伺服阀的动作原理

电液伺服阀的工作原理

∙电液伺服阀由力矩马达和液压放大器组成。

力矩马达工作原理

磁铁把导磁体磁化成N、S极，形成磁场。衔铁和挡板固连由弹簧支撑位于导磁体的中间。挡板下端球头嵌放在滑阀中间凹槽内；线圈无电流时，力矩马达无力矩输出，挡板处于两喷嘴中间；当输入电流通过线圈使衔铁3左端被磁化为N极，右端为S极，衔铁逆时针偏转。弹簧管弯曲产生反力矩，使衔铁转过θ角。电流越大θ角就越大，力矩马达把输入电信号转换为力矩信号输出。

前置放大级工作原理

压力油经滤油器和节流孔流到滑阀左、右两端油腔和两喷嘴腔，由喷嘴喷出，经阀9中部流回油箱力矩马达无输出信号时，挡板不动，滑阀两端压力相等。当力矩马达有信号输出时，挡板偏转，两喷嘴与挡板之间的间隙不等，致使滑阀两端压力不等，推动阀芯移动。

功率放大级工作原理

当前置放大级有压差信号使滑阀阀芯移动时，主油路被接通。滑阀位移后的开度正比于力矩马达的输入电流，即阀的输出流量和输入电流成正比；当输入电流反向时，输出流量也反向。滑阀移动的同时，挡板下端的小球亦随同移动，使挡板弹簧片产生弹性反力，阻止滑阀继续移动；挡板变形又使它在两喷嘴间的位移量减小，实现了反馈。当滑阀上的液压作用力和挡板弹性反力平衡时，滑阀便保持在这一开度上不再移动。

电液伺服阀的分类

∙ 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

流管式和偏转板射流式。

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，电反馈式

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伺服阀和压力控制伺服阀。

电液伺服阀运转不良引起的故障

∙ 1 油动机拒动

在机组启动前做阀门传动试验时，有时出现个别油动机不动的现象，在排除控制信号故障的前提下，造成上述现象的主要原因是电液伺服阀卡涩。尽管在机组启动前已进行油循环且油质化验也合格，但由于系统中的各个死角的位置不可能完全循环冲洗，所以一些颗粒可能在伺服阀动作过程中卡涩伺服阀。

2 汽门突然失控

在机组运行过程中，有时在控制指令不变的情况下，汽门突然全开或全关，造成上述现象的主要原因是电液伺服阀堵塞。主要是油中的赃物堵塞伺服阀的喷嘴挡板处，造成伺服阀突然向一个方向动作，导致油动机向一个方向运动到极限位置，使汽门失去控制。

3 气门摆动

汽门摆动是较常见的故障现象，在排除控制信号故障的前提下，伺服阀工作不稳定是主要原因。伺服阀的内漏大，分辨率大和零区不稳定，均可能引起电调系统的摆动。伺服阀的分辨率增大，使伺服阀不能很快响应控制系统的指令，容易引起系统的超调，导致系统在一定范围内不停调整，造成汽门摆动。伺服阀阀口磨损，不但引起伺服阀泄漏量增大，而且会引起伺服阀零区不稳定，使伺服阀长期处于调整状态，严重时会引起汽门摆动。

4 油动机迟缓率大

造成此现象的原因很多，伺服阀的流量增益低，压力增益低以及伺服阀滤芯堵塞引起伺服阀分辨率过大等，都可能增大油动机迟缓率。解决办法是严格控制抗燃油油质，定期检验伺服阀。

5油动机关不到位

在控制信号和机械部分没有问题的前提下，造成油动机关不到位的主要原因为伺服阀的零偏不对。

电液伺服阀的特点及应用

∙电液伺服阀具有动态响应快,控制精度高,使用寿命长等优点,已广泛应用于航空,航天,舰船,冶金,化工等领域的电液伺服控制系统中.

电液伺服阀的发展历程

∙液压控制技术的历史最早可追溯到公元前240 年,当时一位古埃及人发明了人类历史上第一个液压伺服系统――水钟. 然而在随后漫长的历史阶段, 液压控制技术一直裹足不前, 直到18 世纪末19 世纪初,才有一些重大进展.在二战前夕,随着工业发展的需要,液压控制技术出现了突飞猛进地发展,许多早期的控制阀原理及专利均是这一时代的产物.如: Askania 调节器公司及Askania-Werke 发明及申请了射流管阀原理的专利.同样, Foxboro 发明了喷嘴挡板阀原理的专利.而德国Siemens 公司发明了一种具有永磁马达及接收机械及电信号两种输入的双输入阀,并开创性地使用在航空领域.

