射流管电液压力伺服阀的设计与研究

　　0　前言

　　随着我国液压技术的发展,电液压力伺服阀在各种力控制系统中,例如材料试验机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装置等方面应用日趋广泛。压力伺服阀是一种接受模拟量电控制信号,输出压力随电控制信号大小及极性变化且快速响应的液压控制阀。按所采用的液压放大器和压力反馈原理来分类,压力伺服阀的主要类型见表1。

　　目前国内伺服阀厂家生产的主要是喷嘴挡板式反馈力在阀芯上综合的两级电液压力伺服阀。该类阀采用喷嘴挡板式液压放大器作为前置级,因此其抗污染能力相对较差,对油液清洁度要求高,故制约了该类阀的进一步推广,尤其是在工业应用场合。

　　射流管式液压放大器的抗污染能力比喷嘴挡板式至少高一个数量级。有资料显示,在国外某些机型的机轮刹车控制系统中已使用射流管电液压力伺服阀作为主控制元件,但目前仍对中国实行技术封锁。中船重工七2四研究所有30多年生产射流管电液流量伺服阀的经验,目前已在原有射流管技术的基础上研制成功了射流管电液压力伺服阀,弥补了国内在该项研究方面的空白。

　　1　射流管压力伺服阀的结构原理

　　目前,七2四所研制的压力伺服阀为单向正增益射流管电液压力伺服阀。主要由力矩马达、射流放大器、滑阀功率放大级组成。其工作原理见图1。该阀有一个供油口Ps,一个回油口Pr,一个负载口PL。无电流输入时,负载口PL与回油口Pr相通,进油口Ps关闭,负载腔压力等于回油压力,保证在非工作状态下无压力输出。当有正控制电流输入时,射流管顺时针偏转,在接受器控制腔内形成压力,它与输入电流产生的电磁力矩成正比。该压力作用在阀芯右侧端面上,使阀芯移动,从而使负载口PL与供油口Ps相通,回油口Pr关闭,在负载腔输出压力PL。同时PL作用到反馈阀芯上,形成反馈力。阀芯被逐渐移回到“零位”附近的某一位置。在该位置上,作用在阀芯上的反馈力和射流放大器输出压力产生的作用力相等。因此阀负载口PL的输出压力与接受器产生的压力成正比,即与输出电流成正比。

　　2　射流管压力伺服阀的设计计算

　　2. 1　静态特性计算

　　认为主阀级滑阀摩擦力很小,忽略液动力和复位弹簧力影响,则阀芯的力平衡方程为:

　　式中,pc为射流放大器控制腔压力,pr为回油压力,pL为输出压力,Av为主阀芯面积,Af为反馈阀芯面积。

　　忽略其他次要因素,力矩马达的静态力平衡方程如下:

　　式中　K_t———力矩马达中位电磁力矩系数