5.2电液比例控制应用回路与实例分析
5.2.1电液比例控制典型应用回路
1、比例压力控制应用回路
(1)升降台液压控制系统的电液比例压力控制回路
升降台液压控制系统中的电液比例控制，采用的是三通比例减压阀。升降台在上升行程中与设定值电流信号成比例，比例减压阀保持输出相应的油液压力，由液压缸托起升降台。当升降台上升遇阻超载时，阀可起到溢流限压作用。当升降台下降时，比例减压阀可以适当的背压或卸荷压力释放升降液压缸排出的油液。
(2)变量泵的电液比例控制
恒压变量泵、恒流变量泵或压力流量复合控制变量泵，都可以通过比例阀，用电信号进行控制。可使泵运行于p-q图的任意点上，各种控制特性曲线，例如功率特性，可以用电信号预先设定。如压力流量复合控制泵，其中的比例阀通过一控制块直接贴在变量泵体上。原理图上如果去掉比例压力阀而保留比例节流阀，则变量泵成为比例恒流变量泵；如果保留比例压力阀而去掉比例节流阀，则成为比例恒压泵。
2、比例速度控制应用回路
(1)液压电梯的电液比例控制回路
液压电梯是多层建筑中安全、舒适的垂直运输设备，也是厂房、仓库、车库中最廉价的重型垂直运输设备。液压电梯的系统原理图，图中比例复合阀是一个带应急下降先导阀的比例三通调速阀，用于控制电梯的向上运动速度，液压泵的输出压力与负载相适应，从而达到节能的效果；先导压力阀可以控制液压缸的柱塞突然停止所产生的液压冲击。比例复合阀是一个带手动应急下降先导阀的二通比例调速阀，电梯下降时泵停止工作，依靠电梯轿厢自重下落，二通阀控制其下降运行速度；手动应急下降阀可在发生意外故障时，通过手动操作，使轿厢平稳回到最接近的层面。本系统的基本特点为：采用比例控制，可以实现对轿厢的加减速进行精确控制，达到快速、平稳地按预定曲线运行上升用三通调速阀实现负载适应，下降依靠自重用二通调速阀控制，形成了最佳的节能组合。应特别注意，要使轿厢自重(不够时常采用在轿厢体增加配重)产生的油压大于二通比例调速阀的最小工作压差，以保证二通阀工作在调速区。
(2)容积控制式比例同步回路
容积控制式的比例同步回路。它也是一种具有双向调速、双向同步功能的回路。比例元件为两台比例变量泵，两个液压缸的速度采用电气遥控设定。两泵根据位置传感器的反馈信号，连续地控制泵的排量或流量，使两缸的位置互相跟随。由于是容积控制，没有节流损失，因此适用于大功率系统和高速的同步系统。此外，由于两个执行器的供油系统完全独立，故很适用于两液压缸相距较远且要求同步精度高的场合。
3、比例方向阀应用回路
(1)平衡回路
对于立置液压缸或受到超越负载作用的执行器，为了防止自重或超越负载存在面使执行器及其拖动的工作机构的运动速度超过供油能力所能达到的速度，致使运动部件超速失控、发生意外，可在液压系统中设置平衡回路。平衡回路是在超速方向上设置一个适当的阻力。比例方向阀控制的立置液压缸上升下降速度的典型回路在液压缸下行的方向上设置起平衡阻力作用的平衡元件-溢流阀，使之产生足够的背压，以便与自重或与运动方向同向的负载相平衡。溢流阀的调整压力应略大于运动部件自重在液压缸下腔形成的压力，单向阀用于通过上行时的工作流量。这种回路下行时，由于有背压存在，运动比较平稳。
（2）液压吊杆的速度、加（减）速度控制回路
舞台吊杆运行须进行加（减）速度控制，以便实现稳定、快速、准确的定位。如开关控制阀构成的速度、加（减）速度控制回路，其方向控制采用电液换向阀，而流量控制或速度、加（减）速度采用了较复杂的开关和定值控制回路阀组，回路结构相当复杂。但如果采用电液比例控制回路取代，则仅用一个电液比例方向阀即可实现液压缸的运动方向、速度、加（减）控制，启动和制动以及所要求的的运行速度，均可很简单地在比例放大器中调节，控制可靠、操作简单。
