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(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能（壓力與能量）輸出，其性能對(duì)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(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始了對(duì)電液伺服系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)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?rùn)C(jī)中的應(yīng)用越來(lái)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(hào)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(duì)油液介質(zhì)要求高，價(jià)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(dòng)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(jià)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(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)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(lái)又經(jīng)過(guò)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(xiàn)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(shì)，但也因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的原因，有一些先天的劣勢(shì)。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(wú)法直接驅(qū)動(dòng)功率級(jí)主閥時(shí)，需要增加液壓先導(dǎo)級(jí)，無(wú)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(jì)思路很好地解決了這些問(wèn)題，所以對(duì)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(lèi)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(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因而是一個(gè)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(xiàn)圈產(chǎn)生極化磁場(chǎng)。電氣控制信號(hào)通過(guò)控制線(xiàn)圈產(chǎn)生控制磁場(chǎng)，兩個(gè)磁場(chǎng)之間相互作用產(chǎn)生與控制信號(hào)成比例并能反應(yīng)控制信號(hào)極性的力或力矩，從而使其運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生直線(xiàn)位移或角位移的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。2.2電液伺服閥的分類(lèi)2.2.1按液壓放大級(jí)數(shù)分（1） 單級(jí)伺服閥此類(lèi)閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)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(duì)負(fù)載動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)變化不大的場(chǎng)合。（2） 兩級(jí)伺服閥此類(lèi)閥克服了單級(jí)伺服閥的缺點(diǎn)，是最常用的型式。（3） 三級(jí)伺服閥此類(lèi)閥通常是由一個(gè)兩級(jí)伺服閥作前置級(jí)控制第三級(jí)功率滑閥，功率級(jí)滑閥芯位移通過(guò)電氣反饋形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)功率級(jí)滑閥閥芯的定位，三級(jí)伺服閥通常只用在大流量的場(chǎng)合。2.2.2按第一級(jí)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(lèi)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(dòng)機(jī)的核心部件，靠它來(lái)接收電信號(hào)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(mén)油動(dòng)機(jī)上，RSV的油動(dòng)機(jī)沒(méi)有安裝電液伺服閥。通過(guò)向油動(dòng)機(jī)的油缸供應(yīng)高壓油而將蒸汽閥門(mén)打開(kāi)，而通過(guò)其將油缸的高壓油泄去并靠彈簧力將蒸汽閥門(mén)關(guān)閉。常用的伺服閥（噴嘴擋板式）是一個(gè)由力矩馬達(dá)、兩級(jí)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(jí)擋板；噴嘴/擋板組件控制第二級(jí)即主閥芯兩端的壓力使該閥芯運(yùn)動(dòng)，主閥芯的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)第一級(jí)（先導(dǎo)級(jí)）銜鐵擋板組件的反饋運(yùn)動(dòng)。力矩馬達(dá)把輸入的電信號(hào)（電流）轉(zhuǎn)換為力矩輸出。無(wú)信號(hào)時(shí)，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(gè)氣隙中產(chǎn)生的極化磁通是相同的力矩馬達(dá)無(wú)力矩輸出。此時(shí)，擋板處于兩個(gè)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(wú)液壓輸出；若有信號(hào)時(shí)控制線(xiàn)圈產(chǎn)生磁通，其大小和方向由信號(hào)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(shí)針?lè)较蚱D(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(dòng)滑閥左移。同時(shí)，使反饋桿產(chǎn)生彈性變形，對(duì)銜鐵擋板組件產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針?lè)较虻姆崔D(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(shí)，滑閥停止移動(dòng)，取得一個(gè)平衡位置并有相應(yīng)的流量輸出。滑閥位移，擋板位移，力矩馬達(dá)輸出力矩等都與輸入的電信號(hào)（移，力矩馬達(dá)輸出力矩等都與輸入的電信號(hào)（電流）成比例變化。伺服閥在接受電信號(hào)之后各零部件動(dòng)作如圖1所示。二力處大小相$時(shí).杖瞄件受力平衡.瞻由所受球也液壓月亦平膏二力處大小相$時(shí).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(hào)之后各零部件動(dòng)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(lái)，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(dòng)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(xiàn)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(dòng)試驗(yàn)臺(tái)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(lèi)控制系統(tǒng)。如炮塔、雷達(dá)天線(xiàn)、轉(zhuǎn)臺(tái)、平臺(tái)等裝備中的速度控制，郵件自動(dòng)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(hào)也都是速度信號(hào)。形成一個(gè)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(lái)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(chē)輪剎車(chē)裝置等都采用了電液力控制系統(tǒng)。結(jié)語(yǔ)電液伺服閥是將小功率電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率液壓能（壓力、流量）的電液轉(zhuǎn)換元件。可以將執(zhí)行元件進(jìn)行流量控制或壓力控制，前者稱(chēng)為電液流量伺服閥，簡(jiǎn)稱(chēng)流量閥，如位置反饋兩級(jí)伺服閥、負(fù)載流量反饋兩級(jí)伺服閥；后者稱(chēng)電液壓力伺服閥，簡(jiǎn)稱(chēng)壓力閥，如負(fù)載壓力反饋兩級(jí)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(hào)轉(zhuǎn)換成大功率的液壓信號(hào)（流量和壓力）。用它作轉(zhuǎn)換元件組成的閉環(huán)系統(tǒng)稱(chēng)為電液伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)用電信號(hào)作為控制信號(hào)和反饋信號(hào)，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(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電液伺服閥是信號(hào)轉(zhuǎn)換和功率放大元件；對(duì)系統(tǒng)中的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)