电液伺服阀结构分析

1新乡市铭恩液压润滑伺服控制有限公司在电液控制系统中，一般采用电压比较反馈方式，其中的放大元件称为“电液伺服阀”。由于“电液伺服阀”主要用于高速电液伺服控制系统，要求有很高的精度和响应速度，其输出流量或压力受输入的电气信号控制（近似与输入电压或电流成比例）。阀的内部，先导级与主阀之间一般由机液伺服机构（也有电液伺服）采用负反馈的方式驱动，以提高跟踪精度。3电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺服阀。在流量型伺服阀中，要求主阀芯的位移XP与的输入电流信号I成比例，为了保证主阀芯的定位控制，主阀和先导阀之间设有位置负反馈，位置反馈的形式主要有直接位置反馈和位置-力反馈两种。5.1直接位置反馈电液伺服阀阀指iLQqiK伺服阀用机液伺服机构驱动主阀电—机转换LQvx四通阀阀控缸（先导级）主滑阀（主级）力马达指xk1vx指F指i主级放大元件－、组成框图电—机转换力马达指xk1指F指i一、力马达8二、动圈式直接位置反馈伺服阀桥路图先导级放大元件反馈杆9三、动圈式直接位置反馈伺服阀反馈杆1011反馈杆12四直接反馈伺服阀控制框图1、采用阀芯、阀套直接比较法；2、导阀芯导阀套直接比较、通过刚性连接直接（测量）反馈；3、放大元件为导阀部分、缸是主阀两端部分；4、指令元件是线圈，被控对象是主阀芯，使主阀芯位移跟踪动圈的指令位移。主阀两端缸及主阀阻力主阀芯被控制对象1（导阀套与主阀芯刚性连接）XX套-直接反馈伺服阀控制框图扰动导阀芯阀套比较线圈导阀B+B开环控制（放大）部分1X芯指ivx指x13直接反馈伺服阀5.2力—位置反馈式电液伺服阀力马达及挡板阀主滑阀5.2力—位置反馈式电液伺服阀力马达固定节流孔反馈弹簧杆喷嘴挡板（导阀芯）弹簧管（扭簧）要求：主阀芯位移自动跟踪输入的电流，与输入电流成比例。主滑阀先导级油缸左腔先导级油缸左腔电—机转换力矩马达指T指i一、力马达衔铁磁钢导磁体一、力马达衔铁磁钢导磁体iTSNNNSSNSNS吸吸斥斥KtiT指i二、先导级桥路（B+B）带2个固定节流孔的B+B全桥控制对称缸vxx挡板位移x主阀位移弹簧管vx主阀芯vx主阀芯先导级油缸先导级油缸反馈杆反馈杆通过反馈杆将主阀位移反馈至比较元件——挡板三、比较方式（力矩比较）比较元件（挡板）要求：1）与指令元件相连（力矩马达）2）与被控对象相连（主阀芯）3）与放大元件相连（挡板本身）fiTTTT主阀位移对挡板产生的力vffxkbrT)(fT以挡板作为力比较元件指令力矩iTiT挡板位移vxvx三、比较方式（力矩比较）vxx偏差力矩偏差力矩TT以比较结果驱动放大元件（挡板）xx挡杆位移挡杆位移弹簧管力矩——位移转换器弹簧管力矩——位移转换器vxT四、文字方框图被控对象被控对象力矩比较元件反馈杆弹簧管xx五、动态方框图vxxiTfTT喷嘴处的压力干扰反馈杆阀内液压动力元件挡板弹簧管力矩马达主阀芯五、动态方框图vxxiTfTT反馈杆阀内液压动力元件挡板弹簧管力矩马达主阀芯1力矩马达vx)(1brkf指T指i5.5压力控制在压力阀控制压力的过程中，需要解决压力可调和压力反馈两个方面的问题。一、调压原理调压是指以负载为对象，通过调节控制阀口的大小，使系统输给负载的压力大小可调。ZQpLL溢流式调节（1）流量型油源并联溢流式调压ZQpLL溢流式调节显然，只有改变负载流量QL的大小才能调节负载压力PL。将控制阀口RX与负载Z并联，通过阀口的溢流作用，能使负载流量QL发生变化，最终达到调节负载压力之目的。（2）压力型油源串联减压式调压RsLppp如果油源换成恒压源PS，并联式调节不能改变负载压力。这时可将控制阀口Rx串联在压力源PS和负载Z之间，通过阀口的减压作用即可调节负载压力PL。减压式调节Rp（3）半桥回路分压式调压液压半桥实质上是由进、回油节流口串联而成的分压回路。为了简化加工，进油节流口多采用固定节流孔来代替，回油节流口是由锥阀或滑阀构成可调节流口。这种调压方式主要用于液压阀的先导级中。图6.2二、压力负反馈压力的大小能够调节，并不等于能够稳压。当负载因扰动而发生变化时，负载压力会随之变化。