4、电液比例压力/速度控制回路
若将前述比例调压和比例调速回路按需要组合起来，即可构成多种能够同时对系统的压力和速度进行比例控制的回路，比例P/Q(压力/流量)复合控制元件由此而被发展起来。由比例P/Q(压力/流量)复合控制元件构成的电液比例回路，可使系统更加简洁，具有较好地负载适应性，控制性能也会得到提高。属于这类回路中常见的有：比例溢流节流控制的P/Q阀回路和容积节流控制的比例P/Q变量泵回路。
(1)比例压力/流量复合阀调压调速回路
用比例压力/流量复合阀与定量泵构成的调压调速回路，利用电气遥控调压和调速，使系统变得非常简单，且控制性能也相当好。所需流量的控制由比例流量阀进行，主溢流的先导式溢流阀按系统的最高工作压力来调整，以便提供压力保护；而各种阶段的压力则由先导比例溢流阀的控制电流确定；先导油应引至各个需要先导控制的地方。P/Q 复合阀是利用定差溢流阀来作压力补偿的，定量泵1的输出压力适应负载压力，因此供油过程中没有过剩压力，较为节能。
(2)比例压力/流量调节型变量泵回路
电液比例压力/流量泵调压调速回路压力由比例压力阀进行控制，输出流量由比例流量阀通过改变泵的排量实现控制，既可流量适应又有压力适应，故又称为负载传感回路，节能效果最好。比例P/Q泵除了能够完成比例P/Q阀所能实现的功能外，还能实现更复杂的功能。比例P/Q泵供油回路的调压速，通常由PLC或工控微机进行编程控制，主要用于工作循环复杂、工况变化频繁，动、静调压调速回路特性都要求较高的地方。
5.2.2双缸直顶式液压电梯的两种电液比例系统分析
液压电梯是多层建筑中安全、舒适的垂直运输设备，也是厂房、仓库、车库中最廉价的重型垂直运输设备，它集机、电、液于一体，由多个相对独立又相互协调配合的子系统构成。与电动牵引电梯相比，液压电梯具有不需要在顶部安装机房，结构紧凑、承载能力大、无级调速、运行平稳、成本低等优点。
在液压电梯速度控制系统中，对其运行性能(包括轿厢启动、加减速运行平稳性、平层准确性以及运行快速性等方面)都有较高的要求，并对液压电梯的速度、加速度及加速度的最大值都有严格的限制。目前，电梯的液压系统广泛采用节流调速方式，以满足上述要求。
1、电梯旁路节流调速电液比例系统及其工作原理
2、电梯进油路节流调速电液比例系统及其工作原理
3、两种液压系统的技术特点比较
双缸直流式液压电梯的两种液压系统的性能进油路节流和旁路节流两种液压系统的功率损失相差不大，但是，进油路节流调速系统的调速特性要优于旁油路节流调速系统。另外，采用电控单向阀可以避免液压电梯发生沉降现象；手动下降阀可以保证电梯出现故障时轿厢安全下降到安全位置。
4、进油路节流调速液压系统的计算机控制
为保证电梯的乘坐舒适性，必须使电梯的轿厢按设定的速度曲线运行。由于比例调速阀和比例节流阀的特性差异、管道布置的不同及两液压缸的负载不同，液压缸的速度就有差别，因此要通过计算机控制电磁比例调速阀和比例节流阀实现双缸运动同步控制。计算机控制系统为两个闭环：调速闭环和同步闭环。
5.2.3 现代剧院双层升降舞台电液比例同步控制系统分析
1、舞台功能结构
