昂贵。

（4）选型注意事项

在选用比例多路换向阀时，要注意以下几点。

①在选用比例多路换向阀时，一定要看清其流量和压力，如允许泵的最大流量和压力、阀输出的最大流量和压力等。若选型过小，往往会造成系统压力损失太大，使系统发热；若选型过大，则会造成经济上的浪费。

②在选择泵侧阀块时，一定要先确认是采用定量泵系统、变量泵系统，还是恒压系统，否则无法选型，有三通负载敏感流量控制阀、限压阀、卸荷阀等选项。

③在选择基本阀块时，要认真核对滑阀机能，确定选择什么附加功能，有二通负载敏感流量控制阀、缓冲阀、补油阀、负载敏感限压阀等选项。

④在选择驱动阀块时，可以选择一种驱动方式，也可以选择两种驱动方式。电驱动有开关电驱动和比例电驱动之分，比例电驱动有中等性能、高性能和极高性能之分，电压有直流12V和直流24V之分，手动操作有摩擦定位和弹簧复位之分，还有液控、气控和防爆系列比例电磁铁可供选择，要根据系统的需要做选择。

⑤在选择端板时，可以根据系统的要求选择油口堵住或相互导通、LS进口和回油接口的个数和接口形式。

⑥在选择遥控单元时，要注意哪些动作有联锁关系、哪几个动作要放到一个手柄上来控制和所控制阀的电压是多少等。

⑦在选择电子附件时，要根据自己的控制要求来进行选用，并要注意匹配。

⑧出口的连接形式有螺纹连接和法兰连接。

⑨可以把不同通径的比例多路换向阀组合在一起，需要用过渡连接板进行连接。

（5）比例多路换向阀的应用

比例多路换向阀由于其自身的一些优点，越来越被人们接受，广泛用在建筑机械、森林机械、消防车辆、起重机、钻机、市政机械、混凝土拖泵、掘进机、摊铺机、高空作业车等。

某工程机械的比例多路换向阀液压系统原理图如图2-57所示。从原理图可以看出使用的是变量泵，泵侧阀块选用的是变量泵中位闭式回路，带有压力表连接口；所有的基本阀块的A/B口都带有二通负载敏感流量控制阀，确保各个阀输出流量不受负载的影响；所有阀芯选用的都是三位四通中位闭式的阀芯；第一组基本阀块A/B口带有缓冲阀和补油阀，第二组基本阀块A/B口带有补油阀，第四组基本阀块A口带有补油阀，B口带有缓冲阀和补油阀，缓冲阀可以消除尖峰压力，使系统平稳，补油阀可以防止液压缸和马达吸空。