一种新型机液伺服阀的设计与应用

　　1 引 言

　　阀控液压伺服控制系统具有控制精度高、输出功率大、响应速度快等诸多优点, 广泛地应用于机床、工程机械、船舶、航空、航天等工业和军事领域中。阀控液压伺服系统的核心元件是伺服阀。按照控制信号的不同, 伺服阀又可以分成机液伺服阀和电液伺服阀等。现在市场上的电液伺服阀种类繁多, 但是大多成本昂贵, 再加之构成系统时与其配套的传感器等元件的费用, 使系统的成本大幅提升。因此, 使用机液伺服阀代替电液伺服阀就成了降低系统成本的重要手段。本文设计了一种简单的机液伺服滑阀。该阀制造简单, 造价低廉, 且阀芯的操作力小, 可以较为广泛地应用于中低压小流量的液压伺服控制系统中。

　　2 伺服阀的结构

　　该阀是一个机液伺服阀, 图 1 是其结构图。图中虚线内的部分为该阀和外部的接口示意, 不属于该阀本身。其中信号综合杆 15 用于综合给定的控制信号和系统的反馈信号, 其左端为输入信号端, 右端为反馈信号端。这两端分别和输入信号和反馈信号的装置机械连接; 而连接杆 14 则和控制管 5 挠性连接。控制管 5 是该阀的一个核心零件, 用于控制阀芯的动作, 它的底部是薄壁管, 上面对称开有 3 个矩形槽。小孔节流件 6 和节流片 7 用于减压节流: 。活塞 12 在液压力的作用下可以在活塞座 10 内轴向运动, 并始终和阀芯 3 接触。过流三角架 13 和阀芯 3过盈配合, 它们之间有 3 个月牙型的槽用于控制油路液压油的流出。

　　该阀有 6 个油口, 其中 P 为进油口, A、B 为两个工作油口, Q₁, Q₂为回油口, C 为控制油路的出口。该阀在结构上最为突出的特点是在阀的两端有两个油腔。图 2 所示为该阀上腔部分的放大视图。上油腔是由阀套 2、阀芯 3、节流: 片 7、导向密封盖 4 以及控制管 5 所围成的空间区域。下腔是由活塞座 10、底密封盖 11、活塞 12 和阀座 1所围成的空间区域。两个油腔内的液压压差是阀芯动作的动力。

　　3 阀的工作原理

　　阀芯 7 的动作是由上下两个油腔的压差造成的。为了说明阀的工作原理, 先分析阀的上、下两个油腔内的压力。下腔通过阀座 1 上的油路直接和阀的进油口相通, 故下腔的压力 P₁等于阀的进油口 P 的压力。下面从控制油路的特点分析上腔的压力。从图 1 中可以看出, 液压油先由阀座 1 上的油路经过节流件 6 的节流减压作用后到达上腔, 后经控制管 5 上的 3 个矩形槽与节流片 7 之间形成的薄壁矩形节流缝隙进入阀芯 3 的内孔, 再通过过流三脚架 13 上的 3 个凹形槽经 C 孔流出。由于节流件的节流减压作用与薄壁矩形节流缝隙的节流减压作用, 使上腔的压力 P₂大于 0, 而又小于阀的进口压力 P, 即小于下腔的压力 P₁。显然 P₂的值和节流件的液阻及节流缝隙的液阻有关。通过控制管控制薄壁矩形节流缝隙的大小, 就可改变节流缝隙处的液阻, 从而改变上腔的压力。