伺服閥、比例閥原理

伺服閥的工作原理下面介紹兩種主要的伺服閥工作原理。3.3.1力反饋式電液伺服閥力反饋式電液伺服閥的結(jié)構(gòu)和原理如圖28所示，無信號電流輸入時，銜鐵和擋板處于中間位置。這時噴嘴4二腔的壓力p=p，滑閥7二端壓力相等，滑閥處于零位。輸入電流后，電磁力矩使銜鐵2連同擋板偏轉(zhuǎn)0角。設(shè)0為順時針偏轉(zhuǎn)，則由于擋板的偏移使p>P,滑閥向右移動?；y的移動，通過反饋彈簧片又帶動擋板和銜鐵反方向旋轉(zhuǎn)（逆時針），二噴嘴壓力差又減小。在銜鐵的原始平衡位置（無信號時的位置）附近，力矩馬達的電磁力矩、滑閥二端壓差通過彈簧片作用于銜鐵的力矩以及噴嘴壓力作用于擋板的力矩三者取得平衡，銜鐵就不再運動。同時作用于滑閥上的油壓力與反饋彈簧變形力相互平衡，滑閥在離開零位一段距離的位置上定位。這種依靠力矩平衡來決定滑閥位置的方式稱為力反饋式。如果忽略噴嘴作用于擋板上的力，則馬達電磁力矩與滑閥二端不平衡壓力所產(chǎn)生的力矩平衡，彈簧片也只是受到電磁力矩的作用。因此其變形，也就是滑閥離開零位的距離和電磁力矩成正比。同時由于力矩馬達的電磁力矩和輸入電流成正比，所以滑閥的位移與輸入的電流成正比，也就是通過滑閥的流量與輸入電流成正比，并且電流的極性決定液流的方向，這樣便滿足了對電液伺服閥的功能要求。圖28力反饋式伺服閥的工作原理1—永久磁鐵；2—銜鐵；3—扭軸；4—噴嘴；5—彈簧片；6—過濾器；7—滑閥；8—線圈；9—軛鐵由于采用了力反饋，力矩馬達基本上在零位附近工作，只要求其輸出電磁力矩與輸入電流成正比（不象位置反饋中要求力矩馬達銜鐵位移和輸入電流成正比），因此線性度易于達到。另外滑閥的位移量在電磁力矩一定的情況下，決定于反饋彈簧的剛度，滑閥位移量便于調(diào)節(jié)，這給設(shè)計帶來了方便。采用了銜鐵式力矩馬達和噴嘴擋板使伺服閥結(jié)構(gòu)極為緊湊，并且動特性好。但這種伺服閥工藝要求高，造價高，對于油的過濾精度的要求也較高。所以這種伺服閥適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊，動特性好的場合。力反饋式電液伺服閥的方框圖如圖29。常人電甌■［力矩馬達［―宰L|訛庠旳噴嚅遐斗彎|遼

機版學(xué)園8S￡lRComI——一反情操讀―———圖29力反饋式伺服閥方框圖3.3.2位置反饋式伺服閥圖30為二級滑閥式位置反饋伺服閥結(jié)構(gòu)。該類型電液伺服閥由電磁部分，控制滑閥和主滑閥組成。電磁部分是一只力馬達，原理如前所述。動圈靠彈簧定位。前置放大器采用滑閥式（一級滑閥）。如圖所示，在平衡位置（零位）時，壓力油從P腔進入，分別通過P腔槽，閥套窗口，固定節(jié)流孔3、5到達上、下控制窗口，然后再通過主閥（二級閥芯）的回油口回油箱。輸入正向信號電流時，動圈向下移動，一級閥芯隨之下移。這時，上控制窗口的過流面積減小，下控制窗口的過流面積增大。所以上控制腔壓力升高而下控制腔的壓力降低，使作用在主閥芯（二級閥芯）兩端的液壓力失去平衡。主閥芯在這一液壓力作用下向下移動。主閥芯下移，使上控制窗口的過流面積逐漸增大，下控制窗口的過流面積逐漸縮小。當(dāng)主閥芯移動到上、下控制窗口過流面積重新相等的位置時，作用于主閥芯兩端的液壓力重新平衡。主閥芯就停留在新的平衡位置上，形成一定的開口。這時，壓力油由p腔通過主閥芯的工作邊到A腔而供給負(fù)載?；赜蛣t通過B腔，主閥芯的工作邊到T腔回油箱。輸入信號電流反向時，閥的動作過程與此相反。油流反向為PfB,AfT。上述工作過程中，動圈的位移量，一級閥芯（先導(dǎo)閥芯）的位移量與主閥芯的位移量均相等。因動圈的位移量與輸入信號電流成正比，所以輸出的流量和輸入信號電流成正比。

