第五章 电液伺服阀(2015)
第五章 电液伺服系统
5.1 电液位置伺服系统 5.2 电液速度伺服系统 5.3 电液伺服系统在轧钢中的应用
5.1 电液位置伺服系统
系统组成原理图 系统工作原理与方框图 系统的传递函数 液压控制系统技术指标 系统精度分析 系统的校正
系统组成原理图
系统的工作原理(一)
电液伺服阀控缸位置控制系统，两个电 位器组成的电桥测量输入（指令电位器） 与输出（工作台位置）之间的位置偏差 信号（用电压表示）。若反馈信号电位 器的滑臂指示电位与指令电位器的滑臂 指示电位不等时，则生产偏差电压。
系统的传递函数(一)
根据双电位器阀控缸的位置控制的方框图，可 以写出系统的开环传递函数为：
Au ( s ) = Kv s s 2 2ξ sv s 2 2ξ h s ω + 1 ω 2 + ω + 1 ω 2 + ω + 1 sv h a sv h
液压控制系统的技术指标
一个具体的液压控制系统，除了要满足 一些常规的技术指标外，还有控制系统 特有的技术要求，主要表现在： 控制系统的稳定性 控制系统的响应特性 系统的控制精度(误差)
控制系统的稳定性
稳定是一个控制系统正常工作的必要条 件，是首要考虑的指标。稳定性是指系 统在偏离平衡状态后外作用消失，系统 恢复到新的或原来的平衡状态的能力。 判定系统的稳定性，可以用劳斯判据。 对三阶方程 a3 s 3 + a2 s 2 + a1s + a0 = 0 其稳定条 件是 a0 a3 < a1a2 。 另一种则是利用开环对数频率特性。
τ c = RC
速度控制系统的校正(二)
校正后系统的开环方框图为：
速度控制系统的校正(结束)
电液伺服阀
• 这是个流量控制型伺服阀：由于功率
阀芯台肩控制棱边与阀套窗孔的相应棱边 的轴向尺寸是按零遮盖状态精密配合的， 所以输出流量的方向取决于控制电流的极 性，而输出流量的大小在负载压力恒定的 条件下与控制电流的大小成比例。
相关性能参数见上表
2、vickers喷嘴挡板阀
图5-26 SM4型阀内部结构 1-滤油器 2-喷嘴 3-衔铁 4-线圈 5-永久磁铁 6-导磁体 7-弹簧管 8-挡板
英国道蒂公司
6、DOWT型三级电液流量伺服阀
三级伺服阀通常是以通用型两级伺服 阀为前置级并以滑阀式控制阀为功率 级所构成。第三级的功率滑阀（或称 主滑阀）依靠位置反馈定位，一般为 电气反馈或力反馈。
电反馈调节方便，改变额定流量 及频率响应容易，适应性大，灵活性 好，是三级阀的主要优点。英国道蒂 公司制造的前置级采用两级双喷嘴挡 板力反馈伺服阀或射流管力反馈伺服 阀。
• 输入的控制电流越大，阀芯的位移量也越 大，节流边开度就越大，输出的流量就越 多，执行机构运动的速度就越快（流量型 控制伺服阀）。如果输入控制电流的极性 相反，则衔铁作顺时针方向偏转，使阀芯 右移，压力油P由B腔进入执行机构，使其 向相反方向运动。
3、Abex400型射流管式伺服阀
美国阿贝克斯400 型射流管式伺服阀
射流管的侧面装有弹簧板及反馈弹簧丝5，其末端插入阀芯中间的小槽内，阀芯推动 反馈弹簧丝5，构成对力矩马达的力反馈。
力矩马达借助薄壁弹簧片实现对液压部件的密封隔离。
射流管伺服阀优点： ① 射流管阀的最小通流尺寸约为0.2mm，而喷嘴挡板式伺服阀
为0.025～0.10mm。因此射流管的抗污染能力强，可靠性高、寿 命长。 • 伺服阀的抗污染能力，一般是由其结构中的最小通流尺寸所决定的。 而在多级伺服阀中，前置级油路中的最小尺寸成为决定性因素。 • ② 射流管阀的压力效率和容积效率高，可以产生较大的控制压力和 流量，这就提高了功率阀的驱动力，增大了功率阀的抗污染能力。 • ③ 从前置级磨蚀对性能的影响来看，射流管喷嘴端面和接受端面的 磨损，对性能的影响小，因此工作稳定，零漂小，寿命长。 射流管阀的缺点：是频率响应低，零位泄漏流量大，低温特性差，加工
液压伺服控制课后题答案大全王春行版
第二章 液压放大元件 习题1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，径向间隙m r c 6105-⨯=，供油压力Pa p s 51070⨯=，采用10号航空液压油在40C ︒工作，流量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。
s pa ⋅⨯=-2104.1μ3/870m kg =ρ 解：对于全开口的阀，d W π=由零开口四边滑阀零位系数2. 已知一正开口量m U 31005.0-⨯=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070⨯=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。
解：正开口四边滑阀零位系数ρsd q p wc k 20= ssd co p p wuc k ρ=ρsd c p wuc q 2=3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，供油压力Pa p s 510210⨯=，最大开口量m x m 30105.0-⨯=，求最大空载稳态液动力。
