電液伺服閥的分類及簡(jiǎn)介

電液伺服閥的輸出流量或壓力是由輸入的電信號(hào)控制的，主要用于高速閉環(huán)液壓系統(tǒng)中，用以實(shí)現(xiàn)位置、速度和力的控制等；而比例閥多用于響應(yīng)速度相對(duì)較低的開環(huán)控制系統(tǒng)中。伺服閥具有精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格也較高，對(duì)過(guò)濾精度的要求也很高。目前，伺服閥廣泛應(yīng)用于高精度控制的自動(dòng)控制設(shè)備中。

電液伺服閥多為兩級(jí)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X_P與它的輸入電流信號(hào)I成正比，為了保證主閥芯的定位控制，主閥和先導(dǎo)閥之間設(shè)有位置負(fù)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(dǎo)閥芯構(gòu)成直接位置比較和反饋，其工作原理如圖168所示。先導(dǎo)閥由動(dòng)圈式力馬達(dá)的線圈驅(qū)動(dòng)，先導(dǎo)閥芯的位移x_心與輸入電流I大小成比例，其運(yùn)動(dòng)方向與電流的方向保持一致。先導(dǎo)閥芯的直徑小，無(wú)法控制系統(tǒng)中的大流量；主閥芯的阻力很大，力馬達(dá)的推力叉不足以驅(qū)動(dòng)主閥芯。其解決的辦法是，先用力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)直徑較小的先導(dǎo)閥芯，然后用直接位置反饋（位置隨動(dòng)）的辦法讓主閥芯等量跟隨先導(dǎo)閥運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到用小信號(hào)控制系統(tǒng)中的大流量的目的。

 

可將主閥芯兩端的容腔看做一個(gè)驅(qū)動(dòng)主閥芯的對(duì)稱雙作用液壓缸，該缸由先導(dǎo)閥供油，以控制主閥芯作上下運(yùn)動(dòng)。先導(dǎo)閥芯直徑較小，為了較低加工難度，通常用兩個(gè)固定的節(jié)流孔代替先導(dǎo)閥上用于控制主閥芯上下兩腔的進(jìn)油閥口。為了實(shí)現(xiàn)直接位置反饋，將主閥芯、驅(qū)動(dòng)液壓缸、先導(dǎo)閥閥套三者做成一體，因此主閥芯的位移x_P（被控位移）被反饋到先導(dǎo)閥上，且與先導(dǎo)閥套的位移x_套相等。當(dāng)先導(dǎo)閥芯在力馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生位移x_心時(shí)，先導(dǎo)閥芯與閥套之間產(chǎn)生的開口量為x_心-x_套，此時(shí)，主閥芯上腔的回油口打開，壓力差驅(qū)動(dòng)主閥芯自下而上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)先導(dǎo)閥口在反饋的作用下逐漸關(guān)小。當(dāng)導(dǎo)閥口完全關(guān)閉時(shí)，主閥停止運(yùn)動(dòng)且主閥芯的位移x_p=x_套=x_心。反向運(yùn)動(dòng)亦然。在這種反饋中，主閥芯等量跟隨先導(dǎo)閥運(yùn)動(dòng)，故稱為直接位置反饋。

圖169 (a)所示為DY系列直接位置反饋型電液伺服閥的結(jié)構(gòu)圖。上部為動(dòng)圈式力馬達(dá)，下部是兩級(jí)滑閥裝置。液壓油由P口進(jìn)入，A、B口接執(zhí)行元件，T口接回油。由線圈(動(dòng)圈)7帶動(dòng)的先導(dǎo)閥6與空心主滑閥4的內(nèi)孔配合，動(dòng)圈與先導(dǎo)閥之間為固定連接，并用兩個(gè)彈簧8、9定位對(duì)中。先導(dǎo)閥上的兩條控制邊與主滑閥上的兩個(gè)橫向孔形成兩個(gè)可變節(jié)流口兒、12。由P口來(lái)的液壓油除流經(jīng)主控油路外，還要流經(jīng)固定節(jié)流口3、5和可變節(jié)流口兒、12，先導(dǎo)閥的環(huán)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169(b)]。顯然，前置級(jí)液壓放大器是由具有兩個(gè)可變節(jié)流口11、12和固定節(jié)流口3、5組合而成的。油路中固定節(jié)流口與可變節(jié)流口的連接節(jié)點(diǎn)a、b分別與主滑閥上、下兩個(gè)臺(tái)肩的端面連通，主滑閥可在節(jié)點(diǎn)處液流壓力的作用下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)達(dá)到平衡位置時(shí)，節(jié)點(diǎn)a、b的壓力相同，主滑閥保持不動(dòng)。如果先導(dǎo)閥在線圈的作用下向上運(yùn)動(dòng)，節(jié)流口11加大、12減小，a點(diǎn)壓力降低，b點(diǎn)壓力上升，主滑閥隨之向上運(yùn)動(dòng)。由于主滑閥又兼作先導(dǎo)閥的閥套（位置反饋），故當(dāng)主滑閥向上移動(dòng)的距離與先導(dǎo)閥一致時(shí)，停止運(yùn)動(dòng)。同樣，在先導(dǎo)閥向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，主滑閥也隨之向下移動(dòng)相同的距離。所以稱其為直接位置反饋系統(tǒng)。

