第7讲-伺服阀

2020/1/[e-mail]17电液伺服阀的特性分析、性能指标与选择方法电液伺服阀是电液控制系统的功率转换与放大元件，将功率很小的电信号放大并转换成液压功率输出。组成：电机械转换元件（力矩马达、电磁铁或伺服电机等）+液压放大器（单级，双级或三级）分类：见表2.1。位置检测型---力反馈型电液伺服阀，直接位置反馈型电液伺服阀，阀芯位移反馈型电液伺服阀压力反馈型---压力阀负载流量反馈型---流量阀单级阀：一般流量小于20L/min双级阀：流量介于20L/min~200L/min三级阀：流量在200L/min~400L/min2020/1/[e-mail]27电液伺服阀的特性分析、性能指标与选择方法本节主要内容•几种常见电液伺服阀的结构与工作原理•特性分析及性能指标•选择与使用2020/1/[e-mail]37.1结构与工作原理共性特征：电-机械转换元件+液压放大器多级阀中的液压放大器一般采用喷嘴挡板阀作前置级，滑阀作功率级，电机械转换元件为力矩马达。1力反馈型电液伺服阀力反馈杆以位置力反馈的方式检测阀芯位移，在力矩马达处通过力矩平衡方式综合。VVLVVL(sign())/dSxKiQCWxpxp2020/1/[e-mail]47.1结构与工作原理特点：动态特性好，体积小缺点：对油清洁度要求高，弹簧管寿命有限，加工制造难度大电机械转换器双喷嘴挡板液压放大器滑阀式液压放大器2020/1/[e-mail]5力反馈电液伺服阀示意图2020/1/[e-mail]67.1结构与工作原理rbVx()rb力反馈电液伺服阀的力反馈原理rbVx()rb自由位置实际位置阀芯位移力反馈原理：以力反馈的方式实现对阀芯位移的检测2020/1/[e-mail]7力矩表达式•以下通过简化的静态分析，说明主滑阀的阀芯位移量是和力矩马达线圈电流成比例的。根据力矩马达的电磁力矩分析（详见本书3.2.2节），力矩马达的电磁转矩Td为•Td=Kti+Kmθ(2-120)式中：Kt为力矩马达的力矩系数；i为力矩马达线圈中的电流；Km为力矩马达的电磁弹簧系数；θ为力矩马达衔铁的偏转角。说明力矩马达的电磁力矩和输入电流i以及偏转角θ成比例。•主阀作用于反馈杆的力和力矩分别为(2-121)••式中：pv1,pv2为主滑阀两端的压力；Av为主滑阀的端面面积；r为喷嘴中心到支点的距离；b为主滑阀中心到喷嘴中心的距离。•喷嘴作用于挡板的力矩近似为(2-122):式中，AN为喷嘴孔面积。brxbrKbrAppTxbrKAppFVfVV2V1vVfVV2V1VrAppTNV2V1N2020/1/[e-mail]8阀芯位移量与电流成比例•弹簧管对力矩马达的反力矩为Ts=Ksθ(2-123)式中，Ks为弹簧管的抗扭转刚度。而Ks由作用在力矩马达衔铁上的力矩平衡得到(2-124)考虑到偏转角很小，故可得近似关系式为(2-125)•上式说明，阀芯位移量与电流成比例，空载流量也与电流成比例。2fNNtfsmfVVVKrbArArKiKrbKKKrbxAALsvNftdVvNftV1ppArAbrKiKWCQArAbrKiKxC1iVXtKNfVArKrbA11C+-2020/1/[e-mail]97.1结构与工作原理2电反馈式大流量工业伺服阀结构与伺服阀相似，但公差放宽，流量大，响应速度较低。一般为三级阀，主级带阀芯位移反馈。VVNNNpiQQip2020/1/[e-mail]107.1结构与工作原理3直接位置式反馈电液伺服阀无弹簧管和反馈杆，力矩马达直接驱动挡板，两个喷嘴直接安装在二级阀的阀芯上，形成直接位置反馈，电流与阀芯位移成正比。这种阀结构虽然简单，但调试比较困难。2020/1/[e-mail]117.1结构与工作原理4动圈式电液伺服阀动圈式电气机械转换器小滑阀与二级阀之间形成可变节流口，两个可变节流口与两个固定节流孔形成双B桥液压放大器。直接位置反馈。该阀对加工要求低，耐污染，但频宽低。阀的频宽一般在50Hz以下，用于工业场合。2020/1/[e-mail]127.1结构与工作原理5固定节流孔3固定节流孔2020/1/[e-mail]137.2特性分析与性能指标1静态性能（1）负载流量特性曲线负载压力，效率图中，黑线的电流大于蓝色线的电流S0VLVVLSVVSVL0=+()SppppxKiQKipKipppLQLpSp*LSp2/3pi2i1i2i12020/1/[e-mail]147.2特性分析与性能指标1静态性能（2）空载流量特性曲线伺服阀的必做测试项目。指负载压力为零时，负载流量与线圈电流之间作一完整循环的连续曲线。从该曲线上可以求出流量增益、不对称度、非线性度、滞环等性能指标。2020/1/[e-mail]157.2特性分析与性能指标1静态性能（3）压力特性曲线切断负载时，阀的负载压力随线圈电流在一个完整循环内的连续变化曲线。从该曲线上可以确定压力增益指标。（4）分辨率（5）零偏（6）零漂（7）零位泄漏2020/1/[e-mail]167.2特性分析与性能指标1静态性能2020/1/[e-mail]177.2特性分析与性能指标2动态性能阶跃特性：注意与供油压力有关频率特性：注意与输入电流的幅值有关这主要是由于伺服阀严格讲是非线性元件，只在电流小范围变化时，可以近似看作线性元件。2020/1/[e-mail]187.2特性分析与性能指标2动态性能2020/1/[e-mail]197.2特性分析与性能指标3传递函数视伺服阀的频宽与整个控制系统频宽的数值关系，伺服阀可以分别看作比例环节、一阶环节和二阶环节。（1）如果伺服阀的频宽远大于（5倍以上）系统频宽，则（2）如果伺服阀的频宽接近系统频宽的三到五倍，则0SVSV()()()QSGSKIS0SVSVV()()()1QSKGSSIS2020/1/[e-mail]207.2特性分析与性能指标3传递函数（3）如果伺服阀的频宽和系统频宽接近，则0SVSV2V2VV()()2()+1QSKGSSISS2020/1/[e-mail]217.3选择和使用一般工业场合2020/1/[e-mail]227.3选择和使用航空航天场合2020/1/[e-mail]237.3伺服阀的选择和使用流量：ISO标准中的阀流量是指阀在空载和额定电流时的流量。MOOG阀为阀口压降为1/3供油压力和额定电流时的流量。选用准则：流量从速度要求考虑驱动压力不能直接选为供油压力动态特性