解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力：4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.220=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量m x 0。
计算时取流量系数62.0=d C ，油液密度3/870m kg =ρ。
解：零开口四边滑阀的流量增益：故m d 31085.6-⨯=全周开口滑阀不产生流量饱和条件5. 已知一双喷嘴挡板阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，零位泄漏流量s m q c /105.736-⨯=，设计计算N D 、0f x 、0D ，并求出零位系数。
计算时取8.00d =C ，64.0df =C ，3/870m kg =ρ。
解：由零位泄漏量ρπs f N df c p X D C q 02⋅⋅⋅= 即160Nf D X =得： mm p C q D s df cN 438.0216=⋅⋅=ρπ 则：若：8.00=d df C C ，1610=Nf D X 则mm D D N 193.044.00== 第三章 液压动力元件 习题1. 有一阀控液压马达系统，已知：液压马达排量为rad m D m /10636-⨯=，马达容积效率为95%，额定流量为s m q n /1066.634-⨯=，额定压力Pa p n 510140⨯=，高低压腔总容积34103m V t -⨯=。
电液伺服阀知识学习电液伺服阀组成电液伺服阀原理
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，它能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能（流量和压力）输出。
它的性能的好坏对系统的影响专门大。
因此，它是电液控制系统的核心和关键。
为了能够正确设计和利用电液控制系统，必需掌握不同类型和性能的电液伺服阀。
伺服阀输入信号是由电气元件来完成的。
电气元件在传输、运算和参量的转换等方面既快速又简便，而且能够把各类物理量转换成为电量。
所以在自动控制系统中普遍利用电气装置作为电信号的比较、放大、反馈检测等元件；而液压元件具有体积小，结构紧凑、功率放大倍率高，线性度好，死区小，灵敏度高，动态性能好，响应速度快等长处，可作为电液转换功率放大的元件。
因此，在一控制系统中常以电气为“神经”，以机械为“骨架”，以液压控制为“肌肉”最大限度地发挥机电、液的优势。
由于电液伺服阀的种类很多，但各类伺服阀的工作原理又大体相似，其分析研究的方式也大体相同，故今以常常利用的力反馈两级电液伺服阀和位置反馈的双级滑阀式伺服阀为重点，讨论它的大体方程、传递函数、方块图及其特性分析。
其它伺服阀只介绍其工作原理，同时也介绍伺服阀的性能参数及其测试方式。
电液伺服阀的组成电液伺服阀在电液控制系统中的地位如图27所示。
电液伺服阀包括电力转换器、力位移转换器、前置级放大器和功率放大器等四部份。
3.1.1 电力转换器包括力矩马达（转动）或力马达（直线运动），可把电气信号转换为力信号。
3.1.2 力位移转换器包括钮簧、弹簧管或弹簧，可把力信号变成位移信号而输出。
3.1.3 前置级放大器包括滑阀放大器、喷嘴挡板放大器、射流管放大器。
3.1.4 功率放大器——滑阀放大器由功率放大器输出的液体流量则具有必然的压力，驱动执行元件进行工作。
图27 电液控制系统方块图电液伺服阀的分类电液伺服阀的分类电液伺服阀的种类很多，按照它的结构和性能可作如下分类：1）按液压放大级数，可分为单级伺服阀、两级伺服阀和三级伺服阀，其中两级伺服阀应用较广。
电液伺服阀和电液比例阀的概述
电液伺服阀和电液比例阀的概述摘要 介绍了电液伺服阀和电液比例阀的组成及功能特点，同时对两种阀进行了比较，得出两种阀的使用特点和使用场合。
关键词 电液伺服阀 电液比例阀 闭环控制 力矩马达 比例电磁铁 反馈装置1.前沿阀对流量的控制可以分为两种： 一种是开关控制：要么全开、要么全关，流量要么最大、要么最小，没有中间状态，如普通的电磁换向阀、电液换向阀。
另一种是连续控制：阀口可以根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，这类阀有手动控制的，如节流阀，也有电控的，如比例阀、伺服阀。
所以使用比例阀或伺服阀的目的就是：以电控方式实现对流量的节流、压力控制。
2.电液伺服阀电液伺服阀是一种自动控制阀，它既是电液转换组件，又是功率放大组件，其功用是将小功率的模拟量电信号输入转换为随电信号大小和极性变化、且快速响应的大功率液压能[能量（或）和压力]输出，从而实现对液压执行器位移（或转速）、速度（或角速度）、加速度（或角加速度）和力（或转矩）的控制。