压力的稳定必须通过压力负反馈来实现。构造压力反馈系统必须研究以下问题：•①代表期望压力的指令信号如何产生？•②怎样构造在实际结构上易于实现的比较器？•③受控压力PL如何测量？转换成什么信号才便于比较？，怎样反馈到比较器上去？压力负反馈控制的核心是要构造一个压力比较器。力信号的比较最容易实现。31负反馈部分F指F指开环调压回路PLPLA32不要形成正反馈！压力通过微型测量油缸测量反馈指令力通过调压弹簧产生QLfCL三、二级（先导）压力控制直动型压力控制中，由力比较器直接驱动主控制阀芯，驱动力远小于弹簧力，因此驱动能力十分有限。这种控制方式导致主阀芯不能做得太大，不适合用于高压大流量系统中。所谓先导型压力控制，是指控制系统中有大、小两个阀芯，小阀芯为先导阀芯，大阀芯为主阀芯，并相应形成先导级和主级两个压力调节回路。在高压大流量系统中一般应采用先导控制。363738半桥式先导控制部分图6.4图6.6主阀的指令信号主阀的反馈压力pFFF指指导阀比较：ApApF12主主阀比较：主级为并联溢流式压力负反馈控制半桥式先导控制部分主阀的指令信号主阀的反馈压力pFFF指指导阀比较：ApApF12主主阀比较：主级为串联减压式压力负反馈控制先导型溢流阀的主要特点：由主阀芯负责控制系统的压力，先导级负责向主阀提供指令力，作用在主阀芯上的主油路液压力与先导级所输出的“指令压力”相平衡。阀口主级测压面主级指令ssApFF2指导阀比较1122ApApF主主阀比较：半桥式先导控制部分主级测压面主级指令阀口黑三角代表先导型液压控制44安全阀先导比例阀电液比例溢流阀先导式减压阀原理图主级测压面主级指令半桥式先导控制部分ApApF23主主阀比较：ssApFF3指导阀比较直动型溢流阀与符号的对应关系减压阀符号阀口阀口测压孔测压面测压面475.6流量负反馈负载变化引起的流量波动可以通过流量负反馈来加以控制。与压力负反馈一样，流量负反馈控制的核心是要构造一个流量比较器和流量测量传感器。流量阀的流量测量方法主要有“压差法”和“位移法”两种。48一、流量的“压差法”测量在主油路中串联一个节流面积A0已调定的液阻RQ作为流量一次传感器，其压力差ΔPq代表流量QL；qpQqp流量传感器RQ流量调节阀口Rx（1）流量测量原理49qpQqp流量传感器RQ流量调节阀口Rx再设置一个作为流量二次传感的测压油缸A，将一次传感器输出的压差PQ引入该测压油缸A的两腔，即可将流量转化成与之相关的活塞推力FQ，FQ即为反馈信号。液阻RQ和压差测量缸A一起构成“压差法”流量传感器。qp恒定所以固定节流孔液阻恒定弹簧力QpQApqq与压力负反馈相类似，可用弹簧预压力F指作为指令信号，并与流量传感器的反馈力FQ共同作用在力比较器上，构成“流量-压差-力负反馈”，利用比较信号驱动流量调节器阀芯（液阻Rx），最终达到流量自动稳定控制之目的。Qqp流量传感器RQ流量调节阀口Rx代表流量大小的压差力指令力qpQqp流量传感器RQ流量调节阀口Rx流量大小（压差力）指令力恒定所以固定节流孔液阻恒定弹簧力QpQApqqqp流量传感器RQ流量调节阀口Rx代表流量大小的压差力指令力所谓“压力源串联减压式调节”是指系统采用压力源供油，流量调节阀口Rx与负载Z相串联，此时阀口Rx称为减压阀口。54图7.855与“压差法”相反，本方法是在主油路中串联一个压差PQ基本恒定，但节流面积A0可变的节流口RQ作为流量的一次传感器。因传感器的压差恒定，故液阻RQ及传感器阀芯位移xQ将随负载流量QL而变化。二、流量的“位移法”测量常数式中mLmmLpKKCxCQpxKKpAKQ0000根据节流口流量公式，有：56流量的“位移法”测量通过定压差的可变液阻RQ和位移测量弹簧一起构成了具有“流量-位移-力负反馈”的所谓“位移法”流量传感器。为了将一次传感器的位移信号转换成便于比较的力信号，再设置一个传感弹簧KQ作为位移-力转换的二次传感器，流量QL转换成弹簧力FQ。QL通过弹簧油缸使压差基本恒定传感器的开口（位移x）与流量Q成比例通过另一弹簧将位移转化为力流量-位移传感器流量的“位移法”测量与反馈通过弹簧将位移转化为反馈力流量一次传感器流量调节主阀口比例电磁铁产生流量指令先导阀