第五章 液压控制元件(四) [兼容模式]

5.3电液伺服阀电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。

它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。

根据输出液压信号的不同，电液伺服阀和比例阀可分为电液流量控制伺服阀和比例阀和电液压力控制伺服阀和比例阀两大类。

电液伺服阀控制精度高、响应速度快，是一种高性能的电液控制元件，在液压伺服系统中得到了广泛的应用。

的电液控制元件在液压伺服系统中得到了广泛的应用在电液伺服系统中，电液伺服阀将电气部分与液压部分连接起来，实现整个系统的控制策略和执行元件的动作。

所以，电液伺服阀的性能，特别是其电液伺服阀的动特性和稳定性，直接影响到整个液的性能特别是其电液伺服阀的动特性和稳定性直接影响到整个液压系统乃至机械设备的可靠性和寿命。

电液伺服阀的发展史就是一部力图获得速度更快、精度更高、稳定性更好的创新史。

伺服阀：电液伺服阀：将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号电液伺服阀将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号（流量或压力）输出。

气液伺服阀：将输入的气动信号转换为液压信号机液伺服阀：绝大多数伺服阀是电液伺服阀。

电液伺服阀的发展历史1.早期。

这门学科作出了突出贡献的人可以肯定的说是Ktesbios。

公元前247年公元前到285年，生活在亚历山大城的古埃及人Ktesbios发明了很多液压伺服机构。

其中最为杰出的一种是水钟，他设计的水钟可以显示长达一个月的准确时间。

其原理是通过节流孔将浮标显示的液面高度与容器形成个准确时间其原理是通过节流孔将浮标显示的液面高度与容器形成一个闭环反馈系统。

从某种意义上说，这种浮标已经具备现代液压伺服阀的雏形。

1795年，约瑟夫布拉马应用帕斯卡原理制作了水压机，1796年，莫·兹利为了使水压机更好的工作，设计了水压机泵的密封装置—皮碗密封。

而它是我们现在密封技术的初形。

到了18世纪末期，蓄能器在英国出现。

199世纪早期，开始采用油液代替水成为液压系统的介质，同时方向控制阀采用电信号进行驱动。

电液伺服阀的发展历史2 二战期间。

在二战前夕，由于空气动力学的应用要求一种能够实现机械信号与气体信号转换装置。

阿斯卡尼亚控制器公司及Askania -Werke根据射流原理发明了射流管阀并申请了专利。

根据同样的根据射流原理发明了射流管阀并申请了专利根据同样的原理，福克斯波罗申请了双喷嘴挡板阀的专利。

德国西门子公司发明了永磁式力矩马达，它可以接受通过弹簧输入的机械信号和移动线圈产生的电信号，并开创性地使用在航空领域。

移动线圈产生的电信号并开创性地使用在航空领域在二战末期，伺服阀是采用滑阀阀芯在阀套中移动的结构。

阀芯的运动是直流螺线管产生的电磁力与弹簧产生的压力共同作用的结果，因此，此时的伺服阀还仅仅是种单级开环控制阀。

用的结果，因此，此时的伺服阀还仅仅是一种单级开环控制阀。

电液伺服阀的发展历史3 二战后。

液伺服阀的发展历史二次世界大战之后，由于军事的刺激，自动控制理论特别是武器和飞行器控制系统的研究得到进一步发展。

这从另一个方面大大刺激了液压伺服阀的研制与创新。

1946年，英国的廷斯利发明了两级液压阀;雷神和贝尔飞机公司获得了带反馈两级伺服阀的专利;麻省理工学院采用线性度更好、更节能的力矩马达代替螺线管作为滑阀的驱动装置。

1950年，发明了采用喷嘴节流孔作前置级的两级伺服阀。

在此基础上，从年穆格发明了采用喷嘴节流孔作前置级的两级伺服阀在此基础从1953年至1955年，卡森发明了机械反馈式两级伺服阀;穆格改进了双喷嘴节流孔结构;沃尔平则将湿式电磁铁改为干式的，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，阿奇利发明了射流管阀作为前置级的两级电液伺服阀。