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.然随着控制理论的成熟及军事应用的需要, 伺服阀的研制和发展取得了巨大成就. 1946 年, 英国Tinsiey 获得了两级阀的专利;Raytheon 和Bell 航空发明了带反馈的两级阀;MIT 用力矩马达替代了螺线管使马达消耗的功率更小而线性度更好.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.1957 年R.Atchley 利用Askania 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.

1959 年2 月国外某液压与气动杂志对当时的伺服阀情况作了12 页的报道, 显示了当时伺服阀蓬勃发展的状况.那时生产各种类型的伺服阀的制造商有20 多家.各生产厂

家为了争夺伺服阀生产的霸权地位展开了激烈地竞争. 回顾历史, 可以看到最终取胜的几个厂家, 大多数生产具有反馈及力矩马达的两级伺服阀.我们可以看到, 1960 年的伺服阀已具有现代伺服阀的许多特点.如:第二级对第一级反馈形成闭环控制;采用干式力矩马达;

前置级对功率级的压力恢复通常可达到50%;第一级的机械对称结构减小了温度,压力变化对零位的影响. 同时, 由早期的直动型开环控制阀发展变化而来的直动型两级闭环控制伺服阀也已出现.当时的伺服阀主要用于军事领域,随着太空时代的到来,伺服阀又被广泛用于航天领域,并研制出高可靠性的多余度伺服阀等尖端产品.

与此同时,随着伺服阀工业运用场合的不断扩大,某些生产厂家研制出了专门使用于工业场合的工业伺服阀. Moog 公司就在1963 年推出了第一款专为工业场合使用的73 如系列伺服阀产品.随后,越来越多的专为工业用途研制的伺服阀出现了.它们具有如下的特征:较大的体积以方便制造;阀体采用铝材(需要时亦可采用钢材);独立的第一级以方便调整及维修;主要使用在14MPa 以下的低压场合;尽量形成系列化,标准化产品.然而

Moog 公司在德国的分公司却将其伺服阀的应用场合主要集中在高压场合, 一般工作压力在21MPa,有的甚至到35MPa,这就使阀的设计专重于高压下的使用可靠性.而随着伺服阀在工业场合的广泛运用, 各公司均推出了各自的适合工业场合用的比例阀. 其特点为低成本, 控制精度虽比不上伺服阀, 但通过先进的控制技术和先进的电子装置以弥补其不足, 使其性能和功效逼近伺服阀.1973 年,Moog 公司按工业使用的需要,把某些伺服阀转换成工业场合的比例阀标准接口.Bosch 研制出了其标志性的射流管先导级及电反馈的平板型伺服阀.1974 年,Moog 公司推出了低成本,大流量的三级电反馈伺服阀.Vickers 公司研制了压力补偿的KG 型比例阀.Rexroth,Bosch 及其他公司研制了用两个线圈分别控制阀芯两方向运动的比例阀等等

电液伺服阀的发展趋势

当前,新型电液伺服阀技术的发展趋势主要体现在新型结构的设计,新型材料的采用及电子化,数字化技术与液压技术的结合等几方面.

1/新型结构的设计

在20 世纪90 年代,国外研制直动型电液伺服阀获得了较大的成就.现形成系列产品的有Moog 公司的D633,D634 系列的直动阀,伊顿威格士(EatonVickers)公司的LFDC5V 型,德国Bosch 公司的NC10 型,日本三菱及KYB 株式会社合作开发的MK 型阀及Moog 公司与俄罗期沃斯霍得工厂合作研制的直动阀等.该类型的伺服阀去掉了一般伺服阀的前置级, 利用一个较大功率的力矩马达直接拖动阀芯, 并由一个高精度的阀芯位移传感器作为反馈.该阀的最大特点是无前置级,提高了伺服阀的抗污染能力.同时由于去掉了许多难加工零件,降低了加工成本,可广泛使用于工业伺服控制的场合.国内有些单位如中国运载火箭技术研究院第十八研究所, 北京机床研究所, 浙江工业大学等单位也研制出了相关产品的样机. 特别是北京航空航天大学研制出转阀式直动型电液伺服阀. 该伺服阀通过将普通伺服阀的滑阀滑动结构转变为滑阀的转动, 并在阀芯与阀套上相应开了几个与轴向有一定倾角的斜槽.阀芯阀套相互转动时,斜槽相互开通或相互封闭,从而控制输出压力或流量.由于在工作时阀芯阀套是相互转动的,降低了阀工作时的摩擦阻力,同时污