第五章 电液伺服阀

5.1. Structures and types 构造与类型
(2). 力矩马达式双喷嘴挡板电 液伺服阀 构造 动铁式力矩马达 前置级：双喷嘴挡板阀 功率级：零开口四边滑阀 位置（力）反馈。 QDY系列（MooG）系列 工程用
1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧 管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔
∴ M o N c I c 21R1
线圈 气隙3 永磁铁
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
磁路2：永磁铁 气隙2 线圈 气隙4 永磁铁 M o Nc I c 22 R2 M o Nc Ic M o Nc Ic 2 于是就有：1 2 R2 2 R1 式中： M o 2 Rgg—磁铁的磁动势 g —磁铁在气隙中的磁通 N c I c 2 Rgc —线圈的磁动势 c —线圈电流产生的磁通 g Rg —衔铁中位时气隙磁阻， o Ag N c —线圈匝数
5.2.1 Analysis of torque motor 力矩马达分析 5.2.2 Analysis of nozzle flapper valve 喷嘴挡板阀分析 1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧 5.2.3 Analysis of coil circuit 线圈电路分析
力矩马ห้องสมุดไป่ตู้磁路
F1
x 2 c 2 ( ( ) 1 x g 即 ， 考虑到： c g 即 ) 1，上式化简后得: g g Tm K t I c K m ——力矩马达电磁力矩方程
a K t 2( ) N cg—电磁力矩系数 式中： g a 2 K m 4( ) 2 Rgg —磁弹簧系数 g
5.1.1电液伺服阀作用： 信号转换元件：电信号— —机械信号（机-电接口） 功率放大元件：信号功率 （毫瓦-瓦级）——驱动功 率（千瓦-数百千瓦级）
1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧 管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔
5.1. Structures and types 构造与类型
x 2 c 2 x 4g {[1 ( ) ]c g [1 ( ) ] 力矩马达磁路 g g g 2 2 ∴ 1 2 x [1 ( ) 2 ]2 g Nc Ic Nc Ic 因为c 2 R x a tg a 并且 g g 2 0 Ag
1
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
a 2 2 T 2 ( F F ) a ( ∴ m 1 2 1 2) 0 Ag
2g N c
Ag
F2
a x g 2 a 2 [1 ( ) 2 ]I c 4 g ( ) [1 ( c ) 2 ] g g 0 Ag g g x [1 ( ) 2 ]2 g
---
K s[( s
hv
)
2
2 v
hv
s 1]
xv
K 其中：
K qp r
(r b) A 1 fa v hv —阻尼比 2 Kl
hv —开环增益，
Kl —无阻尼自然频率 Ja
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
5.0 Introduction 引言


电液伺服阀既是电液转换元件，又是功 率放大元件 能将微小的电气输入信号成比例地转换 为大功率的液压功率输出 电液伺服阀控制精度高、响应速度快 电液伺服系统中的关键元件 高性能的电液控制元件 高技术产品
Chapter 5 Electro-hydraulic Servo valve 第五章 电液伺服阀
大亚湾核电站主蒸汽阀门 电液伺服控制机构
大亚湾核反应堆模型
核燃料棒模型
核电站模型
核燃核电站外景
Chapter 5 Electro-hydraulic Servo valve 第五章 电液伺服阀
5.0 Introduction 引言 5.1. Structures and types 构造与类型 5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
Ic
Kt
Tm
---
1 J a s 2 f a s Kl

