一种新型的电液伺服阀

　　0 引言

　　电液伺服系统综合了电气和液压两方面的特长,具有控制精度高,响应速度快,输出功率大等许多优点,因此广泛应用于国民经济和军事工业各技术领域。其核心控制元件就是电液伺服阀。现有的电液伺服阀按液压放大器的级数可分为单级、两级和三级电液伺服阀,而两级电液伺服阀是目前使用最多的。大多数两级伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。这些伺服阀动态性能非常好,但由于其制造工艺复杂,加工精度要求高,成本昂贵,维护和使用要求苛刻,因此其应用领域也受到了极大的限制。基于成本和经济的考虑,一种新型的廉价的电液伺服阀就应运而生了。这种电液伺服阀的先导级仍沿用了传统的双喷嘴挡板阀,只是其功率放大级用两个阀芯取代了传统一个阀芯,去掉了反馈机构,采用弹簧对中式。因此该阀加工制造及装配较简单,故成本比较低。

　　1 阀的结构及工作原理

　　该阀是一个流量控制伺服阀,图1为两阀芯电液伺服阀结构原理图。输入力矩马达的控制线圈的控制电流i在衔铁上产生一个磁力矩,衔铁绕转矩支点转动带动挡板发生位移。挡板的移动改变了左右喷嘴与挡板的间隙,使得左右两喷嘴腔内压力不再相等,而存在一个压差。该压差同时作用在两阀芯的两端,使阀芯产生位移。两阀芯两端各有一个弹簧。如果伺服阀没有输入信号,则两阀芯在弹簧的夹持下恰好停在零位,滑阀便没有流量输出。两阀芯的零位可由其下面的调零螺塞来定位。有电流输入时,阀芯在压差作用下运动,压缩弹簧,当作用在阀芯端面的液压力与弹簧力平衡时,阀芯就停止运动。这时,阀芯的位移量近似与压差成正比。

　　2 特点

　　该阀的突出特点就是双阀芯功率级,不仅给阀的加工制带来了很大的便利,在使用中还可以根据不同的需要很方便地调整每一负载口的零区压力值。先导级仍采用传统的双喷嘴挡板阀,故压力增益高、零漂小。在先导级控制中,去掉了反馈机构,采用弹簧对中,机构简单,制造成本较低,但由于无闭环反馈控制,因此其频宽较传统伺服阀低,15~40Hz。

　　3 特性分析

　　将伺服阀看成是由3个子系统组成,先导级喷嘴挡板阀、两端压差及主阀芯(由两个阀芯构成)。各子系统间参数相互耦合,显然为一非线性模型。倘若我们只考虑主阀芯的整体位移,x=12(xa+xb),而非各组成滑阀的独立位移xa、xb,同时忽略瞬态液流力和泄漏流量的影响,则可将模型线性化。图2为非线性模型和线性模型对给定一个阶跃输入i=20mA(满量程的50% )的时间响应曲线。可以看到二者同压差的阶跃响应非常相近,线性和非线性模型压差达到64%时的上升时间分别为811ms和812ms。