电液伺服阀通常由电气-机械转换器、液压放大器（先导阀和功率级主阀）和检测机构组成。
电液伺服阀的基本组成有前置级液压放大器的伺服阀，无论是射流放大器还是喷嘴挡板放大器，其产生阀芯驱动力都要比比例电磁铁大得多(高一个数量级)。
就这个意义上讲，伺服阀阀芯卡滞的几率比比例阀小。
特别是射流管伺服阀的射流放大器因为没有压力负反馈，前置级流量增益与压力增益都较高，推动阀芯的力更大，所以伺服阀有更高的分辨率和较小的滞环。
简单地说，所谓伺服系统就是带有负反馈的控制系统，而伺服阀就是带有负反馈的控制阀。
伺服阀的主阀一般来说和换向阀一样是滑阀结构，只不过阀芯的换向不是靠电磁铁来推动，而是靠前置级阀输出的液压力来推动，这一点和电液换向阀比较相似，只不过电液换向阀的前置级阀是电磁换向阀，而伺服阀的前置级阀是动态特性比较好的喷嘴挡板阀或射流管阀。
伺服阀的主阀是靠前置级阀的输出压力来控制的，而前置级阀的压力则来自于伺服阀的入口p，假如p口的压力不足，前置级阀就不能输出足够的压力来推动主阀芯动作。
《液压伺服控制》(王春行版)课后题答案
第二章 液压放大元件 习题1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，径向间隙m r c 6105-⨯=，供油压力Pa p s 51070⨯=，采用10号航空液压油在40C ︒工作，流量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。
s pa ⋅⨯=-2104.1μ3/870m kg =ρ解：对于全开口的阀，d W π=由零开口四边滑阀零位系数s m p w C K s d q /4.1870/107010814.362.02530=⨯⨯⨯⨯=⋅=-ρ()s p m r K a c c ⋅⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----/104.4104.13210814.310514.33231223620μπ m p K K r p C K a c q c s dp /1018.332110020⨯==⋅=πρμ2. 已知一正开口量m U 31005.0-⨯=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070⨯=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。
解：正开口四边滑阀零位系数ρsd q p wc k 20= ssd co p p wuc k ρ=ρsd c p wuc q 2=s m q K cq /67.11005.060/1052330=⨯⨯==--ν s a s c c p m p q K ⋅--⨯=⨯⨯⨯==/1095.51070260/1052312530 m p K K K a c q p /1081.211000⨯==3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3108-⨯=，供油压力Pa p s 510210⨯=，最大开口量m x m 30105.0-⨯=，求最大空载稳态液动力。
解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力：4.113105.010********.343.043.035300=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=--⋅m s s x p W F4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210⨯=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.220=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量m x 0。
第5章 电液伺服阀PPT课件
液压伺服系统
第五章 电液伺服阀
Part 5.3.3 稳定性分析
包括两个反馈回路:滑阀位移的力反馈回路
作用在挡板上的压力反馈回路
1、力反馈回路：
Kvf 2mf mf
2、压力反馈回路：
设计时：
K vf 0.25
mf
液压伺服系统
3、力反馈伺服阀的传递函数：
第五章 电液伺服阀
Kt
sXv
Kf rb
I
xvmax06.4110033 1567
不能采用全周开口，取阀芯直径 d5103m
阀杆直径 dr 3103m
按
4
d2dr2
4xvmax
验算，满足要求。
液压伺服系统
第五章 电液伺服阀
2）喷嘴挡板阀主要结构参数的确定：
①根据设计要求，并考虑留有一定的余地，取喷嘴
挡板阀的零位泄漏量 qc 0.45Lmin