r
xp
K qp As
xv
K f ( r b)
化简后得：
Ic
Kt K f ( r b)
5.2.1 Analysis of torque motor 力矩马达分析 5.2.2 Analysis of nozzle flapper valve 喷嘴挡板阀分析 5.2.3 Analysis of coil circuit 线圈电路分析
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
Chapter 5 Electro-hydraulic Servo valve 第五章 电液伺服阀
5.0 Introduction 引言 5.1. Structures and types 构造与类型 5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
∵
Kl K f (r b) J a ∴ hv
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
xp r （2）挡板角位移与挡板线位移之间的关系 （x p r tg r ，偏转角很小时，正切值就等于角的弧度）
X p ( s) r ( s) 拉斯变换后得: （2） （3）挡板线位移与滑阀位移之间的关系 K qp x p xv dt A K qp X p ( s) （3） 拉斯变换整理后得： X v ( s) As K qp —喷嘴挡板阀的流量增益， x p —挡板在喷嘴处的位移m 式中： A —滑阀的阀芯截面积，m2 ， xv —滑阀阀芯位移，m 由上3式可得以滑阀位移为输出，马达线圈电流为输入的方框图
3-永磁铁 4-衔铁 5-导磁体 6-弹簧管
1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧 管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔
5.1. Structures and types 构造与类型
5.1.3 类型 (1). 动圈力马达伺服阀 构造 机-电转换的动圈式力马达 两级滑阀放大 前置级—正开口滑阀 功率级—零开口四边滑阀 位置反馈 DY系列，工业用
1-永磁铁 2-调整螺钉 3平衡弹簧 4-动圈
5.1. Structures and types 构造与类型
3
5


动铁式力矩马达
衔铁在磁场中受力的原理 输入电流I=10～30mA 输出力矩T=0.02～0.06Nm 输出角位移±0.25mm
或±10-4rad

频响200～1000Hz
12 因此就有： F1 2 0 Ag1 设计时保证了 Ag1 Ag 2 Ag 3 Ag 4 Ag 1 2 2 F F ( 所以就有： 1 2 1 2) 20 Ag
磁路1：永磁铁 气隙1
Ag
F2
力矩马达磁路
F1
（3）等效磁路的磁动势（柯希霍夫第2定律）
M o 1R1 Nc I c 3 R3 0 ∵ 1R1 3 R3
管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
5.2.2 Analysis of nozzle flapper valve 喷嘴挡板阀分析 （1）. 挡板组件的力矩方程 d 2 d Tm J a 2 f a K a TL dt dt 式中： J a —挡板组件的转动惯量 f a —挡板组件的粘性阻尼系数 K a—弹簧管的刚度系数 TL K f [( r b) xv ]( r b) 反馈杆力矩，其中K f是反馈杆的弹簧刚度。 将TL 和Tm K t I c K m 代入上式拉斯变换后得 K t I c ( J a s 2 f a s K l ) K f (r b) X v （1） 式中： Kl K a K m K f (r b) 2 K f (r b) 2，设计时保证了K a K m 即弹簧管刚度等于磁弹簧刚度
5.1.2构造 电-机械转换器（力马达、力矩 马达） 电流—电磁力（力矩）—机械 位移（角位移） 液压功率放大器（液压阀） 前置放大：双喷嘴挡板阀（正 开口四边滑阀，喷管阀） 功率放大：零开口四边滑阀 反馈装置（放大级间反馈）
1-永磁铁 2-下导磁体 3-衔铁 4-线圈 5-弹簧 管 6-上导磁体 7 喷嘴 8-滑阀 9-固定节流孔
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
gx gx R1 R2 ， 分别是气隙1，2处的磁阻 o Ag o Ag g—衔铁中位时气隙长度，x—衔铁在气隙中的偏转量 Ag 带入相关参数整理后得： F2 g c g c 1 2 x x 1 1 g g F
5.1. Structures and types 构造与类型
力马达与力矩马达 动圈式力马达 载流体在磁场中受力的原理 输出力：F=πDNBgI=KfI 输入电流I=150～300mA，F=3～5N 最大位移±(1～3)mm，频响≤100Hz 式中：D-线圈直径，N-线圈匝数 Bg-磁感强度，Kf-电磁力系数
5.2.1 Analysis of torque motor 力矩马达分析 Ag （1）电磁力矩：
Tm 2( F1 F2 )a
F2
（2）电磁力：
2 F 2 0 Ag
力矩马达磁路
—气隙中的磁通 式中： 4 10 7 —空气的磁导率，H/m Ag—气隙的面积，㎡
F1
5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
5.0 Introduction 引言 5.1. Structures and types 构造与类型 5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析
5.1. Structures and types 构造与类型
Chapter 5 Electro-hydraulic Servo valve 第五章 电液伺服阀
5.0 Introduction 引言 5.1. Structures and types 构造与类型 5.2. Analysis of torque motor type electrohydraulic servo valve力矩马达式电液伺服阀分析