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      電液伺服閥介紹及工作原理

      2021-9-1 9:59:59??????點擊:

      電液伺服閥的輸出流量或壓力是由輸入的電信號控制的,主要用于高速閉環液壓系統中,用以實現位置、速度和力的控制等;而比例閥多用于響應速度相對較低的開環控制系統中。伺服閥具有精度高、響應快等優點,但其價格也較高,對過濾精度的要求也很高。目前,伺服閥廣泛應用于高精度控制的自動控制設備中。

      電液伺服閥多為兩級閥,有壓力型伺服閥和流量型伺服閥之分,絕大部分伺服閥為流量型伺服閥。在流量型伺服閥中,要求主閥芯的位移XP與它的輸入電流信號l成正比,為了保證主閥芯的定位控制,主閥和先導閥之間設有位置負反饋,位置反饋的形式主要有直接位置反饋和位置力反饋兩種。

      1.直接位置反饋型電液伺服閥

      直接位置反饋型電液伺服閥的主閥芯與先導閥芯構成直接位置比較和反饋,其工作原理如圖1所示。先導閥由動圈式力馬達的線圈驅動,先導閥芯的位移x心與輸入電流I大小成比例,其運動方向與電流的方向保持一致。先導閥芯的直徑小,無法控制系統中的大流量;主閥芯的阻力很大,力馬達的推力叉不足以驅動主閥芯。其解決的辦法是,先用力馬達驅動直徑較小的先導閥芯,然后用直接位置反饋(位置隨動)的辦法讓主閥芯等量跟隨先導閥運動,以達到用小信號控制系統中的大流量的目的。



      直接位置反饋電液伺服閥工作原理

      可將主閥芯兩端的容腔看做一個驅動主閥芯的對稱雙作用液壓缸,該缸由先導閥供油,以控制主閥芯作上下運動。先導閥芯直徑較小,為了較低加工難度,通常用兩個固定的節流孔代替先導閥上用于控制主閥芯上下兩腔的進油閥口。為了實現直接位置反饋,將主閥芯、驅動液壓缸、先導閥閥套三者做成一體,因此主閥芯的位移xP(被控位移)被反饋到先導閥上,且與先導閥套的位移x套相等。當先導閥芯在力馬達的驅動下向上運動而產生位移x心時,先導閥芯與閥套之間產生的開口量為x心-x套,此時,主閥芯上腔的回油口打開,壓力差驅動主閥芯自下而上運動,同時先導閥口在反饋的作用下逐漸關小。當導閥口完全關閉時,主閥停止運動且主閥芯的位移xp=x套=x心。反向運動亦然。在這種反饋中,主閥芯等量跟隨先導閥運動,故稱為直接位置反饋。

      圖2(a)所示為DY系列直接位置反饋型電液伺服閥的結構圖。上部為動圈式力馬達,下部是兩級滑閥裝置。液壓油由P口進入,A、B口接執行元件,T口接回油。由線圈(動圈)7帶動的先導閥6與空心主滑閥4的內孔配合,動圈與先導閥之間為固定連接,并用兩個彈簧8、9定位對中。先導閥上的兩條控制邊與主滑閥上的兩個橫向孔形成兩個可變節流口兒、12。由P口來的液壓油除流經主控油路外,還要流經固定節流口3、5和可變節流口兒、12,先導閥的環形槽和主滑閥中部的橫向孔至回油口的油路,形成前置液壓放大器的油路[見圖2(b)]。顯然,前置級液壓放大器是由具有兩個可變節流口11、12和固定節流口3、5組合而成的。油路中固定節流口與可變節流口的連接節點a、b分別與主滑閥上、下兩個臺肩的端面連通,主滑閥可在節點處液流壓力的作用下運動;當達到平衡位置時,節點a、b的壓力相同,主滑閥保持不動。如果先導閥在線圈的作用下向上運動,節流口11加大、12減小,a點壓力降低,b點壓力上升,主滑閥隨之向上運動。

      由于主滑閥又兼作先導閥的閥套(位置反饋),故當主滑閥向上移動的距離與先導閥一致時,停止運動。同樣,在先導閥向下運動時,主滑閥也隨之向下移動相同的距離。所以稱其為直接位置反饋系統。


      DY型電液伺服閥符號

      2.噴嘴擋板武力反饋電液伺服閥

      噴嘴擋板式電液伺服閥由電磁和液壓兩部分組成。電磁部分是一個動鐵式力矩馬達。液壓部分為兩級;第一級是雙噴嘴擋板閥,被稱為前置級(先導級);第二級是四邊滑閥,被稱為功率放大級(主閥)。

      由雙噴嘴擋板閥構成的前置級如圖3所示,它由2個固定節流孔、2個噴嘴和1個擋板組成。兩個對稱配置的噴嘴共用一個擋板,擋板和噴嘴之間形成可變節流口,擋板一般由扭軸或彈簧支撐,可繞支撐點偏轉,擋板的轉動由力矩馬達驅動。擋板上沒有輸入信號時,擋板處于中間位置(即零位),與兩噴嘴之間的距離均為x0,此時兩噴嘴控制腔內的壓力p1與p2相等。當擋板轉動時,兩個控制腔內的壓力一邊升高,另一邊降低,就有負載壓力pL(pL=p1-p2)輸出。雙噴嘴擋板閥有4個通道(1個供油口、1個回油口和2個負載口),有4個節流口,是一種全橋結構。


      力反饋型噴嘴擋板式電液伺服閥的工作原理如圖4所示。主閥芯兩端的容腔可以看成是一個驅動主滑閥的對稱液壓缸,且由先導級的雙噴嘴擋板閥控制。擋板5的下部延伸一個反饋彈簧桿11,通過鋼球與主閥芯9相連。主閥的位移通過反饋彈簧桿轉化為彈性變形力作用在擋板上與電磁力矩相平衡。當線圈13中沒有電流通過時,力矩馬達無力矩輸出,擋板5處于兩噴嘴的中間位置。當線圈通人電流后,銜鐵3因受到電磁力矩的作用偏轉的角度為日,由于銜鐵固定在彈簧管12上,此時,彈簧管上的擋板也相應偏轉日角,使擋板與兩噴嘴間的間隙發生變化,如右側間隙增加,則左側噴嘴腔內的壓力升高,右腔內的壓力降低,主閥芯9在此壓力差的作用下向右移動。由于擋板的下端為反饋彈簧桿11,反饋彈簧桿的下端是球頭,球頭嵌放在主閥芯9的凹槽內,在主閥芯移動的同時,球頭通過反饋彈簧桿帶動上部的擋板一起向右移動,使右側噴嘴與擋板間的間隙逐漸減小。當作用在銜鐵擋板組件上的電磁力矩與作用在擋板下端因球頭移動而產生的反饋彈簧桿變形力矩(反饋力)達到平衡時,滑閥便不再移動,并使其閥口一直保持在這一開度上。該閥通過反饋彈簧桿的變形將主閥芯的位移反饋到銜鐵擋板組件上,并與電磁力矩進行比較而構成反饋,故稱之為力反饋式電液伺服閥。


      雙噴嘴擋板閥構成的前置級

      通過線圈的控制電流越大,使銜鐵偏轉的轉矩、擋板的撓曲變形、滑閥兩端的壓力差以及滑閥的位移量越大,伺服閥輸出的流量也就越大。