液壓伺服閥的學習與研究

1、論文導讀：在液壓系統(tǒng)中，伺服控制閥有機液伺服閥和電液伺服閥等。按伺服閥的功用，可分為流量（用于控制輸出的流量）和壓力（用于力或壓力控制系統(tǒng)）伺服閥兩種。關鍵詞：伺服控制閥，壓力控制，轉換裝置在液壓系統(tǒng)中，伺服控制閥有機液伺服閥和電液伺服閥等。機液伺服閥是柱塞泵變量機構所采用的伺服變量閥。這里主要探討電液伺服閥?？萍颊撐?。1.電液伺服閥的分類及組成1.1電液伺服閥的分類（1）按電-機械轉換器的結構，可分為動圈式（動圈式力馬達常與作為前置級要求行程較長的小型滑閥式液壓伺服閥配合使用）和動鐵式（動鐵式力矩馬達常與作為前置級的工作行程較小的噴嘴擋板式及射流管式液壓伺服閥配合使用）伺服閥兩種。（2）按液

2、壓前置放大器的結構形式，可分為滑閥式、噴嘴擋板式（雙噴嘴或單噴嘴）和射流管式伺服閥三種。（3）按液壓放大器的串聯(lián)級數(shù)，可分為單級、二級和三級伺服閥。（4）按伺服閥的功用，可分為流量（用于控制輸出的流量）和壓力（用于力或壓力控制系統(tǒng)）伺服閥兩種。（5）按反饋方式，可分為沒有反饋、機械反饋、電氣反饋、力反饋、負載壓力反饋、負載流量反饋伺服閥等數(shù)種。（6）按液壓能源，可分為恒壓源式（即進入液壓放大器的液壓源的壓力為恒值，而流量是可變的）和恒流源式（即進入液壓放大器的能源流量是恒值，而壓力是可變的）伺服閥兩種。1.2電液伺服閥的組成電液伺服閥由電-機械轉換器（力矩馬達或力馬達）和液壓放大器組成。2.電

3、液伺服閥放大器的結構形式電液伺服閥中常用的液壓放大器有滑閥式、噴嘴擋板式和射流管式三種。2.1滑閥式液壓放大器（簡稱滑閥）根據(jù)滑閥的控制邊數(shù)（起控制作用的閥口數(shù)）的不同，可分為單邊、雙邊和四邊滑閥控制式三種類型。單邊滑閥只有一個控制邊（可變節(jié)流口），有負載口和回油口共二個通道，故又稱為二通伺服閥。由于只有一個負載通道，只能用來控制差動缸。一般使缸的有桿腔與供油腔常通（以產生固定的回程液壓力），還必須和一個固定節(jié)流孔R配合使用，才能控制無桿腔的油壓。當滑閥向左（或向右）移動時，控制邊的開口XS增大（或減?。?，控制了缸中的液壓力和流量，從而改變缸的運動速度和方向。雙邊滑閥有兩個控制邊（可變節(jié)流口）

4、，它有供油口、回油口和負載口共三個通道，故又稱為三通伺服閥。因只有一個負載通道，也只能用來控制差動缸，故應使缸的有桿腔與供油壓力常通（形成固定的回程液壓力）。壓力油經滑閥控制邊XS1的開口與缸的無桿腔相通，并經XS2的開口回油箱。當滑閥向右移動時，XS1增大，XS2減少；滑閥向左移動時，XS1減小，XS2增大。這樣，就控制了液壓缸無桿腔的回油阻力，從而改變差動缸的運動速度和方向。四個控制邊的四邊滑閥，它有供油口、回油口和兩個負載口，共四個通道，故又稱為四通伺服閥。因它有兩個負載通道，故能控制各種液壓執(zhí)行元件。控制邊XS1和XS2是控制壓力油進入執(zhí)行元件左、右油腔的，XS3和XS4是控制左、右油

5、腔通向油箱的。當力矩馬達驅動滑閥向右移動時，XS1和XS4增大，XS2和XS3減?。幌蜃笠苿訒r，情況相反。這樣，就控制了進入執(zhí)行元件左、右腔的液壓力和流量，從而控制了執(zhí)行元件的運動速度和方向。從控制角度，四邊滑閥性能最好，雙邊滑閥居中，單邊滑閥最差。從加工角度，單邊滑閥容易、成本低，雙邊滑閥居中，四邊滑閥加工困難、成本高。通常，四邊滑閥用于精度和穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)；單邊和雙邊滑閥用于一般精度的系統(tǒng)。根據(jù)滑閥在零位（中間位置）時的開口形式，可分為負開口（正遮蓋）、零開口（零遮蓋）和正開口（負遮蓋）三種類型?；y式放大器加工較困難，裝配精度較高，價格貴；閥芯質量大，慣性大，閥芯固有頻率低；閥芯與

