1.3.8 比例阀
电液比例控制阀输出的液压量与输入的电信号成比例关系。与手动调节和通断控制的普通液压阀相比，它能显著地简化液压系统，实现复杂程序和运动规律的控制，通过电信号实现远距离控制，大大提高液压系统的控制水平；与电液伺服阀相比，尽管其动态、静态性能有些逊色，但在结构与成本上具有明显的优势，能够满足多数对动静态性能指标要求不高的场合。随着电液伺服比例阀的出现，电液比例阀的性能已接近甚至超过了伺服阀。
（1）比例控制原理
电液比例阀通常由电气-机械转换器、液压放大器（先导级阀和功率级主阀）和检测反馈机构三部分组成（图1-37）。若是单级阀，则无先导级阀。
图1-37 电液比例阀的组成
电液比例阀是比例控制系统中的主要功率放大元件，按输入电信号指令连续地成比例地控制液压系统的压力、流量等参数。
（2）电液比例阀的分类
比例阀按主要功能，可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三大类，每一类又可以分为直接控制和先导控制两种结构形式，直接控制用在小流量小功率系统中，先导控制用在大流量大功率系统中。电液比例阀的分类见图1-38。
图1-38 电液比例阀的分类
（3）电液比例压力阀
①不带电反馈的直动式电液比例压力阀 图1-39为一种不带电反馈的直动式电液比例压力阀的结构和图形符号，图1-39（a）为结构图，图1-39（b）为图形符号。它由比例电磁铁和直动式压力阀两部分组成。直动式压力阀的结构与普通压力阀的先导阀相似，所不同的是阀的调压弹簧换为传力弹簧3，手动调节螺钉部分换装为比例电磁铁。锥阀芯4与阀座6间的弹簧5主要用于防止阀芯的振动撞击。阀体7为方向阀式阀体。当比例电磁铁输入控制电流时，衔铁推杆2输出的推力通过传力弹簧3作用在锥阀芯4上，与作用在锥芯上的液压力相平衡，决定了锥阀芯4与阀座6之间的开口量。由于开口量变化微小，故传力弹簧3变形量的变化也很小，若忽略液动力的影响，则可认为在平衡条件下，所控制的压力与比例电磁铁的输出电磁力成正比，从而与输入比例电磁铁的控制电流近似成正比。
图1-39 不带电反馈的直动式电液比例压力阀的结构和图形符号
1—插头；2—衔铁推杆；3—传力弹簧；4—锥阀芯；5—防振弹簧；6—阀座；7—阀体
不带电反馈的直动式电液比例压力阀的特点：这种压力阀除了在小流量场合作为调压组件单独使用外，更多的作为先导阀与普通溢流阀、减压阀的主阀组合，构成不带电反馈的先导式电液比例溢流阀、先导式电液比例减压阀，改变输入电流大小，即可改变电磁力，从而改变导阀前腔（即主阀上腔）压力，实现对主阀的进口或出口压力的控制。
②位移电反馈型直动式电液比例压力阀 图1-40为位移电反馈型直动式电液比例压力阀的结构和图形符号，图1-40（a）为结构图，图1-40（b）为图形符号。它与图1-39所示的压力阀不同的是，此处的比例电磁铁带有位移传感器1，其详细图形符号为图1-40（b）。
图1-40 位移电反馈型直动式电液比例压力阀的结构和图形符号
1—位移传感器；2—传感器插头；3—放气螺钉；4—线圈；5—线圈插头；6—弹簧座；7—传力弹簧；8—防振弹簧；9—锥阀芯；10—阀体；11—阀座
位移电反馈型直动式电液比例压力阀的特点：工作时，给定设定值电压，比例放大器输出相应控制电流，比例电磁铁推杆输出的与设定值成比例的电磁力，通过传力弹簧7作用在锥阀芯9上；同时，电感式位移传感器1检测电磁铁衔铁推杆的实际位置（即弹簧座6的位置），并反馈至比例放大器，利用反馈电压与设定电压比较的误差信号去控制衔铁的位移，即在阀内形成衔铁位置闭环控制。利用位移闭环控制可以消除摩擦力等干扰的影响，保证弹簧座6能有一个与输入信号成正比的确定位置，得到一个精确的弹簧压缩量，从而得到精确的压力阀控制压力。电磁力的大小在最大吸力之内由负载需要决定。
