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伺服阀的工作原理

伺服阀通常由电气一机械转换器(力矩马达或力马达)、液压放大器、反馈或平衡机构等三部分组成。伺服阀的输出级所采用的反馈或平衡机构是为使伺服阀的输出流量或输出压力获得与输入电控信号成比例的特性。平衡机构通常采用圆柱螺旋弹簧或片弹簧等。反馈常采用力反馈、位置反馈、电反馈和压力反馈等形式。
(3)伺服阀的工作原理
①滑阀式伺服阀
滑阀式伺服阀叉称为动圈伺服阀。图1所示为滑阀式直接反馈二级三通电液伺服阀。它



        图1 滑阀式直接反馈二级三通电液伺服阀
1一左节流口;2一壳体;3一滤油器;4一减压孔板;5一控制级节流边;6一主滑阀(控制级阀套);7一控制级节流边;8一右节流边;9一控制阀芯;10一磁钢(永久磁铁);11一动圈;12一对中弹簧;13一调节螺钉;14一内导磁体;15~外导磁体

 

是由永磁动圈式力马达、一对固定节流孔、预开口双边滑阀式前置液压放大器和三通滑阀式功率级阀芯组成。前置控制滑阀的两个预开口节流控制边与两个固定节流孔组成一个液压桥路。滑阀副的阀芯直接与力马达的动圈骨架相连,在阀套内滑动。前置级的阀套又是功率级滑阀放大器的阀芯。
输入控制电流使力马达动圈产生的电磁力与对中弹簧的弹簧力相平衡,使动圈和前置级(控制级)阀芯移动,其位移量与动圈电流成正比。前置级阀芯若向右移动,则滑阀右腔控制口面积增大,右腔控制压力降低,左腔控制口面积减小,左腔控制压力升高。该压力差作用在功率级滑阀阀芯(即前置级的阀套)的两端上,使功率级滑阀阀芯向右移动,也就是前置级滑阀的阀套向右移动,逐渐减小右侧控制孔的面积,直至停留在某一位置。在此位置上,前置级滑阀副的两个可变节流控制孔的面积相等,功率级滑阀阀芯两端的压力相等。这种直接反馈作用,使功率级滑阀阀芯跟随前置级滑阀阀芯运动,功率级滑阀阀芯的位移与动
圈输入电流大小成正比。


表1 通用型流量伺服阀的分类


②喷嘴挡板式伺服阀
图2所示为喷嘴挡板式二级四通力反馈电液伺服阀的结构示意。图中上半部为衔铁式
力矩马达,下半部为喷嘴挡板式和滑阀式液压放大器。衔铁3与挡板5和反馈弹簧杆11连接在一起,由固定在阀体10上的弹簧管12支承。反馈弹簧杆11下端为一球头,嵌放在滑阀9的凹槽内。永久磁体1和导磁体2、4形成一个固定磁场。当线圈13中没有电流通过时,衔铁3和导磁体2、4间的四个气隙中的磁通相等且方向相同,衔铁3与挡板5都处于中间位置,因此滑阀没有流量输出。当有控制电流流入线圈13时,一组对角方向的气隙中的磁通增加,另一组对角方向的气隙中的磁通减小,于是衔铁3在磁力作用下克服弹簧管12的弹性反作用力而以弹簧管12中的某一点为支点偏转θ角,并偏转至导磁力所产生的转矩与弹簧管的弹性反作用力产生的反转矩平衡时为止。这时,滑阀9还没有移动,而挡板5因为随衔铁3偏转而发生挠曲,改变了它与两个喷嘴6之间的间隙,一个的间隙减小,另一个的间隙增大。



图2 喷嘴挡板式二级四通力反馈电液伺服阀的结构示意
l一永久磁体;2,4一导磁体;3一衔铁;5一挡板;6一喷嘴;7一固定节流孔;8一滤油器I9一滑阀;10一阀体;11一反馈弹簧杆;12一弹簧管;13一线圈

 

通入伺服阀的压力油经滤油器8,两个对称的固定节流孔7和喷嘴6流出,通向回油。当挡板5挠曲,喷嘴挡板的两个间隙不相等时,两喷嘴后侧的压力就不相等,它们作用在滑阀9的左、右端面上,使滑阀9向相应的方向移动一段距离,压力油就经过滑阀9上的一个阀口输向执行元件,由执行元件回来的液压油经过滑阀9上的另一个阀口通向回油。滑阀9移动时,反馈弹簧杆11下端球头跟着移动,在衔铁挡板组件上产生转矩,使衔铁3向相应的方向偏转,并使挡板5在两喷嘴间的偏移量减小,这就是所谓的力反馈。反馈作用的结果使滑阀9两端的压差减小。当滑阀9通过反馈弹簧杆11作用于挡板5的力矩、喷嘴作用于挡板的力矩以及弹簧管反力矩之和等于力矩马达产生的电磁力矩时,滑阀9不再移动,并一直使阀口保持在这一开度上。通过线圈13的控制电流越大,衔铁3偏转的转矩、反馈弹簧杆11的挠曲变形、滑阀9两端的压差以及滑阀9的偏移量就越大,伺服阀输出的流量就越大。由于滑阀9的位移、喷嘴6与挡板之间的间隙、衔铁3转角都依次和输入电流成正比,因此这种阀的输出流量也和输入电流成正比。输入电流反向时,输出流量也反向。
这种伺服阀,由于力反馈的存在,使得力矩马达在其零点附近工作,即衔铁偏转角θ很
小,故线性度好。此外,改变反馈弹簧杆11的刚度,就能在输入相同的电流时改变滑阀的
位移。
这种伺服阀结构紧凑,外形尺寸小,响应快。单喷嘴挡板的工作间隙较小,对液压油的
要求较高。
③射流管式伺服阀
图3所示为射流管式二级四通电液伺服阀的结构示意。该阀采用衔铁式力矩马达带动射流管,两个接受孔直接和主阀两端面连接,控制主阀运动。主阀靠一个板簧定位,其位移与主阀两端压力差成比例。这种阀的最小流通尺寸(射流管口尺寸)比喷嘴挡板的工作间隙大4~10倍,故对液压油的清洁度要求较低。缺点是零位泄漏量大,受液压油黏度变化影响显著,低温特性差,力矩马达带动射流管,负载惯量大,响应速度低于喷嘴挡板阀。


      
        图3 射流管式二级四通电液伺服阀的结构示意

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