圖30位置反饋伺服閥結(jié)構(gòu)1—閥體；2—閥套；3—固定節(jié)流口；4—二級閥芯；5—固定節(jié)流口；6—一級閥芯；7—線圈；8—下彈簧；9—上彈簧；10—磁鋼二級滑閥型位置反饋式伺服閥的方框圖如圖31所示。該型電液伺服閥具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易維護，可在現(xiàn)場進行調(diào)整，對油液清潔度要求不太高。輸人電說力馬達位錐反糧輸人電說力馬達位錐反糧圖31位置反饋式電液伺服閥方框圖個人認(rèn)為，簡單地說，所謂伺服系統(tǒng)就是帶有負(fù)反饋的控制系統(tǒng)，而伺服閥就是帶有負(fù)反饋的控制閥。閥對流量的控制可以分為兩種：一種是開關(guān)控制：要么全開、要么全關(guān)，流量要么最大、要么最小，沒有中間狀態(tài)，如普通的電磁換向閥、電液換向閥。另一種是連續(xù)控制：閥口可以根據(jù)需要打開任意一個開度，由此控制通過流量的大小，這類閥有手動控制的，如節(jié)流閥，也有電控的，如比例閥、伺服閥。所以使用比例閥或伺服閥的目的就是：以電控方式實現(xiàn)對流量的節(jié)流控制（當(dāng)然經(jīng)過結(jié)構(gòu)上的改動也可實現(xiàn)壓力控制等），既然是節(jié)流控制，就必然有能量損失，伺服閥和其它閥不同的是，它的能量損失更大一些，因為它需要一定的流量來維持前置級控制油路的工作。伺服閥的主閥一般來說和換向閥一樣是滑閥結(jié)構(gòu)，只不過閥芯的換向不是靠電磁鐵來推動，而是靠前置級閥輸出的液壓力來推動，這一點和電液換向閥比較相似，只不過電液換向閥的前置級閥是電磁換向閥，而伺服閥的前置級閥是動態(tài)特性比較好的噴嘴擋板閥或射流管閥。也就是說，伺服閥的主閥是靠前置級閥的輸出壓力來控制的，而前置級閥的壓力則來自于伺服閥的入口p,假如p口的壓力不足，前置級閥就不能輸出足夠的壓力來推動主閥芯動作。而我們知道，當(dāng)負(fù)載為零的時候，如果四通滑閥完全打開，p口壓力=t口壓力+閥口壓力損失（忽略油路上的其它壓力損失），如果閥口壓力損失很小，t口壓力又為零，那么p口的壓力就不足以供給前置級閥來推動主閥芯，整個伺服閥就失效了。所以伺服閥的閥口做得偏小，即使在閥口全開的情況下，也要有一定的壓力損失，來維持前置級閥的正常工作。伺服閥其實缺點極多：能耗浪費大、容易出故障、抗污染能力差、價格昂貴等等等等，好處只有一個：動態(tài)性能是所有液壓閥中最高的。就憑著這一個優(yōu)點，在很多對動態(tài)特性要求高的場合不得不使用伺服閥，如飛機火箭的舵機控制、汽輪機調(diào)速等等。動態(tài)要求低一點的，基本上都是比例閥的天下了一般說來，好像伺服系統(tǒng)都是閉環(huán)控制，比例多用于開環(huán)控制；其次比例閥類型要多，