比例阀之先导阀

我们在比例方向阀的命名分类及型谱中，将比例阀归纳为普通性能，高性能和伺服性能三类。

其实开篇本来是想以比例先导阀作为起点的，然而又恐将单级比例阀权重过轻有失全面。现将其补上。

开始前，对于普通电液换向阀想必大家不陌生吧？其原理和结构都十分简单：主阀芯由弹簧对中并将两端弹簧腔与在主级阀体上6通电磁换向导阀ab腔引出并分别相连，实现电驱液，液驱主阀芯的电液结构

试想当电液换向阀批量生产和广泛应用之后，普通换向阀的冲击就会成为一个不断放大的声音（VOC?）那么，将主阀芯和弹簧换成适用比例的，将导阀换成比例的使之输出能控制主阀芯比例输出：即液压驱动力与弹簧力成正比。就成为一个再自然不过的想法和初步方案。

方案一：比例换向阀

事情伊始，往往成本和最易实现的会被首先考虑。出于收益最大化考虑，在机械结构上显然6通比例换向阀是最简单的选择。

然而由于其死区和滞环都比较大，进而其压力增益也就不甚理想，故难以直接使用。随着电子技术的发展引入电反馈使得使用比例换向阀为先导成为可能，例如EATON的KBF5V系列和Rexroth的4WRKE 系列。

当然为了获得更好的性能，也不一定是将单级的比例换向阀拿来直接使用，以4WRAP6（4WRKE导阀）为例，中位机能是按需要做成Y型机能以确保在断电后主阀芯能保持在中位。死区和压力可控范围则是由放大器的输出电流对应控制。实际的工作状态也被设计成两个单独的三通节流阻尼PAT或PBT。

虽然导阀的机械结构成本最经济，然而其却必须与位置反馈搭配使用，若将LVDT和放大器考虑进来成本反而是增加的。如此一来，降低成本的必然会成为一种外在的驱动因素

而与弹簧达成力平衡的压力控制，在换向阀基础上的比例压力控制阀作为内在驱动因素自然就会进入设计者的视野：

方案二 双比例溢流阀并联

例如，Rexroth的DBEP6 CO6-1X/…AG24K4

方案三 双比例减压阀并联

例如， EATON的KBDG5V系列导阀KBDG4V3-30X

          Rexroth的3DREP6系列三通减压阀

双比例溢流阀和双比例减压阀凭借可以独立提供可重复的和相对稳定的可控压力的能力因而就可以用在无反馈的阀上。

从原理上溢流阀工作在溢流状态，因而一直有一个流量损失，而减压阀稳态流量几乎为零。因而溢流阀相当于有个流量待机因此容腔流量刚性好故动态一般来说要优于减压型，而减压型则因很少的先导流量损耗更加节能。加之在压力稳定度方面，缺席了流量这一扰动因素，因此减压型压力控制相对更容易些故一般也会相对好一点。

此外，减压型当电磁铁失电，阀在中位被设计成ab通T且ab与P却不通的三阀芯结构，两只小阀芯与主导阀芯间隙也较大。

确保不会因导阀输出异常偏压而导致主阀问题，溢流型则可能会因卡堵等因素引发不可预知问题。

因此对于没有反馈的普通电液比例换向阀比例减压阀导阀已然成为不二选择。

我们回过头来再看看前面的三种导阀型式，

无一例外都是仅控制主阀芯一端液压力取得与主阀芯上弹簧力的平衡，是将导阀作为两个独立的阀来使用，主阀芯两端压力各自独立 不相互联动耦合。

我们知，实际需要控制的是主阀芯两端的压差与主阀芯因移动产生之弹簧力的平衡，若一端放弃控制则反而变成了控制的不利干扰因素，因此当控制端工作时，不控制端必然会被设计成能确保压力稳定而又尽可能低故与T相通

前述普通比例换向型先导阀由于无法单独控制是必须配备闭环反馈而其又带有较大死区，我们知死区对于闭环控制是极为不利的。

那么既然肯定是要增加反馈的，此处控制灵敏的带阀套的伺服先导阀就自然进入到设计者的视野了

方案四 伺服型比例换向先导阀

例如，EATON的K(B)H/SDG4V-3

         BOSCH的4WRPEH

说明：前述比例换向导阀实际工作时可以等效为两个节流三通阻尼PAT或PBT是不是也就是等效的滑阀三通减压只是有效控制行程较短？且最为关键的是出口无反馈不能动态调整阀口稳定压力。

而伺服级带阀套的比例换向先导阀中位为H或O型机能，工作时为ab压差控制4WRPEH本身也只有一个电磁铁也就不存在单边工作的问题

然而由于中位为近乎0遮盖和单电磁铁本身的特点决定的先导阀，为了确断电时主阀芯仍能牢靠的处于该有的中位。因而作为先导阀多设计了一个Y型机能的安全保护位。

与单电磁铁阀套结构不同的是Rexroth4WRTE系列提供了另一种选择，

伺服型比例换向阀采用双电磁铁阀套结构并导阀带LVDT反馈以提升其控制精度及动态。

细心的读者可能已经发现双电磁铁型并未设置第四个断电安全位，这是因为双电磁铁结构导阀在断电后是可以获得一个相对稳定的输出转化成主阀输出也相对稳定 （可为固定有偏），若此仍然不够，聪明的工程师在两控制腔各自分别嵌入了一个微型溢流阀予以断电时确保主阀芯两端腔压力相等。

也许是受滑阀式先导阀的启发，聪明的工程师通过引入反馈在普通电液阀的基础上开发出了3DRE型三通比例减压阀

写在后面

需要说明的是笔者并不是在写发展历史，只是将自己的一些想法写下来供大家参考。我们不必纠结这些液压阀到底是先有了那个，到底是谁家最初抄了谁家的，如果你细细理理就会发现其实有些产品会是现在这个样子诚然有很多偶然但有很多却又是必然。

技术积累到一定程度唯谁更快，得道有先后而已！

说句题外话，假设有一天真的有外星人到访地球，我想应该也是相同或相似之处多于不同吧？

我们知在标准性能阀上加装LVDT 位置闭环后成为高性能阀，再引入阀芯阀套结构则成为伺服性能阀。而如果在标准性能基础上先引入阀芯阀套而不加装位置闭环反馈则这个阀处于什么性能水平？以单级阀为例请思考之。

原文始发于微信公众号（阀控系统）：比例阀之先导阀