当系统对重复精度、滞环等有较高要求时，可采用这种带电反馈的比例压力阀。
③带手调限压阀的先导式电液比例溢流阀 图1-41为带手调限压阀的先导式电液比例溢流阀的结构和图形符号，图1-41（a）为结构图，图1-41（b）为图形符号。阀的上部为先导级，是一个直动式比例压力阀，下部为功率级主阀组件（带锥度的锥阀结构）5，中部配置了手调限压阀4，用于防止系统过载。图1-41（a）中，A为压力油口，B为溢流口，X为遥控口，使用时其先导控制回油必须单独从外泄油口2无压引回油箱。
图1-41 带手调限压阀的先导式电液比例溢流阀的结构和图形符号
1—先导阀体；2—外泄油口；3—比例电磁铁；4—限压阀；5—主阀组件；6—主阀体；7—固定液阻
该阀除先导级采用比例压力阀之外与普通先导式溢流阀基本相同。手调限压阀与主阀一起构成一个普通的先导式溢流阀，当电气或液压系统发生意外故障时，它能立即开启使系统卸压，以保证液压系统的安全。
④比例减压阀 图1-42所示为单向比例减压阀的结构。
比例减压阀与普通单向减压阀相比，比例减压阀用比例电磁铁取代了调压螺栓。
图1-42 单向比例减压阀的结构
1—先导阀座；2—比例电磁铁；3—主阀座；4—主阀减压部位；5—单向阀；6，7—二级压力通道；8—先导阀；9，13—堵头；10—先导阀座；11—弹簧；12—主阀芯；14—安全阀
（4）电液比例流量阀
①直动式电液比例节流阀 图1-43为一种普通型直动式电液比例节流阀的结构和图形符号，图1-43（a）为结构图，图1-43（b）为图形符号。力控制型比例电磁铁1直接驱动节流阀阀芯（滑阀）3，阀芯相对于阀体4的轴向位移（即阀口轴向开度）与比例电磁铁的输入电信号成比例。
图1-43 普通型直动式电液比例节流阀的结构和图形符号
1—比例电磁铁；2—弹簧；3—节流阀阀芯；4—阀体
此种阀结构简单、价廉，滑阀机能除了图1-43（a）所示常闭式外，还有常开式；但由于没有压力或其他检测补偿措施，工作时受摩擦力及液动力的影响，故控制精度不高，适宜低压小流量液压系统采用。
②位移电反馈型直动式电液比例调速阀 图1-44为一种位移电反馈型直动式电液比例调速阀的结构和图形符号，图1-44（a）为结构图，图1-44（b）为图形符号。它由节流阀、作为压力补偿器的定差减压阀4、单向阀5和电感式位移传感器6等组成。节流阀芯3的位置通过位移传感器6检测并反馈至比例放大器。当液流从B油口流向A油口时，单向阀开启，不起比例流量控制作用。
图1-44 位移电反馈型直动式电液比例调速阀的结构和图形符号
1—阀体；2—比例电磁铁；3—节流阀芯；4—作为压力补偿器的定差减压阀；5—单向阀；6—电感式位移传感器
这种比例调速阀可以克服干扰力的影响，静态、动态特性较好，主要用于较小流量的系统。
（5）电液比例方向阀
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。
普通型直动式电液比例方向节流阀的结构和图形符号如图1-45所示，它主要由2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1-45 普通型直动式电液比例方向节流阀的结构和图形符号
1，6—比例电磁铁；2，5—对中弹簧；3—阀体；4—阀芯
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如图1-46所示。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。
图1-46 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
1—先导减压阀芯；2—主阀芯；3—对中弹簧