第五章 电液伺服阀
力矩马达的分析计算包括： 1）永磁磁路计算 2）电路计算 3）静态特性和动态特性的分析计算
电磁力矩的计算属于永磁磁路计算的一个内容
3、传递函数和静动态分析：
液压伺服系统
第五章 电液伺服阀
Part 5.2.4 永磁动圈式力马达
根据载流导体在磁场中受力而工作的。改变控制线圈电流的大小 和方式，可以得到不同大小和方向的输出力。
根据滑阀流量方程可求出阀的最大开口面积
xvmaxcdQ 0m psax0.6 15 5 2 10 1 0 1 30 6 0 38052.4 01 0 6m 2
根据经验取阀芯行程 xvma x0.41 03m
则滑阀节流窗口面积梯度 02..44 1100 63 6103m
液压伺服系统
电液伺服阀工作原理
汽轮机调速系统中的电液伺服阀工作原理：电液伺服阀是油动机的核心部件，靠它来接收电信号并控制进入油缸油流的多少。
电液伺服阀安装在MSV，GV 和ICV的阀门油动机上，RSV的油动机没有安装电液伺服阀。
通过向油动机的油缸供应高压油而将蒸汽阀门打开，而通过其将油缸的高压油泄去并靠弹簧力将蒸汽阀门关闭。
电液伺服阀是由电磁部分（永久磁铁、导磁体、衔铁、线圈），两级液压放大器（挡板、软管、喷嘴、油路、四通滑阀、反馈弹簧）和过滤器（可更换过滤器和内置过滤器）等组成，如图所示。
衔铁与挡板通过软管连接在一起，挡板下部连有一个反馈弹簧，弹簧的另一端为一球头，嵌放在滑阀的凹槽内。
永久磁铁和导磁体形成一个固定磁场，当线圈中没有电流通过时，导磁体和衔铁间4个气隙中的磁通都是一样的且方向是相同的，衔铁处于中间位置。
当有控制电流通过线圈时，一组对角方向的气隙中的磁通增加，另一组对角方向的气隙中的磁通减小，于是衔铁就在磁力作用下克服弹簧的弹性反作用力而偏转一角度，并偏转到磁力所产生的转矩与弹性反作用力所产生的反转矩平衡时为止。
同时挡板因随衔铁偏转而发生挠曲，改变了它与两个喷嘴间的间隙，一个间隙减小，一个间隙加大。
高压油从供油口进入伺服阀并且引入到四通滑阀的两端下面，经过过滤器以及孔板后，一路流向喷嘴和挡板，并通向回油；另一路流到四通滑阀的两端端面以形成对四通滑阀的推力。
当挡板挠曲，出现上述喷嘴与挡板的两个间隙不相等的情况时，两喷嘴后侧的压力就不相等，它们作用在滑阀的左右两端端面上，使滑阀向相应方向移动一段距离，压力油就通过四通滑阀的控制油口输向油缸或者使油缸的工作油通过滑阀的一个凸肩流出并通向回油。
滑阀移动时，反馈弹簧下端球头跟着移动。
在衔铁挡板组件上产生了一个转矩，使衔铁向相应方向偏转，并使挡板在两喷嘴间的偏移量减少，这就是反馈作用。
反馈作用的后果就是使滑阀两端的差压减小。
在接受一个正向电流指令信号时，这时滑阀的一个凸肩打开了EH油的供油口，油动机进油，蒸汽阀门打开，蒸汽阀门的LVDT输出的反馈信号增大，指令与反馈信号的偏差在不断减少，至伺服阀的开阀驱动指令也在不断减小，当伺服阀的输出指令与弹簧的反作用力平衡时，挡板回到中间位置，滑阀处于平衡状态，油动机此时停止进油，蒸汽阀门位置保持不变。
电液伺服阀的原理分类和应用简介
电液伺服阀的原理分类和应用简介一．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。
二.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。
三.电液伺服阀的发展趋势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,同时污染物不容易在转动的滑阀内堆积,提高了抗污染性能.此外,Park 公司开发了"音圈驱动(Voice Coil Drive)"技术(VCD),以及以此技术为基础开发的DFplus 控制阀.所谓音圈驱动技术, 顾名思义, 即是类似于扬声器的一种驱动装置, 其基本结构就是套在固定的圆柱形永久磁铁上的移动线圈,当信号电流输入线圈时,在电磁效应的作用下,线圈中产生与信号电流相对应的轴向作用力,并驱动与线圈直接相连的阀芯运动,驱动力很大.线圈上内置了位移反馈传感器,因此,采用VCD 驱动的DFplus 阀本质上是以闭环方式进行控制的,线性度相当好.此外,由于VCD 驱动器的运动零件只是移动线圈,惯量极小,相对运动的零件之间也没有任何支承,DFplus 阀的全部支承就是阀芯和阀体间的配合面,大大减小了摩擦这一非线性因素对控制品质的影响.综合上述的技术特点,配合内置的数字控制模块,使DFplus 阀的控制性能佳,尤其在频率响应方面更是优越,可达400Hz.从发展趋势来看,新型直动型电液伺服阀在某些行业有替代传统伺服阀特别是喷嘴挡板式伺服阀的趋向, 但它的最大问题在于体积大, 重量重, 只适用于对场地要求较低的工业伺服控制场合. 如能减轻其重量, 减小其体积,在航空,航天等军工行业亦具有极大的发展潜力.另外,近年来伺服阀新型的驱动方式除了力矩马达直接驱动外,还出现了采用步进电机,伺服电机,新型电磁铁等驱动结构以及光-液直接转换结构的伺服阀.