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4WRE6E型电液比例方向阀特性的测试分析
比例方向阀是以常规电磁方向阀为基础，采用比例电磁铁进行改型，逐步发展并完善起来的。与伺服阀相比，它具有抗污染性强、工作可靠、无零漂、价廉和节能等优点。随着比例方向阀设计原理的进一步完善，并与比例放大器和数字控制技术的结合发展，采用位移电反馈和电校正等技术手段，使比例方向阀静、动态性能都有了相当大的提高。至今，高性能的比例方向阀与流量形电液伺服阀一样，除控制流量的方向外，在阀压降一定的条件下，也能精确、线性地控制流量大小。在以比例方向阀作为电液转换和功率放大控制元件的闭环控制系统中，比例方向阀作为系统中的关键元件，其静、动态特性对系统的控制性能有很大影响。通过对比例方向阀静、动态特性的实验研究，证明比例方向阀与伺服阀一样，可以在大多数的工业电液伺服闭环控制系统中得到广泛的应用。
1．工作原理
4WRE6E型带阀心位移电反馈的四通比例方向阀及与之相配套的VT5005比例放大器工作原理框图如图34所示。
比例方向阀和比例控制放大器相结合组成了一个由控制信号电压U。来控制四通阀心位移xv，的电子一液压机械反馈控制系统。外输入信号Uc经过斜坡发生器、补偿部分阀死区的阶跃突跳发生器后，转换成阀心闭环系统的输入电压Ua，与阀心位移xv的反馈信号电压Ut相比较，即组成了闲心位移Xv的电气机械闭环控制系统。该比例方向阀的基本参数为额定流量：10L/min(阀压降为1MPa)；输入电压：10V。
2．实验
(1)实验油路。比例方向阀的静、动态特性实验测试系统主要由1170频响分析仪（兼作信号发生器）、1180绘图仪、X-Y函数记录仪、直流测速发电机、计量马达和恒压油源等组成，实验油路如图35所示。
(2)静态特性实验。电液比例方向阀的静态特性可采用流量形电液伺服阀静态特性的实验研究方法，即根据测试空载流量特性、负载流量特性、压力增益特性等曲线和所得的相应参数加以评定。由于比例阀不采用喷嘴、挡板前置级，因而不测试零位流量特性，而只对反映其主要静态特性的空载流量特性进行测试。
采用1170频响分析仪输出控制电压Uc，以低频三角波作全周期连续重复扫描，在不同供油压力ps下，把比例放大器的输入控制电压Uc和测速发电机的输出电压U0通过XY记录仪连续描绘，即得到空载流量QL与控制电压Uc之间的静态特性曲线QL-Uc，如图36所示。
由特性曲线可得比例阀主要的静态指标：线性度≤6%、滞回≤2%、对称度≤6%（补偿零偏后）、死区±5%、零偏5%、零漂=0。
1)零偏值5%可用比例放大器的零偏调节电位器完全调整到0V。
2)死区士5%是比例方向阀为降低工艺成本、价廉的需要而固有的，但在数字控制系统中可通过数字补偿而基本消除。
3)零漂为零是比例方向阀的突出优点之一。
4)线性度在（消除死区后的）-4～1V内其流量增益较低，这是比例阀不如电液伺服阀的特性，但对一般工业闭环伺服控制系统的影响不大。
5)由于采用了阀心位移电反馈闭环控制技术，其静态性能指标线性度、滞回、对称度都比较好。
 (3)动态特性实验。比例方向阀的动态特性可以用控制电压Uc和阀心位移反馈电压Uf之间的频率响应特性来表示。
在供油压力ps=7.0MPa和空载的条件下，频率特性输入控制电压Uc的中点Ucc取在额定值的中间，即+5V的“A”绕组和-5V的“B”绕组两组，Ucc的峰峰值Ucvv取额定值的50%，即Ucvv=5V。用1170频响分析仪作不同频率的正弦扫描，用1180描绘出波德图。图37所示为“B"绕组的幅频L和相频Ф特性实验曲线。
从特性曲线可知：-3dB幅频为9.7Hz，-90°相频为21Hz。与一般伺服阀相比，已占伺服阀固有频率的一半，何况试验的峰峰值占额定值的50%，而伺服阀动态试验的峰峰值一般仅占额定电流的30%。
近20Hz频宽的二阶环节足以满足多数工程闭环控制系统的应用要求。
3．总结
(1)由于工艺、廉价原因而造成比例阀死区较大是客观存在的，但应用于控制系统时，可应用数字控制系统的数字补偿方法加以消除。
(2)静态特性指标线性度、滞回、对称度和重复精度等可以和一般的工业电液伺服阀相比。
(3)动态特性固有频率达20Hz左右，至少可达到工业伺服系统中动圈式电液伺服阀的要求，因而可以满足多数工业主机对电液比例伺服系统的特性要求。
(4)电子液压机械转换器的输入功率较大，通常要比电液伺服阀大一个数量级，这是保证其工作可靠的技术措施之一。
(5)电液比例方向阀是基于常规电磁方向阀的滑阀式结构原理，因此，对液压油的过滤精度要求比电液伺服阀低。
(6)电液比例方向阀工作时的单口阀压降约为1MPa，比电液伺服阀3.5MPa的单口阀压降低。因此，采用电液比例方向阀系统的能耗和温升将远比采用电液伺服阀的系统要低。
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