第五章电液伺服阀(2015)详解

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5.1电液伺服阀分类及发展概述
电液伺服阀是液压控制系统的核心元件。电液伺服阀的种类 较多，按不同的方法分类如下：
1. 按液压放大级数可分为单级电液伺服阀，两级电液伺服阀， 三级电液伺服阀。 2 .按液压前置级的结构形式 ，可分为单喷嘴挡板式 ，双喷嘴 挡板式 ，滑阀式 ，射流管式等。 3. 按反馈形式可分为位置反馈式 ，负载压力反馈式 ，负载流 量反馈式等。 4. 按电机械转换装置可分为动铁式和动圈式。 5. 按输出量形式可分为流量控制伺服阀和压力控制伺服阀
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对力矩马达的要求
1.产生足够的力和行程(体积小,重量轻) 2.动态性好,响应速度快 3.直线性好,死区小,灵敏度高,磁滞小 4.特殊情况下,要求抗震,抗冲击,适应恶劣环境
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力矩马达的型式很多，比较常见的是极化永磁式力矩马达
由于这种力矩马达采用永久磁
铁以产生固定磁通Φg，故称永磁
式。由于力矩马达中有极化磁场与 控制线圈所产生的控制磁场相互作 用而产生输出力矩，故称极化式。 由于有衔铁摆动以产生输出位移， 故也叫动铁式。
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qL
q L
qL
Δi
Δi
pL
pL
Δi
pL
O
ps O
ps O
ps
a）
b）
c）
a）滑阀位置反馈
b）负载静压反馈
3)在同样的惯性下，动铁式力矩马达的输出力矩大， 而动圈式力马达的输出力小。
4)在相同功率情况下，动圈式力马达比动铁式力矩马 达体积大，但动圈式力马达的造价低。
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5.3 两级电液伺服阀
i 电-机械 位移 前置
转换器
放大级
功率 pL; QL 放大级
按反馈形式分为
滑阀位置反馈、负载流量反馈、负载 压力反馈 （阀的压力-流量特性曲线 不同）
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5.2 单级滑阀式电液伺服阀
5.2.1 动铁式单级电液伺服阀
直流伺服电机、步进电机、力矩马达、动圈式力马达以及 动铁式力马达(后者一般的称为比例电磁铁)等都是这种电机械转换装置，但在伺服阀中应用最广的是力矩(力)马达。 力矩马达是一个电磁元件。它输入的电信号通常为直流电 流，输出的物理量是力矩(力)；力矩及力都可以通过一个弹 性元件转换为角位移或直线位移，所以力矩(力)马达的输出 量也可以是机械位移量。 力矩马达的型式很多，比较常见的是极化永磁式力矩马达
1—直流电放大器 2—上导磁体 3—永久磁铁 4—衔铁 5—下导磁体 6—弹簧管 7—永久磁铁
图5.2 极化永磁式力矩马达原理图
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4T
pS
Xv
Q1
Q2
A
B
p1 V1 p2 V2 θ
TL
图5.3单级动铁式电液伺服阀
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5.2.2 动圈式单级电液伺服阀
衔铁运动的力矩(力)马达属动铁式。 另外一大类力矩 1 2 3 4 5 6 7
第四章 电-机械转换元件
本
4.1 极化永磁式力矩马达
章
4.2 极化电磁式力矩马达
自
4.3 电磁直线位移式力马达
学
4.4 动圈式力马达
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第五章 电液伺服阀
5.1 电液伺服阀分类及发展概述 5.2 单级滑阀式电液伺服阀 5.3 两级电液伺服阀 5.4 三级电液伺服阀 5.5 电液伺服阀的主要性能指标
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电液伺服阀发历程
1. 在二战末期，伺服阀是用螺线管直接驱动阀芯运动的单级开环控制
阀。 2. 1946年，英国Tinsiey获得了两级阀的专利;Raytheon(雷神公司)和Bell(贝
尔)航空发明了带反馈的两级阀;MIT(麻省理工)用力矩马达替代了螺线 管使马达消耗的功率更小, 线性度更好。 3.1950年，W C.Moog第一个发明了单喷嘴两级伺服阀。1953年至1955年 间，T.H. Carson发明了机械反馈式两级伺服阀;W C.Moog发明了双喷嘴 两级伺服阀;Wolpin发明了干式力矩马达，消除了原来浸在油液内的力 矩马达由油液污染带来的可靠性问题。 4.1957年R. Atchley利用射流管原理研制了两级射流管伺服阀。并于1959年 研制了三级电反馈伺服阀。 5. Moog公司就在1963年推出了第一款专为工业场合使用的73系列伺服阀产 品。随后，越来越多的专为工业用途研制的伺服阀出现了。
当信号电流通过控制线圈时，载流线圈在磁场中产生的电磁力，通过控 制杆与十字弹簧的反力平衡，阀心移动相应的位移，从而使阀输出相应 的流量。
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图5.5 单级动圈式电液伺服阀原理图
动铁式力矩马达与动圈式力矩马达的比较
1)动铁式力矩马达动态响应比动圈式力马达大。
2)动圈式力马达的线性范围比动铁式力矩马达宽。因 此．动圈式力马达的工作行程大，而动铁式力矩马达 的工作行程小。
h
K ce Ap
eMt
Vt
3.速度常数Kv
Kv
Kq Ap
4.刚度
Kh
4e Ap2
Vt
3
5.1电液伺服阀分类及发展概述
液压能源
信号 ei 比较 eg
发生
-
ef
电伺服 i 放大器
力矩 马达
液压 放大元件
检测及反馈
电液控制系统组成原理框图
扰动
液压 xp
执行件
在电液系统中必须有一个元件，它能将电信号转换为机械位移信 号作为液压放大元件的输入信号，整个电液系统才能正常工作
前章知识回顾
放大元件重要特性参数
1.流量增益 2.压力增益
3.压力流量系数
Kq
QL xv
CdW
1
(
ps
百度文库
pL
)
Kp
pL xv
2( ps xv
pL )
Kq Kc
Kc
QL pL
CdWxv 2(
1
(
ps
ps pL )
pL )
动力元件重要特性参数
1.液压固有频率 h
4e Ap2
M tVt
2.阻尼系数h
(力)马达是动圈式， 即载流线圈是在磁场 中运动的。
1.永久磁铁；2.内导磁体；3.外导磁体 4.可动控制线圈 5.线圈骨架；6对中弹簧；7.滑阀阀芯
图5.4 动圈式力马达工作原理图 12
5.5.2 动圈式单级电液伺服阀
1.磁铁；2. 导磁体；3.十字弹簧；4.控制杆 5.阀芯； 6.阀体；7.控制线圈；8.框架
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电液伺服阀主要厂家
国外 美国Moog公司、美国Park公司、美国Eaton-Vickers公司 英国Dowty（道蒂 ）公司、英国STAR公司 俄罗斯的“祖国”设计局、沃斯霍得工厂 德国Bosch-Rexroth公司
国内 航空工业总公司第六O九研究所、第六一八研究所、秦峰机床厂 中国运载火箭技术研究院第十八研究所、上海航天控制工程研究所 中国船舶重工集团公司第七O四研究所 北京机床研究所