这些新技术的应用不仅提高了伺服阀的性能, 而且为伺服阀发展开拓了思路, 为电液伺服阀技术注入了新的活力.2/新型材料的采用当前在电液伺服阀研制领域的新型材料运用,主要是以压电元件,超磁致伸缩材料及形状记忆合金等为基础的转换器研制开发.它们各具有其自己的优良特性.2.1 压电元件压电元件的特点是"压电效应":在一定的电场作用下会产生外形尺寸的变化,在一定范围内,形变与电场强度成正比.压电元件的主要材料为压电陶瓷(PZT),电致伸缩材料(PMN)等.比较典型的压电陶瓷材料有日本TOKIN 公司的叠堆型压电伸缩陶瓷等.PZT 直动式伺服阀的原理是: 在阀芯两端通过钢球分别与两块多层压电元件相连. 通过压电效应, 使压电材料产生伸缩驱动阀芯移动.实现电-机械转换.PMN 喷嘴挡板式伺服阀则在喷嘴处设置一与压电叠堆固定连接的挡板,由压电叠堆的伸,缩实现挡板与喷嘴间的间隙增减,使阀芯两端产生压差推动阀芯移动.目前压电式电-机械转换器的研制比较成熟并已得到较广泛的应用.它具有频率响应快的特点,伺服阀频宽甚至能达到上千赫兹,但亦有滞环大,易漂移等缺点,制约了压电元件在电液伺服阀上的进一步应用.2.2 超磁致伸缩材料液压与电气论坛超磁致伸缩材料(GMM)与传统的磁致伸缩材料相比,在磁场的作用下能产生大得多的长度或体积变化. 利用GMM 转换器研制的直动型伺服阀是把GMM 转换器与阀芯相连,通过控制驱动线圈的电流,驱动GMM 的伸缩,带动阀芯产生位移从而控制伺服阀输出流量.该阀与传统伺服阀相比不仅有频率响应高的特点,而且具有精度高,结构紧凑的优点.目前,在GMM 的研制及应用方面,美国,瑞典和日本等国处于领先水平.国内浙江大学利用GMM 技术对气动喷嘴挡板阀和内燃机燃料喷射系统的高速强力电磁阀, 进行了结构设计和特性研究.从目前情况来看GMM 材料与压电材料和传统磁致伸缩材料相比,具有应变大,能量密度高,响应速度快,输出力大等特点.世界各国对GMM 电-机械转换器及相关的技术研究相当重视,GMM 技术水平快速发展,已由实验室研制阶段逐步进入市场开发阶段.今后还需解决GMM 的热变形,磁晶各向异性,材料腐蚀性及制造工艺, 参数匹配等方面的问题,以利于在高科技领域得到广泛运用.2.3 形状记忆合金形状记忆合金(SMA)的特点是具有形状记忆效应.将其在高温下定型后,冷却到低温状态,对其施加外力.一般金属在超过其弹性变形后会发生永久变形,而SMA 却在将其加热到某一温度之上后, 会恢复其原来高温下的形状. 利用其特性研制的伺服阀是在阀芯两端加一组由形状记忆合金绕制的SMA 执行器, 通过加热和冷却的方法来驱动SMA 执行器, 使阀芯两端的形状记忆合金伸长或收缩, 驱动阀芯作用移动, 同时加入位置反馈来提高伺服阀的控制性能.从该阀的情况来看,SMA 虽变形量大,但其响应速度较慢,且变形不连续, 也限制了其应用范围.与传统伺服阀相比,采用新型材料的电-机械转换器研制的伺服阀,普遍具有高频响, 高精度,结构紧凑的优点.虽然目前还各自呈在某些关键技术需要解决,但新型功能材料的应用和发展,给电液伺服阀的技术发展发展提供了新的途径.3/电子化,数字化技术的运用液压与电气论坛目前电子化, 数字化技术在电液伺服阀技术上的运用主要有两种方式: 其一,在电液伺服阀模拟控制元器件上加入D/A 转换装置来实现其数字控制.随着微电子技术的发展,可把控制元器件安装在阀体内部,通过计算机程序来控制阀的性能,实现数字化补偿等功能.但存在模拟电路容易产生零漂,温漂,需加D/A 转换接口等问题.其二, 为直动式数字控制阀. 通过用步进电机驱动阀芯, 将输入信号转化成电机的步进信号来控制伺服阀的流量输出.该阀具有结构紧凑,速度及位置开环可控及可直接数字控制等优点,被广泛使用.但在实时性控制要求较高的场合,如按常规的步进方法,无法兼顾量化精度及响应速度的要求.浙江工业大学采用了连续跟踪控制的办法,消除了两者之间的矛盾,获得了良好的动态特性. 此外还有通过直流力矩电机直接驱动阀芯来实现数字控制等多种控制方式或伺服阀结构改变等方法来形成众多的数字化伺服阀产品.随着各项技术水平的发展,通过采用新型的传感器和计算机技术研制出机械,电子, 传感器及计算机自我管理(故障诊断,故障排除)为一体的智能化新型伺服阀.该类伺服阀可按照系统的需要来确定控制目标:速度,位置,加速度,力或压力.同一台伺服阀可以根据控制要求设置成流量控制伺服阀, 压力控制伺服阀或流量/ 压力复合控制伺服阀. 并且伺服阀的控制参数,如流量增益,流量增益特性,零点等都可以根据控制性能最优化原则进行设置.伺服阀自身的诊断信息,关键控制参数(包括工作环境参数和伺服阀内部参数)可以及时反馈给主控制器;可以远距离对伺服阀进行监控,诊断和遥控.在主机调试期间,可以通过总线端口下载或直接由上位机设置伺服阀的控制参数, 使伺服阀与控制系统达到最佳匹配,优化控制性能.而伺服阀控制参数的下载和更新,甚至在主机运转时也能进行.而在伺服阀与控制系统相匹配的技术应用发展中, 嵌入式技术对于伺服阀已经成为现实. 