電液伺服閥論述

電液伺服閥論述1.概述電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)中的核心元件。它既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。在系統(tǒng)中將輸入的小功率電信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能（壓力與能量）輸出，其性能對系統(tǒng)特性影響很大。電液伺服閥在電廠中被廣泛使用，伺服閥是電液伺服控制系統(tǒng)中的重要控制元件，在系統(tǒng)中起著電液轉(zhuǎn)換和功率放大作用。電液伺服閥的性能和可靠性將直接影響系統(tǒng)的性能和安全，是電液伺服控制系統(tǒng)中引人矚目的關(guān)鍵元件。20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)開始了對電液伺服系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。近年來，隨著國內(nèi)機(jī)械工業(yè)的高速發(fā)展，對于高精度金屬成型裝備的需求大大增加，大規(guī)格電液伺服系統(tǒng)在鍛壓機(jī)械、軋鋼機(jī)械、折彎機(jī)中的應(yīng)用越來越廣泛。而電液伺服閥的發(fā)展可以追溯到二戰(zhàn)末期，1940年前后，在飛機(jī)上最早出現(xiàn)了電液伺服控制系統(tǒng)。電液伺服閥將輸入的小功率電信號轉(zhuǎn)換為大功率液壓輸出形式（壓力和流量），具有控制精度高和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。電液伺服閥結(jié)構(gòu)精密，對油液介質(zhì)要求高，價格昂貴。典型結(jié)構(gòu)有噴嘴擋板式和射流管式，噴嘴擋板式動態(tài)響應(yīng)快，靈敏度高，但是零位泄漏量大，噴嘴易堵塞。與噴嘴擋板式電液伺服閥相比，射流管式電液伺服閥抗污染能力強(qiáng)，但是響應(yīng)速度略慢。為使電液伺服系統(tǒng)能夠可靠并廉價地應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了電液比例閥。電液比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵根據(jù)輸入的電壓信號產(chǎn)生相應(yīng)動作，使閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電壓成比例的壓力、流量輸出的元件。后來又經(jīng)過了一系列的發(fā)展，20世紀(jì)末，伺服技術(shù)與比例技術(shù)相結(jié)合，伺服比例閥應(yīng)運(yùn)而生。與電液伺服閥相比，電液比例閥抗污染能力強(qiáng)，成本低，但是其直線性和響應(yīng)速度均不及電液伺服閥。電液伺服閥和電液比例閥有其獨(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)勢，但也因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因，有一些先天的劣勢。特別是當(dāng)要求輸出的液壓功率較大，而電一機(jī)械轉(zhuǎn)換元件輸出功率較小，無法直接驅(qū)動功率級主閥時，需要增加液壓先導(dǎo)級，無疑使閥的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，穩(wěn)定性降低。而電磁直驅(qū)式大規(guī)格電液伺服閥以其新的設(shè)計思路很好地解決了這些問題，所以對電磁直驅(qū)式大規(guī)格電液伺服閥的研究有著重要的意義。電液伺服閥構(gòu)成及分類2.1電液伺服閥的構(gòu)成電液伺服閥通常由力矩馬達(dá)（或力馬達(dá)）、液壓放大器、反饋機(jī)構(gòu)（或平衡機(jī)構(gòu)）三部分組成。在電液伺服閥中力矩馬達(dá)的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動，因而是一個電氣——機(jī)械轉(zhuǎn)換器。電氣——機(jī)械轉(zhuǎn)換器是利用電磁原理工作的。它由永久磁鐵或激隘線圈產(chǎn)生極化磁場。電氣控制信號通過控制線圈產(chǎn)生控制磁場，兩個磁場之間相互作用產(chǎn)生與控制信號成比例并能反應(yīng)控制信號極性的力或力矩，從而使其運(yùn)動部分產(chǎn)生直線位移或角位移的機(jī)械運(yùn)動。2.2電液伺服閥的分類2.2.1按液壓放大級數(shù)分（1） 單級伺服閥此類閥結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但由于力矩馬達(dá)或力馬達(dá)輸出力矩小、定位剛度低，使閥的輸出流量有限，對負(fù)載動態(tài)變化敏感，閥的穩(wěn)定性在很大程度上取決于負(fù)載動態(tài)，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，只適用于低壓、小流量和負(fù)載動態(tài)變化不大的場合。（2） 兩級伺服閥此類閥克服了單級伺服閥的缺點(diǎn)，是最常用的型式。（3） 三級伺服閥此類閥通常是由一個兩級伺服閥作前置級控制第三級功率滑閥，功率級滑閥芯位移通過電氣反饋形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)功率級滑閥閥芯的定位，三級伺服閥通常只用在大流量的場合。2.2.2按第一級閥的結(jié)構(gòu)形式分可分為：滑閥、單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥、射流管閥、偏轉(zhuǎn)板射流閥。