新型高性能直接驱动电液伺服阀

　　电液伺服阀是电液伺服系统的关键元件,目前广泛使用的伺服阀主要是带有先导阀的两级或三级喷嘴挡板阀和射流阀,这些阀虽然性能优良,但结构复杂,制造困难,而抗污能力差,使用条件极为苛刻,对油液的污染非常敏感,故障率较高,另外,由于该类阀的传递环节多,因此其带宽亦受到限制,很难满足宽带高频响电液系统的需要。而直接驱动伺服阀具有结构简单、抗污染能力强、可靠性高等特点,其动态特性和控制精度也优于普通的电液伺服阀。本文从直接驱动伺服阀的结构及机理出发,研制出一种基于转动阀芯结构的伺服阀。它采用直流力矩电机直接带动转阀的阀芯,为单级结构,不但可靠性高,而且具有很强的抗污染能力,适用领域非常广泛。

　　1 新型直接驱动电液伺服阀的组成与工作原理

　　图1为转阀式新型直接驱动电液伺服阀的组成和工作原理图。其工作原理为:直流力矩电机通过弹性联轴器带动转阀阀芯在一定角度范围内转动,转阀阀芯与阀套上对应开了n个与轴向有一定倾角的斜槽,阀芯相对阀套转动,使阀芯和阀套上的斜槽相互贯通或互相封闭,从而控制伺服阀前后的流量和压力。

　　由新型直接驱动阀的结构和工作原理,可以看出该阀的结构十分简单,并且将普通伺服阀的滑阀滑动结构转变为转阀的转动,不仅可以有效地降低阀工作时的摩擦阻力,而且由于阀芯和阀套上斜槽的工作面积在阀芯转动过程中是不断变化的,因此,污染杂物不易在转阀内形成堆积而堵塞阀,并且阀芯和阀套上对开的斜槽,十分类似螺旋机构,而转动的螺旋机构在工作过程中具有自动清除污染杂质的能力,实验研究表明这种结构的阀具有很强的抗污染能力。

　　2 新型直接驱动阀的静态特性分析

　　在工作过程中阀芯和阀套的相互位置如图2[3]所示。初始工作时如图2(a)所示,阀芯与阀套完全闭死,油液不能流动,直接驱动阀处于中位,当直流力矩电机带动阀芯向左(或右,不同转向可以实现阀的换向)转动一个任意角度,那么如图2(c)所示,阀芯和阀套上的油槽相通,阀口开始实现节流,液压油流过转阀,转角越大油槽相通面积越大,对应的流量也就越大,通过控制转角的大小就可以方便地控制阀的流量和压力,当转阀转动到最大位置如图2(b)所示,阀芯和阀套完全相通,阀失去节流功能,转阀流量达到最大。

　　设计时阀套的油槽口取为矩形窗口,油槽相通时的工作面积随阀芯油槽的位移xv作线性变化,那么在不考虑转阀的泄漏时,通过直接驱动阀的流量Qf可由节流方程得到

　　式中:Cv为阀流量系数;为阀工作时的压力差;W为油槽开口宽度;R为阀芯半径;H为阀芯相对阀套转角;H1阀芯油槽开口方向与阀芯轴转角。