并于1959年成功研制出了三级电信号反馈伺服阀。

此时的电液伺服阀开发研制进人了迅速发展时期，很多结构设计进一步提高了电液伺服阀的性能。

特别是1960年的电液伺服阀设计更多地显示出了现代伺服阀的特点。

如:两级间形成了闭环反馈控制;力矩马达更轻移动距离更小;前置级对功率级的压差通常可达到50%以上;前置级无摩擦并且与工作油液相互独立;前置级的机械对称结构减小了温度、压力变化对零位的影响。

电液伺服阀的发展历史⏹在20多年的时间里，电液伺服阀完成了从早期的单级开环控制阀到两级闭环控制伺服阀的转变。

可以看出，在那个时代中电液伺服阀的发展更多的是由十军事应用的需要，因此，它的开发液伺服阀的发展更多的是由十军事应用的需要因此它的开发是不计一成本的，这也造成了当时的电液伺服阀性能优越但价格昂贵。

随后一些公司开始开发电液伺服发的工业应用穆格公司⏹随后，一些公司开始开发电液伺服发的工业应用。

穆格公司于1963年研制出73系列电液伺服阀，可以满足工业用油的清洁度要求。

此后，为了满足现代工业的要求，以1960年的伺服阀为基础的伺服阀结构设计研制仍在继续如阀的体积变大(与航用础的伺服阀结构设计研制仍在继续。

如:与航空用阀相比)，材料也不再是锻钢;先导级独立出来，以方便维修和调试;阀的许用压力范围降低至10MPa到20MPa，而不再是原来的30MPa;开始标准化生产，以降低成本和满足通用的要求。

美国Moog 公司G761g 系列伺服阀Moog(穆格）公司创建于1951年，创建者William C.Moog 是电液伺服阀的发明人。

航天十八所伺服阀产品三级电液伺服阀喷嘴挡板伺服阀5.1 电液伺服阀的组成与分类电液伺服阀的成一、电液伺服阀的组成电液伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、液压放大器、三部分组成。

反馈机构(或平衡机构)部分成二、电液伺服阀的分类1.按液压放大级数分为：按液压放大级数分为单级伺服阀此类阀结构简单、价格低廉，但由于力矩马达或力马达输出力矩或力小定位刚度低使阀的输马达或力马达输出力矩或力小、定位刚度低，使阀的输出流量有限，对负载动态变化敏感，阀的稳定性在很大程度取决于负载动态容易产不稳定状态只适用程度上取决于负载动态，容易产生不稳定状态。

只适用于低压、小流量和负载动态变化不大的场合。

两级伺服阀此类阀克服了单级伺服阀缺点，是最常用的型式。

三级伺服阀此类阀通常是由一个两级伺服阀作前置级控制第三级功率滑阀．功率级滑阀阀芯位移通过电气反馈形成闭环控制，实现功率级滑阀阀芯的定位。

三级伺服阀通常只用在大流量的场合。

2.按第一级阀的结构形式分类：可分为：滑阀、单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀射流管阀和偏转板射流阀。

滑阀放大器：作为第一级，其优点是流量增益和压力增益高，输出流量大，对油液清洁度要求较低。

缺点是：结构工艺复杂，阀芯受力较大，阀的分辨率低，滞环较大，响应慢。

单喷嘴挡板阀：很少使用，特性不好双喷嘴挡板阀：双喷嘴挡板阀优点：动态响应快、压力灵敏度高、特性线性度好、所需输入功率小。

缺点：喷嘴与挡板间的间隙小，易堵塞，抗污染能力差，对油液清洁度要求高。

射流管阀：射流管阀优点：抗污染能力强，压力效率和容积效率高。

缺点：特性不易预测，低温特性稍差。

3.按反馈形式分类：可分为滑阀位置反馈、负载流量反馈和负载压力反馈三种。

4.按力矩马达是否浸泡在油中分类：湿式、干式4按力矩马达是否浸泡在油中分类湿式干式湿式的可使力矩马达受到油液的冷却，但油液中存在的铁污物使力短马达持性变坏，干式的则可使力矩马达不受油液污物使力短马达持性变坏干式的则可使力矩马达不受油液污染的影响，目前的伺服阀都采用干式的。