按照嵌入式系统应定义为:"嵌入到对像体系中的专用计算机系统"."嵌入性","专用性"与"计算机系统"是嵌入式系统的三个基本要素.它是在传统的伺服阀中嵌入专用的微处理芯片和相应的控制系统, 针对客户的具体应用要求而构建成具有最优控制参数的伺服阀并由阀自身的控制系统完成相应的控制任务(如各控制轴同步控制),再嵌入到整个的大控制系统中去.从目前的技术发展和控制系统对伺服阀的要求看, 伺服阀的自诊断和自检测功能应该有更大的发展. 结束语当前的液压伺服控制技术已经能将自动控制技术, 液压技术与微电子有机的结合起来, 形成新一代的伺服阀产品.而随着电子设备,控制策略,软件及材料等方面的发展与进步, 电液控制技术及伺服阀产品将在机,电,液一体化获得长足的进步.四 .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五. 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。
液压伺服控制(电液伺服阀)课件
图6.2用弹簧管支承衔铁的力矩马达 1——弹簧管，2——液压放大元件
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在零位时，衔铁 正好处于四个气隙的 中间位置，弹簧管也 正好在正中零位。当 输 入 i 而 产 生 电 磁 力 矩后，电磁力矩使衔 铁偏转，弹簧管也受 力歪斜变形，作用在 衔铁上的电磁力矩与 弹簧管变形时的弹性 力矩平衡，也就是电 磁 力 矩 Td 通 过 弹 簧 管 弯曲变形而转化为衔 铁的角位移。
滑阀、单（双）喷嘴挡板阀、射流管阀、偏转板射流阀
滑阀： 优点：流量增益和压力增益高，对油液清洁度要求低 缺点：结构工艺复杂、阀芯受力大、阀分辨率低、滞环大、响应慢
喷嘴挡板阀：单喷嘴特性不好很少用，多为双喷嘴 优点：压力灵敏度高、线性好、零漂小、需输入功率小、动态响应 快 缺点：对油液清洁度要求高
射流管阀： 优点：抗污染能力强、压力效率和容积效率高，使功率级滑阀具有
图6.2用弹簧管支承衔铁的力矩马达 1——弹簧管，2——液压放大元件
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由于力矩马达直接控制液压放大元件，所以在结构安装上，力矩马 达必须与液压放大元件紧连在一起而形成一个整体。
液压放大元件中充满着油液，因弹簧管与液压放大元件间有密封圈 隔开，与衔铁也是，紧密固接的，这样，液压放大元件中的油液就不会 渗漏到力矩马达中去。力矩马达不是浸泡在油液中的，故称干式。
“失效对中”能力 缺点：特性不易预测、动态响应慢、低温特性差
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3、按反馈形式分：位置反馈、负载流量反馈、负载压力反馈
位置反馈、负载流量反馈流量控制伺服阀：输出流量与输入电流成正比 负载压力反馈压力控制伺服阀：输出压力与输入电流成正比
滑阀位置反馈的两级伺服阀：最常用。 根据功率级滑阀位移反馈到放大器的形式可分为：
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反馈机构（或平衡机构）：使伺服阀的输出压力或流量与输入 电气控制信号成比例，使伺服阀本身 成为闭环系统
电液伺服阀的分类和故障排除
电液伺服阀的分类和故障排除电液伺服阀的功能是把计算机输出的电流控制信号变成液压伺服活塞的位移量,再由伺服活塞去拉动被控制对象的执行机构,例如主机油门的开度或变量泵的倾斜盘的角度等,所以电液伺服阀在液压系统中得到了广泛的应用。
电液伺服阀的分类电液伺服阀的种类很多，根据它的结构和机能可作如下分类：1)按液压放大级数，可分为单级伺服阀、两级伺服阀和三级伺服阀，其中两级伺服阀应用较广。
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、流量反馈和压力反馈。
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。
6)按输入信号形式可分为连续控制式和脉宽调制式。
电液伺服阀的故障及排除：(l ) 故障一:不论怎样调节两个喷嘴都达不到预期的要求。
这是由于检修后在装配主杠杆时装配不妥造成的。
主杠杆的正确安装方法是:暂时不把主杠杆与阀体连接的四个固定螺钉拧紧,使主杠杆处于完全自由状态下把两个喷嘴上紧,利用两个喷嘴挡板距离均为零对杠杆形成的压力,使杠杆正确就位,然后再上紧四个固定螺钉,这样可以保证喷嘴平面与挡板平面的平行。
做到这一点以后就可以取得其它各个调整步骤的成功。
( 2 )故障二:无论怎样调整,主阀芯只能向一个方向移动。
这是由于在电液伺服阀内的两个喷嘴中有一个喷嘴孔堵死了,只要把喷嘴旋出来用细钢丝通一下喷孔即可。
注意:当您在做这一步调整工作时切勿拆开阀体。
