2.3　电液比例流量阀及应用

2.3.1　电液比例流量阀概述

图2-24为一种直动式电液比例节流阀［图2-24（a）为结构图，图2-24（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。此种阀结构简单、价廉，滑阀机能除了图示常闭式外，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。

图2-25为一种位移电反馈型直动式电液比例调速阀［图2-25（a）为结构原理图，图2-25（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。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。

2.3.2　液压同步连续升降的控制

液压同步连续提升是一项新颖的施工安装技术，实现同步连续升降的技术关键是液压系统的实时流量控制。

（1）液压连续提升器的液压系统

图2-26为连续式提升器的液压系统图。G1～G4表示4套提升液压缸。其中，G1、G3组成一个液压连续提升器，G2、G4组成另一个液压连续提升器。若设G1、G3的主液压缸为主令缸，则G2、G4的主液压缸便为从令缸，从令缸跟随主令缸做同步运动。

4个主液压缸活塞杆伸缸时为进油路调速回路，缩缸时为回油路调速回路。由各自的定量泵、电液比例调速阀和溢流阀构成的节流调速回路能保证提升器在升降作业时速度稳定。

G1、G2的主液压缸共用1个泵源B1，G3、G4的主液压缸共用1个泵源B2。4个锚具液压缸共用1个泵源B3，2个下锚具液压缸共用1个电磁换向阀A3，2个上锚具液压缸共用1个电磁换向阀A4。B1、B2和B3泵源均由定量泵、粗精滤油器、电磁溢流阀和三位四通电磁换向阀组成。三位四通电磁换向阀A处于中位时，电磁溢流阀处于卸荷状态；当油路接通执行机构时，电磁溢流阀建立压力，系统压力由电磁溢流阀调定。

电磁换向阀A3、A4的中位机能适应锚具缸的浮动状态，保证上下锚具液压缸工作有相对独立性；A1、A2的中位机能保证上下主液压缸在任意位置停留时，能保证液控单向阀迅速关闭。

液压连续提升器工作时，由其工作机理可知，G1和G3的主液压缸轮番作为主令缸，通过控制各自的电液比例调速阀的开度来保证提升器按预定的速度运行，G2和G4主液压缸分别为从动缸，通过位移传感器容栅检测对应缸的行程误差，使用一定的控制算法调节从动缸的电液比例调速阀开度，以达到减少主动缸和从动缸的行程差，从而保证两个提升器输出速度一致。

4个单向阀4、5、6、7组成桥式回路，实现使用一个电液比例调速阀8即能完成提升和下降两种工况的调速功能。单向阀的可靠性较高，将它们组合在集成块里结构特别紧凑。

液控单向阀9装在主液压缸无杆腔上，能有效地保证主液压缸在任意位置的锁定，电液比例阀对主液压缸有一个回油阻力，故采用外泄式液控单向阀，以降低开锁压力、节省能源。低压溢流阀10在主液压缸活塞下降时起低压溢流作用，有很好的节能效果。

大型构件设计通常考虑其就位后的应力状态，因此在提升过程中，不允许产生额外的应力和变形。通过闭环控制不仅保持各吊点的位置同步，还可控制各吊点的受力在规定值内，以免出现结构变形，甚至破坏。

两个连续液压提升器其闭环系统控制过程表达式如图2-27所示。两缸一个是主令缸，另一个是从令缸，以主令缸的位移为输入，从令缸的位移为输出。

（2）数字PID控制技术

连续式液压提升器控制系统的硬件结构采用以单片微机MSP430为核心、上位PC机为显示和控制命令发布终端的综合控制系统。连续提升单片微机控制系统是一个实时控制系统，信号采集、控制计算、连续提升器驱动、图形显示与数据通信是其主要任务，为了保证提升器液压缸的高精度同步跟踪性能，同步系统采用了数字PID控制技术。PID控制可以看成比例控制、积分控制和微分控制的组合作用。比例控制为有差调节，但响应速度快；积分控制为历史积累调节，能消除稳态误差，提高精度，但有滞后现象，超调量增大；微分作用使控制器增加了超前（或预测）作用，有利于补偿控制环节中任何滞后，增加了系统的快速性和稳定性。

2.3.3　液压顶升同步控制系统

（1）液压顶升同步控制系统的组成与原理

①系统组成及功能　液压顶升同步控制系统主要由3部分组成：a.负载环节，由顶升油缸和支梁及不可吊装结构物组成。b.比例环节。由比例调速阀组成。c.控制环节。由开度仪、放大器、电磁换向阀、液控单向阀、溢流阀、截止阀和可编程序控制器等组成（见图2-28）。

②原理　图2-29所示是系统的控制框图，脚标1、2分别表示主令，由缸控制系统和从令油缸控制系统，Y是液压缸柱塞位移，x_v是电磁铁的输出位移，U是加在比例阀电磁铁线圈的电压，K_q是比例阀的流量增益，K_c是比例阀的流量压力系数，G_v（s）是阀以及放大器等的传递函数，G_L（s）是指负载环节的传递函数，这是系统外来的干扰信号。可以在框图中加入各种反馈，如升降平台升降速度的直接反馈、流量Q的反馈以及在阀环节中阀芯位移x的小闭环反馈等。

当液压系统或其他机构发生故障，位置误差达到某一设定值时，可编程序控制器发出控制信号，启动电气报警装置发出报警信号。当位置误差达到极限值时，可编程序控制器向电气系统发出停机信号，紧急停机。在缸旁阀块上设置有液控单向阀和直动式溢流阀，可以实现4个油缸在全行程的任意位置停留，并避免因管路破裂而使液压平台失稳，防止液压冲击对油缸的损坏。液压锁增强了系统的稳定性，使各油缸在油泵停止供油时依然可以在行程中任意位置长时间稳定停留。

该系统在一般运行过程中所有的电气输入信号，包括油泵电动机启停、锁定缸的启停、平台的升降等按钮旋钮开关，液压控制器、压力继电器、滤油发讯器等作为开关量直接送入可编程序控制器中，由可编程序控制器输出的继电器触点信号直接供给各执行元件，由控制逻辑决定启停各执行机构。由于可编程序控制器采用了光隔离措施，输出端采用了继电器隔离，电源采用了宽范围、高性能的开关稳压电源，使整机的工作稳定可靠。

（2）优点及应用

采用将比例调速阀安装在各个油缸的缸旁，各制作一个独立缸旁阀块，同时在每个缸旁阀块上设置有液控单向阀和直动式溢流阀，可避免因管路破裂而使液压升降平台失稳，防止液压冲击对油缸的损坏，即使在油泵停止工作卸载时也能保持油缸的稳定性，使用安全可靠。

液压驱动系统设有2台液压泵，通过可编程序控制器的程序控制使其自动交替运行，互为备用。这样既避免了传统液压系统备用油泵因长期搁置不用而生锈、破损，而主泵因频繁使用磨损严重，也给油泵及电动机的维修带来了方便，使顶升过程不会因维修而无法运行。

该液压顶升同步控制系统曾成功应用于自重为100t船舶的装卸和起重量为200t起重机的同步顶升。系统除同步控制精度、稳定性和安全性能够满足一般同步顶升工程需要外，还具有较好的经济性。