5.按输出量分类：5按输出量分类流量伺服阀、压力伺服阀、压力流量伺服阀伺服阀结构从阀体开始。

为了使阀芯凸肩与油口精为了使阀芯凸肩与油口精在主阀体内，还应安装用于过阀体端盖用于通过从过滤先导级含有两个喷嘴于中位。

于中位则取决于电流大小。

则取决于电流大小处于两喷嘴中间，这时主阀5.2 力矩马达在电液伺服阀中力矩马达的作用是将电信号转换为机械运动，因而是个电气机械转换器。

电气机械转换器运动，因而是一个电气——是利用电磁原理工作的。

它由永久磁铁或激磁线圈产生极化磁场电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场两个化磁场。

电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力或力矩，从而使其运动部分产直线位移或角位号极性的力或力矩从而使其运动部分产直线位移或角位移的机械运动。

一、力矩马达的分类及要求、力矩马达的分类及要求1、力矩马达的分类1)根据可动件的运动形式可分为：直线位移式和角位移式，前者称力马达，后者称力矩马达。

2)按可动件结构形式可分为：动铁式和动圈式两种。

前者可动件是衔铁，后者可动件是控制线圈。

3)按极化磁场产生的方式可分为非激磁式按极化磁场产生的方式可分为：非激磁式、固定电流激磁和永磁式三种。

2、对力矩马达的要求作为阀的驱动装置，对它提出以下要求；1)能够产生足够的输出力和行程，体积小、重量轻。

重量轻2)动态性能好、响应速度快。

3)直线度好、死区小、灵敏度高和磁滞小。

直线度好死区小灵敏度高和磁滞小4)在某些使用情况下，还要求它抗振、抗冲击、不受环境温度和压力等影响。

二、永磁力矩马达1、力矩马达的工作原理图2所示为一种常用的永磁动铁式力矩马达工作原理图，它由永久磁铁、上导磁体、下导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。

衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧管的转动中心作微小的转动。

衔铁两端与上、下导磁体(磁极)形成四个工作气隙①、②、⑤、①。

两个控制线圈套在衔铁之上。

上、下导磁体控制线圈套在衔铁之上上下导磁体除作为磁极外，还为永久磁铁产生的极化磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁路。

磁路2、力矩马达的电磁力矩通过力矩马达的磁路分析可以求出电磁力矩的计算公式。

从磁路分析知电磁力矩是非线性的，因此为保证输出曲线的线性，往往设计成可动位移和气隙长度只比小于三分之一（x/lg<1/3)，控制磁通远远小于极化磁通。

小极化线性化后的力矩马达的输出力，d t m T K i K θ=∆+衔铁在中位时，由控制电流产生的电磁力矩衔铁偏离中位时，气隙发生变化而产生的附加电磁力矩三、永磁动圈式力马达图示为永磁动式力马达的结构原理。

力马达的可动线圈悬置于作气隙中，永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通，当控制电流加到线圈上时线圈就会受到控制电流加到线圈上时，线圈就会受到电磁力的作用而运动。

线圈的运动方向可根据磁通方向和电流方向按左手定则判断线圈上的电磁力方向按左手定则判断。

线圈上的电磁力克服弹簧力和负载力，使线圈产生一个与控制电流成比例的位移流成比例的位移。

t cF K i 力马达线圈所受的电磁力：四、动铁式力矩马达与动圈式力马达的比较1)动铁式力矩马达因磁滞影响而引起的输出位移滞后比动圈式力马达大。

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。