力矩马达计量阀的研究

　　0前言

　　随着我国工程机械、冶金设备、矿山机械和农林机械等工业设备的大规模普及和生产，力矩马达计量阀的应用得到了极大地推广。力矩马达计量阀作为一种新型的机电液一体化设备，集成了电子，磁学，机械加工，液压等多领域多学科的交叉知识。

　　在生产的过程中，存在很多的创新点和难点。力矩马达计量阀实际上是一种两通电控比例节流阀，由力矩马达替代比例电磁铁[1]实现电气—比例流量的控制。本文介绍了力矩马达计量阀的工作原理，通过实际的设计过程介绍了其中的要点，并以动静态特性分析来验证其有效性。

　　1结构原理

　　力矩马达计量阀的结构示意图如图1所示，主要由力矩马达[2]、马蹄形挡板及导油轴组成。力矩马达由永久磁钢、导磁体、控制线圈、衔铁组件等组成，其作用是将电气控制信号转换成转角位移。

　　当给控制线圈输入电流信号时，在力矩马达的固定磁通和控制磁通相互作用下，力矩马达输出与输入电流信号成比例的力矩，带动马蹄形挡板移动。在力矩马达中，马蹄形挡板与衔铁焊接连接，安装于弹性元件上。其工作原理如下：当无电流信号时，马蹄形挡板完全遮盖导油轴的工作油口，使其无流量输出。在输入控制电流时，马蹄形挡板发生与信号成比例的偏转，从而工作油口的大小，在一定压降下实现成比例的节流流量。

　　2静态特性分析

　　当力矩马达有控制电流i输入时，衔铁将受到电磁力矩的作用而偏转一个θ角。当控制电流 的大小和方向发生变化时，转角θ的大小和方向也发生变化。根据本产品结构特点，力矩马达在无负载情况下，衔铁的平衡方程式为[3]：

式中Kt———力矩马达中位电磁力矩系数;

　　i———输入电流;

　　Ka———力矩马达中位衔铁组件刚度;

　　Km———力矩马达中位磁弹簧刚度;

　　θ———衔铁的偏转角度。

　　由于Ka、Km、Kt与力矩马达磁性零组件的结构及物理有关，均为常数，则θ与i为线性关系。

　　故力矩马达静态曲线基本为线性，但实际工作中，考虑磁性材料的磁滞及磁饱和的影响，以及液动力和工作窗口形状，阀的静态特性曲线并非完全线性，同时具有一定的滞环。

　　3动态特性分析

　　理论上讲测试力矩马达计量阀的实际动态可以用流量计进行检测，但齿轮流量计与涡轮流量计本身的惯性太大，测出的瞬态响应要在0.1s左右，显然这不是阀的动态响应。

　　力矩马达带负载(马蹄形挡板)是一个弹性—惯量形成的二阶振荡环节。力矩马达的固有频率为：