伺服阀喷嘴自动流量配对测量技术和系统的研究

    0　引言

    在航天和航空飞行器的航行控制等需要功率大、快速、精确反应的控制场合,电液伺服控制系统得到了广泛的应用[1, 2]。在电液伺服控制系统中,电液伺服阀是系统的核心部件[3]。双喷嘴挡板力反馈两级电液伺服阀是电液伺服阀中的一种主要类型,是目前应用广泛的电液伺服阀之一[4]。在这种类型伺服阀中,双喷嘴挡板阀是其前置放大级,其运动部分惯性小、位移量小,动态响应速度高[5-6]。

    喷嘴是双喷嘴挡板阀的重要零件,双喷嘴挡板阀为对称式结构,即在一个喷嘴挡板阀中有两个喷嘴,对于它们前端的节流小孔有严格的对称性的要求,一方面体现在结构上的对称性,另一方面体现在流体性能上的对称性要求。双喷嘴挡板阀的结构对称性可在伺服阀在液压零位调整时通过调整喷挡间隙来保证。而对流体性能对称性,需要通过对一批喷嘴进行压差流量测量,然后再根据测量数据进行配对筛选出对称性好的两个喷嘴(即两者的压差流量值之差小于配对要求)来保证。目前,节流小孔流量测量的研究多集中在发动机喷油嘴上[7,8]。而国内主要伺服阀研究机构和生产厂家的测量方法还停留在手动调压,人工读取并记录压力值和流量值即所谓的人工配对的方法上。不但操作者劳动强度大,容易产生读数的误差,而且效率低下,很难找到最优组合。本文研究一种伺服阀喷嘴自动流量配对测量技术,并研制了一套计算机控制的喷嘴压差流量自动测量系统,实现了喷嘴流量的自动测量和配对。

    1　喷嘴结构与流量配对测量

    图1是一种典型喷嘴结构。喷嘴小孔的直径d约为0·3mm左右,圆度为0·002mm,小孔长度约为0·4mm。喷嘴小孔入口处加工成90度锥角起到引流作用,小孔出口处的棱边严格保持锐边。

    流量配对的测量基本原理如图2。采用两个压力传感器分析测量出喷嘴前后的压力并以此计算出压差,采用高精度流量传感器测量通过喷嘴的流量,这样可以获得喷嘴的压差流量特性。在喷嘴的实际工作压差范围内,选取若干不同的压差点,分别测量喷嘴相应的流量。配对的方法是从测量完毕后的喷嘴中按照同压差下流量相近的原则,对其进行两两组合,这样选择的两个喷嘴的流量特性相近。

    液压油在喷嘴节流孔的流动状态可以看作是粘性不可压缩流动,并可以用薄壁孔口淹没出流的流量计算公式来描述在一定压差下通过阀口的流量。流量的计算公式为:

式中:Q———通过喷嘴(节流孔)的体积流量;