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液压工作原理

电液伺服阀的基本组成与分类

添加时间:2018-08-20

    电液伺服阀(以下简称伺服阀)是电液伺服控制系统的核心和关键元件,它将系统电气部分和液压部分连接起来,起到信号转换、功率放大及伺服控制作用,其性能直接影响系统的控制精度、动态特性和可靠性。


    伺服阀的基本组成与功能


    构成电液伺服控制系统通常需要指令元件、比较元件、放大元件、反馈元件、伺服阀和执行元件等,其中伺服阀是整个系统的核心元件,它在电液伺服控制系统中所处的位置如图6-1所示。


伺服阀在电液伺服控制系统中所处的位置


    伺服阀建立了电气系统与液压系统的连接,将小功率的电气信号变为大功率的液压信号,能够精确控制输出的流量或压力,起到了信号转换、功率放大和伺服控制作用。


    伺服阀通常由电-机械转换器、液压放大器(先导级阀和功率级阀)和反馈机构三部分组成。图6-2所示为伺服阀的组成原理框图。


伺服阀的组成原理框图

    电-机械转换器的作用是把输入电信号的电能转换为机械运动的机械能,常见的电一机械转换器为电磁元件,如力矩马达、电磁铁等。


    液压放大元件通常由先导级阀和功率级阀级联而成,这是因为电一机械转换器输出的机械能较小,在阀流量较大时无法直接驱动功率级阀芯运动,需要增加一级液压先导级,将电一机械转换器输出能量放大后,再去推动功率级阀,从而构成了多级伺服阀。


    反馈机构的作用是将输出级的阀芯位移或流量以位移、力或者电信号的形式反馈至第一级输入端,实现多级放大器中功率级滑阀的定位问题,并消除积分环节的作用,从而提高伺服阀的性能。


    伺服阀的分类


    按照液压放大元件的级数,伺服阀可以分为单级、两级和三级伺服阀,其外形如图6-3所示。


单级、两级和三级伺服阀的外形图


    单级伺服阀主要由滑阀和力矩马达组成,力矩马达直接驱动滑阀运动。单级伺服阀结构简单、价格低廉,但是其流量和功率较小,稳定性较差,因此其应用受到一定的限制。


    两级伺服阀具有液压前置放大级,可以将力矩马达的输出放大,克服较大的液动力、黏性力和惯性力等。两级伺服阀克服了单级伺服阀流量小、不稳定等缺点,得到了广泛应用。


    三级伺服阀是在通用型两级伺服阀的基础上增加了一个滑阀式液压放大器(第三级),其适用于大流量的应用场合。


    按照先导级阀的结构形式,两级或三级伺服阀可以分为喷嘴挡板式伺服阀和射流管式伺服阀,如图6-4所示。


喷嘴挡板式伺服阀和射流管式伺服阀


    喷嘴挡板式伺服阀是目前国内应用最广泛的伺服阀形式,它具有控制精度高、动态响应快和稳定性好等优点;射流管式伺服阀在国外属于高端产品,它具有更好的抗污染能力、稳定性和耐久性,并且在灵敏度、分辨率、滞环和低压性能等指标上优于喷嘴挡板式伺服阀。


    按照反馈形式的不同,两级或三级伺服阀可以分为位置反馈、负载压力反馈和负载流量反馈3种,它们的稳态压力-流量特性曲线如图6-5所示。


伺服阀稳态压力-流量特性曲线


    位置反馈式伺服阀最为常用,输人电流用来控制伺服阀功率级阀芯的位移,在反馈作用下阀芯位移与输入电流呈线性关系,位置反馈式伺服阀的负载流量受负载压力影响较大;在负载压力反馈式伺服阀中,输入电流用来控制伺服阀的输出压力,反馈作用是使阀在外界干扰下能给出与输入电流成比例的负载压力;负载流量反馈式伺服阀是控制阀的输出流量在外界干扰下保持恒定,理想情况下其负载流量不随负载压力的变化而变化。

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