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电液伺服阀介绍及工作原理

作者: 大兰液压-标 编辑: DL-TGB 来源: 大兰液压 发布日期: 2020.09.26
信息摘要:
电液伺服阀的输出流量或压力是由输入的电信号控制的,主要用于高速闭环液压系统中,用以实现位置、速度和力的控制等;而比例阀多用于响应速度相对较低…

电液伺服阀的输出流量或压力是由输入的电信号控制的,主要用于高速闭环液压系统中,用以实现位置、速度和力的控制等;而比例阀多用于响应速度相对较低的开环控制系统中。伺服阀具有精度高、响应快等优点,但其价格也较高,对过滤精度的要求也很高。目前,伺服阀广泛应用于高精度控制的自动控制设备中。

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与它的输入电流信号l成正比,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。

1.直接位置反馈型电液伺服阀

直接位置反馈型电液伺服阀的主阀芯与先导阀芯构成直接位置比较和反馈,其工作原理如图1所示。先导阀由动圈式力马达的线圈驱动,先导阀芯的位移x心与输入电流I大小成比例,其运动方向与电流的方向保持一致。先导阀芯的直径小,无法控制系统中的大流量;主阀芯的阻力很大,力马达的推力叉不足以驱动主阀芯。其解决的办法是,先用力马达驱动直径较小的先导阀芯,然后用直接位置反馈(位置随动)的办法让主阀芯等量跟随先导阀运动,以达到用小信号控制系统中的大流量的目的。

直接位置反馈电液伺服阀工作原理

可将主阀芯两端的容腔看做一个驱动主阀芯的对称双作用液压缸,该缸由先导阀供油,以控制主阀芯作上下运动。先导阀芯直径较小,为了较低加工难度,通常用两个固定的节流孔代替先导阀上用于控制主阀芯上下两腔的进油阀口。为了实现直接位置反馈,将主阀芯、驱动液压缸、先导阀阀套三者做成一体,因此主阀芯的位移xP(被控位移)被反馈到先导阀上,且与先导阀套的位移x套相等。当先导阀芯在力马达的驱动下向上运动而产生位移x心时,先导阀芯与阀套之间产生的开口量为x心-x套,此时,主阀芯上腔的回油口打开,压力差驱动主阀芯自下而上运动,同时先导阀口在反馈的作用下逐渐关小。当导阀口完全关闭时,主阀停止运动且主阀芯的位移xp=x套=x心。反向运动亦然。在这种反馈中,主阀芯等量跟随先导阀运动,故称为直接位置反馈。

图2(a)所示为DY系列直接位置反馈型电液伺服阀的结构图。上部为动圈式力马达,下部是两级滑阀装置。液压油由P口进入,A、B口接执行元件,T口接回油。由线圈(动圈)7带动的先导阀6与空心主滑阀4的内孔配合,动圈与先导阀之间为固定连接,并用两个弹簧8、9定位对中。先导阀上的两条控制边与主滑阀上的两个横向孔形成两个可变节流口儿、12。由P口来的液压油除流经主控油路外,还要流经固定节流口3、5和可变节流口儿、12,先导阀的环形槽和主滑阀中部的横向孔至回油口的油路,形成前置液压放大器的油路[见图2(b)]。显然,前置级液压放大器是由具有两个可变节流口11、12和固定节流口3、5组合而成的。油路中固定节流口与可变节流口的连接节点a、b分别与主滑阀上、下两个台肩的端面连通,主滑阀可在节点处液流压力的作用下运动;当达到平衡位置时,节点a、b的压力相同,主滑阀保持不动。如果先导阀在线圈的作用下向上运动,节流口11加大、12减小,a点压力降低,b点压力上升,主滑阀随之向上运动。

由于主滑阀又兼作先导阀的阀套(位置反馈),故当主滑阀向上移动的距离与先导阀一致时,停止运动。同样,在先导阀向下运动时,主滑阀也随之向下移动相同的距离。所以称其为直接位置反馈系统。

DY型电液伺服阀符号

2.喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀

喷嘴挡板式电液伺服阀由电磁和液压两部分组成。电磁部分是一个动铁式力矩马达。液压部分为两级;第一级是双喷嘴挡板阀,被称为前置级(先导级);第二级是四边滑阀,被称为功率放大级(主阀)。

由双喷嘴挡板阀构成的前置级如图3所示,它由2个固定节流孔、2个喷嘴和1个挡板组成。两个对称配置的喷嘴共用一个挡板,挡板和喷嘴之间形成可变节流口,挡板一般由扭轴或弹簧支撑,可绕支撑点偏转,挡板的转动由力矩马达驱动。挡板上没有输入信号时,挡板处于中间位置(即零位),与两喷嘴之间的距离均为x0,此时两喷嘴控制腔内的压力p1与p2相等。当挡板转动时,两个控制腔内的压力一边升高,另一边降低,就有负载压力pL(pL=p1-p2)输出。双喷嘴挡板阀有4个通道(1个供油口、1个回油口和2个负载口),有4个节流口,是一种全桥结构。

双喷嘴挡板阀构成的前置级

力反馈型喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理如图4所示。主阀芯两端的容腔可以看成是一个驱动主滑阀的对称液压缸,且由先导级的双喷嘴挡板阀控制。挡板5的下部延伸一个反馈弹簧杆11,通过钢球与主阀芯9相连。主阀的位移通过反馈弹簧杆转化为弹性变形力作用在挡板上与电磁力矩相平衡。当线圈13中没有电流通过时,力矩马达无力矩输出,挡板5处于两喷嘴的中间位置。当线圈通人电流后,衔铁3因受到电磁力矩的作用偏转的角度为日,由于衔铁固定在弹簧管12上,此时,弹簧管上的挡板也相应偏转日角,使挡板与两喷嘴间的间隙发生变化,如右侧间隙增加,则左侧喷嘴腔内的压力升高,右腔内的压力降低,主阀芯9在此压力差的作用下向右移动。由于挡板的下端为反馈弹簧杆11,反馈弹簧杆的下端是球头,球头嵌放在主阀芯9的凹槽内,在主阀芯移动的同时,球头通过反馈弹簧杆带动上部的挡板一起向右移动,使右侧喷嘴与挡板间的间隙逐渐减小。当作用在衔铁挡板组件上的电磁力矩与作用在挡板下端因球头移动而产生的反馈弹簧杆变形力矩(反馈力)达到平衡时,滑阀便不再移动,并使其阀口一直保持在这一开度上。该阀通过反馈弹簧杆的变形将主阀芯的位移反馈到衔铁挡板组件上,并与电磁力矩进行比较而构成反馈,故称之为力反馈式电液伺服阀。

喷嘴挡板式电液伺服阀

通过线圈的控制电流越大,使衔铁偏转的转矩、挡板的挠曲变形、滑阀两端的压力差以及滑阀的位移量越大,伺服阀输出的流量也就越大。

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