2.2.3按反饋形式分可分為滑閥位置反饋、負(fù)載流量反饋和負(fù)載壓力反饋三種。2.2.4按力矩馬達(dá)是否浸泡在油中分類濕式的可使力矩馬達(dá)受到油液的冷卻，但油液中存在的鐵污物使力矩馬達(dá)特性變壞，干式的則可使力矩馬達(dá)不受油液污染的影響，目前的伺服閥都采用十式的。電液伺服閥的工作原理電液伺服閥是油動機(jī)的核心部件，靠它來接收電信號并控制進(jìn)入油缸油流的多少。電液伺服閥安裝在MSV，GV和ICV的閥門油動機(jī)上，RSV的油動機(jī)沒有安裝電液伺服閥。通過向油動機(jī)的油缸供應(yīng)高壓油而將蒸汽閥門打開，而通過其將油缸的高壓油泄去并靠彈簧力將蒸汽閥門關(guān)閉。常用的伺服閥（噴嘴擋板式）是一個由力矩馬達(dá)、兩級液壓放大及機(jī)械反饋所組成的系統(tǒng)，其中力矩馬達(dá)操作第一級擋板；噴嘴/擋板組件控制第二級即主閥芯兩端的壓力使該閥芯運(yùn)動，主閥芯的運(yùn)動產(chǎn)生對第一級（先導(dǎo)級）銜鐵擋板組件的反饋運(yùn)動。力矩馬達(dá)把輸入的電信號（電流）轉(zhuǎn)換為力矩輸出。無信號時，銜鐵由彈簧管支撐在上下導(dǎo)磁體的中間位置，永久磁鐵在四個氣隙中產(chǎn)生的極化磁通是相同的力矩馬達(dá)無力矩輸出。此時，擋板處于兩個噴嘴的中間位置，噴嘴兩側(cè)的壓力相等，滑閥處于中間位置，閥無液壓輸出；若有信號時控制線圈產(chǎn)生磁通，其大小和方向由信號電流決定，磁鐵兩極所受的力不一樣，于是，在磁鐵上產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩，使銜鐵繞彈簧管中心逆時針方向偏轉(zhuǎn)，使擋板向右偏移，噴嘴擋板的右側(cè)間

隙減小而左側(cè)間隙增大，則右側(cè)壓力大于左側(cè)壓力，從而推動滑閥左移。同時，使反饋桿產(chǎn)生彈性變形，對銜鐵擋板組件產(chǎn)生一個順時針方向的反轉(zhuǎn)矩。當(dāng)作用在銜鐵擋板組件上的電磁轉(zhuǎn)矩，彈簧管反轉(zhuǎn)矩，反饋桿反轉(zhuǎn)矩等諸力矩達(dá)到平衡時，滑閥停止移動，取得一個平衡位置并有相應(yīng)的流量輸出?；y位移，擋板位移，力矩馬達(dá)輸出力矩等都與輸入的電信號（移，力矩馬達(dá)輸出力矩等都與輸入的電信號（電流）成比例變化。伺服閥在接受電信號之后各零部件動作如圖1所示。二力處大小相$時.杖瞄件受力平衡.瞻由所受球也液壓月亦平膏二力處大小相$時.杖瞄件受力平衡.瞻由所受球也液壓月亦平膏■.閥芯麟圖1伺服閥在接受電信號之后各零部件動作伺服系統(tǒng)4.1電液位置伺服系統(tǒng)電液伺服閥控制系統(tǒng)將電子和液壓有機(jī)結(jié)合起來，既具有快速易調(diào)和高精度的響應(yīng)能力，又能控制大慣量實(shí)現(xiàn)大功率運(yùn)動輸出，因而得到廣泛的應(yīng)用。其中，電液位置控制系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛；諸如飛機(jī)與船舶的舵機(jī)控制、火炮的瞄準(zhǔn)、雷達(dá)天線的跟蹤控制、軋鋼鋼板厚度和帶材跑偏控制、數(shù)控機(jī)床的定位及加工軌跡控制、模擬振動試驗(yàn)臺位移控制等等。4.2電液速度伺服系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)在工程控制中也是常用的一類控制系統(tǒng)。如炮塔、雷達(dá)天線、轉(zhuǎn)臺、平臺等裝備中的速度控制，郵件自動分檢機(jī)的傳送帶以及機(jī)床的進(jìn)給裝置的速度控制等等。這些系統(tǒng)的輸出量是速度、輸入及反饋信號也都是速度信號。形成一個閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。4.3電液力伺服系統(tǒng)力（或力矩）的控制是工程實(shí)踐中常有的。電液力（或力矩）控制系統(tǒng)具有精度高、響應(yīng)快、功率大、結(jié)構(gòu)緊湊和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如，材料試驗(yàn)機(jī)、液壓壓機(jī)、軋機(jī)張力控制系統(tǒng)、車輪剎車裝置等都采用了電液力控制系統(tǒng)。結(jié)語電液伺服閥是將小功率電流信號轉(zhuǎn)換為大功率液壓能（壓力、流量）的電液轉(zhuǎn)換元件?？梢詫?zhí)行元件進(jìn)行流量控制或壓力控制，前者稱為電液流量伺服閥，簡稱流量閥，如位置反饋兩級伺服閥、負(fù)載流量反饋兩級伺服閥；后者稱電液壓力伺服閥，簡稱壓力閥，如負(fù)載壓力反饋兩級伺服閥。因伺服閥的輸出流量與壓力之間存在一定關(guān)系，所以不存在理想的流量伺服閥和理想的壓力伺服閥。采用負(fù)載流量反饋是為了得到不受或少受負(fù)載壓力影響的流量伺服閥；采用負(fù)載的壓力反饋是為了得到不受或少受負(fù)載流量影響的壓力伺服閥。電液伺服閥是閉環(huán)控制系統(tǒng)中最重要的一種伺服控制元件，它能將微弱的電信號轉(zhuǎn)換成大功率的液壓信號（流量和壓力）。用它作轉(zhuǎn)換元件組成的閉環(huán)系統(tǒng)稱為電液伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)用電信號作為控制信號和反饋信號，靈活、快速、方便；用液壓元件作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，重量輕、慣量小、響應(yīng)快、精度高。對整個系統(tǒng)來說，電液伺服閥是信號轉(zhuǎn)換和功率放大元件；對系統(tǒng)中的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來