(3 ) 故障三:用手轻轻拨动电磁铁可以控制阀芯向两个方向动作,改用电流控制时,无法使主阀芯向二个方向动作。
其原因是两个线圈的电流方向接反了。
排除方法是改变线圈和接线柱的连接方法。
第5章电液伺服阀
Kt 1 FL ( s) X v (s) kc (ra rc ) kc 2 2c s 1 Kt K d Eg ( s ) ( s )s 1 2 c c ra rc kc
五 力反馈两级电液伺服阀
一、工作原理
1）无控制电流时，衔铁由弹簧管支承在上、下导磁体的中间 位置，挡板也处于两个喷嘴的中间位置，滑阀阀芯在反馈 杆小球的约束下处于中位，阀无液压输出。 2）当有差动控制电流输入时．在衔铁上产生逆时针方向的电 磁力矩，使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心顺时针方向偏 转，弹簧管和反馈杆产生变形，挡板偏离中位。这时， 喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起滑阀左腔控制 压力增大，右腔控制压力减小，推动滑阀阀芯左移。同时 带动反馈杆端部小球左移，使反馈杆进一步变形。 当反馈杆和弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时， 衔铁挡板组件便处于一个平衡位置。在反馈杆端部左移 进一步变形时，使挡板的偏移减小，趋于中位。这使左腔 控制压力又降低，右腔控制压力增高，当阀芯两端的液压 力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力以及滑芯的液动力 相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。 3）在负载压差—定时，阀的输出流量也与控制电流成比例。 所以这是一种流量控制伺服阀。
第5章 电液伺服阀
本章摘要
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问，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。
二、永磁力矩马达
1、力矩马达的工作原理
左右永久磁铁使上下导磁体的气隙 中产生相同方向的极化磁场。没有输 入信号时，衔铁与上下导磁体之间的 四个工作气隙距离相等，衔铁受到的 电磁力相互抵消而使衔铁处于中间平 衡状态。 当输入电流时，产生相应的控制磁 场，它在上下气隙中的方向相反，因 此打破了原有的平衡，使衔铁产生与 控制电流大小和方向相对应的转矩， 并且使衔铁转动，直到力矩与负载力 矩和弹簧反力矩等相平衡。 但转角是很小的，可以看成是微小 的直线位移（通常小于0.2mm）。
电液伺服阀
电液伺服阀1. 概述电液伺服阀是一种能够通过电信号来控制液压系统的装置。
它通过将电信号转换为液压信号，从而实现对液压系统的精确控制。
电液伺服阀的应用非常广泛，可以用于各种需要高精度控制的工业设备和机械。
2. 工作原理电液伺服阀的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.接收控制信号：电液伺服阀首先接收来自控制系统的电信号，这个信号可以是模拟信号或者数字信号。
2.电信号转换：电液伺服阀将接收到的电信号转换为相应的液压信号。
这个转换过程通常通过电磁阀来实现。
电磁阀的电磁线圈在接收到电信号后产生磁场，磁场作用下使得阀芯移动，从而改变液压系统的通道。
3.控制液压系统：电液伺服阀控制液压系统中的液压流量或液压压力，从而实现对系统的准确控制。
液压信号可以进一步驱动执行器，如液压缸或液压马达。
4.反馈控制：电液伺服阀通常还具有反馈控制功能，通过接收来自液压系统的反馈信号，实时调整输出信号，从而使系统达到更精确的控制。
3. 电液伺服阀的特点•高精度控制：电液伺服阀能够通过电信号精确控制液压系统的运动状态，实现高精度的位置、速度和力控制。
•快速响应：电液伺服阀具有快速响应的特点，可以在毫秒级时间内对控制信号作出反应，并迅速调整液压系统的输出。
•广泛应用：电液伺服阀广泛应用于各种工业设备和机械，如数控机床、卷材设备、注塑机械等。
它们可以在自动化生产线上实现高效的控制。
•高可靠性：电液伺服阀采用先进的设计和制造技术，具有高可靠性和长寿命。
它们可以在恶劣的工作环境下长期稳定运行。
•易于维护：电液伺服阀的维护相对便捷，通常只需要定期检查和更换液压油即可。
4. 应用案例4.1 数控机床在数控机床中，电液伺服阀被广泛用于控制机床的进给系统。
通过精确控制液压油的流量和压力，电液伺服阀可以实现机床的高精度定位和快速运动。
4.2 注塑机械注塑机械中的电液伺服阀可以控制注塑机的活塞运动和压力。
通过精确控制活塞的位置和速度，电液伺服阀可以实现高精度的注塑过程，确保产品的质量。
电液伺服阀工作原理
电液伺服阀工作原理
电液伺服阀工作原理是利用控制电磁阀的信号来调节液压阀的阀芯位置，从而控制液压系统的流量和压力。