 

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(gè)動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)。液壓部分為兩級(jí)；第一級(jí)是雙噴嘴擋板閥，被稱為前置級(jí)（先導(dǎo)級(jí)）；第二級(jí)是四邊滑閥，被稱為功率放大級(jí)（主閥）。

由雙噴嘴擋板閥構(gòu)成的前置級(jí)如圖170所示，它由2個(gè)固定節(jié)流孔、2個(gè)噴嘴和1個(gè)擋板組成。兩個(gè)對(duì)稱配置的噴嘴共用一個(gè)擋板，擋板和噴嘴之間形成可變節(jié)流口，擋板一般由扭軸或彈簧支撐，可繞支撐點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)由力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。擋板上沒有輸入信號(hào)時(shí)，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(shí)兩噴嘴控制腔內(nèi)的壓力p₁與p₂相等。當(dāng)擋板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)控制腔內(nèi)的壓力一邊升高，另一邊降低，就有負(fù)載壓力p_L（p_L=p₁-p₂）輸出。雙噴嘴擋板閥有4個(gè)通道（1個(gè)供油口、1個(gè)回油口和2個(gè)負(fù)載口），有4個(gè)節(jié)流口，是一種全橋結(jié)構(gòu)。

 

力反饋型噴嘴擋板式電液伺服閥的工作原理如圖171所示。主閥芯兩端的容腔可以看成是一個(gè)驅(qū)動(dòng)主滑閥的對(duì)稱液壓缸，且由先導(dǎo)級(jí)的雙噴嘴擋板閥控制。擋板5的下部延伸一個(gè)反饋彈簧桿11，通過(guò)鋼球與主閥芯9相連。主閥的位移通過(guò)反饋彈簧桿轉(zhuǎn)化為彈性變形力作用在擋板上與電磁力矩相平衡。當(dāng)線圈13中沒有電流通過(guò)時(shí)，力矩馬達(dá)無(wú)力矩輸出，擋板5處于兩噴嘴的中間位置。當(dāng)線圈通人電流后，銜鐵3因受到電磁力矩的作用偏轉(zhuǎn)的角度為日，由于銜鐵固定在彈簧管12上，此時(shí)，彈簧管上的擋板也相應(yīng)偏轉(zhuǎn)日角，使擋板與兩噴嘴間的間隙發(fā)生變化，如右側(cè)間隙增加，則左側(cè)噴嘴腔內(nèi)的壓力升高，右腔內(nèi)的壓力降低，主閥芯9在此壓力差的作用下向右移動(dòng)。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(nèi)，在主閥芯移動(dòng)的同時(shí)，球頭通過(guò)反饋彈簧桿帶動(dòng)上部的擋板一起向右移動(dòng)，使右側(cè)噴嘴與擋板間的間隙逐漸減小。當(dāng)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(dòng)而產(chǎn)生的反饋彈簧桿變形力矩（反饋力）達(dá)到平衡時(shí)，滑閥便不再移動(dòng)，并使其閥口一直保持在這一開度上。該閥通過(guò)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(jìn)行比較而構(gòu)成反饋，故稱之為力反饋式電液伺服閥。

通過(guò)線圈的控制電流越大，使銜鐵偏轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)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。