机械化舞台是现代剧场的主要设备，多块升降板与升降快的相互组合构成了舞台升降台。如由三块升降板组成的双层升降舞台结构的示意图，每块升降板长6m，宽2m，分为上下两层。上层台升高后，上下层之间的空间可用来表演。上下层台升降的平均速度为0.04m/s，下层台采用双面剪叉式结构，由一个液压缸驱动，实现下层台的水平升降。上层台采用双缸直顶结构，可给出必要的表演空间。两缸同步驱动，实现上层台的水平升降。根据舞台表演艺术的要求，三块上层板应具有各自独立的升降运动；三块下层板可单块升降，双块、三块同步升降及形成阶梯后同步升降，而且可以在任意设定位置停留，所以下层台是具有多种组合功能的升降台。为避免各块之间的相互干扰，该舞台采用了三套完全相同的独立液压系统驱动，每一套液压系统控制一块升降台动作，而三块之间的协调动作则由计算机进行实时控制。
2、液压系统的工作原理
系统的油源为定量液压泵，泵的出口设有精过滤器和单向阀；系统的压力控制分为两级，下层台的压力设定与泵的卸荷由电磁溢流阀实现，上层台及夹紧缸回路的压力由减压阀设定。液压系统的执行器除了驱动下层台的液压缸和驱动上层台的液压缸外，还有驱动机械自锁机构的上层台夹紧液压缸和下层台夹紧液压缸。液压缸各为一个液压回路，分别用三位四通电磁换向阀，二位四通电磁换向阀控制运动方向。下层台倾斜放置的液压缸在上升时负载为正值，下降时负载为负值(即超越负载)。这使得升、降工况相差甚远。为使升降速度保持一致，用个单向阀和电液比例调速阀组成的液桥实现进油节流和回油出口节流调速，在调速阀开度不变的情况下，缸的升降速度相同。直顶上层台的两个液压缸，用分流集流阀来控制两缸的同步运动，同步精度取决于分集流阀的分流精度和台面偏载的程度。为保证各台面的严格定位，采用双液控单向阀实现液压锁紧(在台面下降时，液控单向阀处于比例调速阀或集流阀之前，因此液控单向阀出口压力较高，要达到其正常开启，必须使用外泄式液控单向阀)。上、下层舞台的长时问定位则通过夹紧缸驱动的机械自锁机构实现，上层台的四个夹紧缸的油路两两并联，下层台的两个夹紧缸油路并联。
3、下层台同步控制
下层台液压缸的运动速度由电液比例调速阀来控制。将设定的电流值输入给比例调速阀，可使液压缸得到相应的运动速度。改变输入电流的大小，可按比例改变液压缸的运动速度。
计算机实时控制的同步过程和原理概括起来是：位置误差检测-速度控制一纠正位置偏差。这是一个闭环的间接位置控制同步系统。此同步控制原理可扩展到若干个液压缸的同步，控制系统的原理方块图，其主控制机采用TP-801单板机经扩展后组成，软件固化在主机 EPROM中。另外，为提高静态定位精度，当台面运动至接近设定位置时，可由计算机控制，将比例阀输入电流逐渐减小，从而使台面减速后到位停止，既避免了冲击和振动，又提高了定位精度。本系统还设有一套完全独立的手动操纵控制线路，一旦计算机部分出现故障，手动操作可单独实现各台面的运动且运动速度可由操作人员任意调节。
4、技术特点及参数
①该双层舞台的液压系统采用定量泵供油，通过恰当选择液压缸的工作面积，实现上下层的平均速度一致；采用电液比例和计算机控制技术，同步运动平稳，同步误差小。
②采用单向阀与电液比例调速阀组成的液桥控制下层台液压缸的升降速度，用以消除正负负载变化对倾斜液压缸运动速度的影响，并保证缸的升降速度相同。采用分流集流阀控制下层台双缸的同步运动。
③利用双液控单向阀和液压控制机械锁紧机构实现各台面的严格定位。
④由于采用了定量泵供油和调速阀节流调速方式，所以系统效率较低。但若改为变量泵泵油源，则可改善此种情况。
未完待续！
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