6、閥套之間有摩擦；對油液的污染較敏感；閥芯上的作用力大，因而要求控制元件的拖動力較大。滑閥式液壓放大器廣泛地作為功率放大器使用。2.2射流管式放大器射流管主要由射流管和接收器組成。射流管噴出液壓油的動能由接收器接收后又轉換為壓力能，作用在液壓缸活塞上。射流管可以繞軸擺動。射流管處在中間位置時，兩個接收口接收的能量相等，活塞保持不動；當射流管偏離中間位置時，一個接收口接收的能量大，壓力恢復高，另一個則相反，這時液壓缸的活塞就產生相應的運動。這種放大器的優(yōu)點是結構簡單，加工精度要求低，抗污染能力強，工作可靠，所需操縱力小，可以直接用在小功率伺服系統(tǒng)中。其缺點是特性不易預測，要靠實驗確定，零位損失大，

7、油液的粘性影響大，低溫性能差等。這種放大器一般應用于低壓小功率場合，可作為電液伺服閥的前置級。2.3噴嘴擋板式放大器單噴嘴擋板式液壓放大器固定節(jié)流口、噴嘴、擋板組成，擋板和噴嘴之間的距離可以控制，改變其距離，就改變了噴嘴和擋板之間的節(jié)流口。液壓缸右端為供油壓力，左端的壓力靠噴嘴和擋板之間的距離控制，進而實現(xiàn)對差動液壓缸的控制。3.電液伺服閥的典型結構3.1力反饋兩級電液伺服閥力反饋兩級電液伺服閥是目前廣泛應用的一種伺服閥的結構原理。其第一級為雙噴嘴擋板式液壓放大器，由永磁式力矩馬達控制；第二級為四通滑閥式液壓放大器。閥芯的位移通過反饋彈簧桿與銜鐵擋板組件相連，構成滑閥位移 - 力反饋系統(tǒng)。當無

8、控制電流時，銜鐵由彈簧管支撐在上、下導磁體的中間位置，擋板處在兩個噴嘴的中間位置，滑閥閥芯在反饋桿的約束下處于中位，伺服閥無輸出。當有差動控制電流輸入時，在銜鐵上產生電磁力矩（這里 假設力矩為逆時針方向），使銜鐵擋板組件繞彈簧轉動中心逆時針方向偏轉，彈簧管和反饋桿產生變形，擋板偏離中位?？萍颊撐摹＿@時，噴嘴擋板閥右間隙減小而左間隙增大，引起滑閥右腔控制壓力增大，左腔控制壓力減小，推動滑閥閥芯左移。同時帶動反饋桿端部小球左移，使反饋桿進一步變形。當反饋桿和彈簧管變形產生的力矩與電磁力矩相平衡時，銜鐵擋板組件便處于一個平衡位置。在反饋桿端部左移進一步變形時，使擋板的偏移減小，趨于中位。這時右腔控制

9、壓力降低，左腔增高，當閥芯兩端的液壓力與反饋桿變形對閥芯產生的反作用力以及滑閥的液動力相平衡時，閥芯停止運動，其位移與控制電流成比例。在負載壓差一定時，閥的輸出流量也與控制電流成比例。所以這是一種流量控制伺服閥。這種伺服閥由于銜鐵和擋板均在中位附近工作，所以線性好。對力矩馬達的線性要求也不高，可以允許滑閥有較大的工作行程。3.2射流管式二級電液伺服閥射流管由力矩馬達帶動偏轉?？萍颊撐?。射流管焊接于銜鐵上，并由薄壁彈簧片支承。液壓油通過柔性的供油管進入射流管，從射流管噴嘴射出的液壓油進入與滑閥兩端控制腔分別相通的兩個接收口中，推動閥芯移動。射流管的側面裝有彈簧板及反饋彈簧，其末端插入閥芯中間的小槽內，閥芯移動時，推動反饋彈簧構成對力矩馬達的力反饋。力矩馬達借助于薄壁彈簧片實現(xiàn)對液壓部分的密封隔離。射流管式伺服閥的最大優(yōu)點是抗污染能力強。缺點是動態(tài)響