电液伺服阀由电磁阀和液压阀两部分组成。
电磁阀通过控制电压信号来控制液压阀的阀芯移动，从而改变液流的通断和流量的大小。
当电磁阀通电时，产生的磁场作用于液压阀的阀芯，使阀芯向某一方向运动。
阀芯的移动改变了液压阀内部通道的连通状态，从而调节液压系统的流量和压力。
具体而言，电磁阀的控制信号经过放大、滤波等处理后，作用于电磁线圈，产生电磁力。
电磁力作用于液压阀的阀芯上，使阀芯克服液压力的作用而运动。
液压阀的阀芯移动时，改变了主阀的开口大小，从而改变了流经液压阀的液体流量。
当液压阀阀芯停止移动时，阀芯和阀体之间形成一条密封通道，使液压系统的压力保持在一定范围内。
通过改变电磁阀的控制信号，可以实现对液压系统流量和压力的精确控制。
从而达到控制执行元件（如液压缸、液压马达等）运动速度、力量和位置的目的。
总之，电液伺服阀通过控制电磁阀的信号来调节液压阀的阀芯位置，进而控制液压系统的流量和压力，从而实现对执行元件运动的精确控制。
Z 第5章电液伺服阀PPT课件
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 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 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。
第5章 电液伺服阀
本章摘要
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。
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：
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： 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。
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 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。
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一种单级开环控制阀。
电液伺服阀工作原理
电液伺服阀工作原理
电液伺服阀是一种能够控制液压系统中液压执行元件运动方向、速度和力的装置。
它通过电磁铁控制阀芯的运动，从而改变液压系
统的工作状态。
下面我们来详细了解一下电液伺服阀的工作原理。
首先，电液伺服阀的工作原理基于液压力和电磁力的相互作用。
在电液伺服阀中，液压力是主要的动力来源，而电磁力则是控制阀
芯的运动。
当电磁铁通电时，产生的磁场会使阀芯移动，改变液压
系统中液体的流动方向和流量，从而实现对液压执行元件的控制。
其次，电液伺服阀的工作原理涉及到阀芯的结构和工作方式。
电液伺服阀通常由阀体、阀芯、电磁铁和弹簧等部件组成。
当电磁
铁通电时，产生的磁力会克服弹簧的作用，使阀芯移动到相应的位置，改变液压系统中的流动路径。
当电磁铁断电时，弹簧会使阀芯
返回原位，恢复液压系统的初始状态。
此外，电液伺服阀的工作原理还涉及到控制电磁铁的电气信号
和阀芯的运动特性。
电液伺服阀可以根据不同的电气信号来控制阀
芯的运动，实现对液压系统的精准控制。
同时，阀芯的运动特性也
是影响电液伺服阀性能的重要因素，它决定了阀芯的响应速度和控
制精度。
总的来说，电液伺服阀的工作原理是基于液压力和电磁力的相互作用，通过控制阀芯的运动来改变液压系统的工作状态。
了解电液伺服阀的工作原理对于正确使用和维护液压系统具有重要意义，也有助于提高液压系统的工作效率和性能。
希望通过本文的介绍，读者能够更加深入地了解电液伺服阀的工作原理，为液压系统的应用和维护提供一定的参考和帮助。
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油研伺服阀
图5.13 油研伺服阀示意图
31
油研伺服阀
图5.14 油研伺服阀参数表
32
国产电液伺服阀参数(704所)
图5.15 CSDY1型射流管电液伺服阀参数表 33
主要性能参数一览表
规格
额定流量 额定电流 额定供油压力
静态特性
负载流量特性 空载流量特性 压力特性 静态流量特性
动态特性
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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 2 3 4 5 6 7
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
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。
1.流量增益 3.速度常数Kv
e M t
Vt
Kv
Kq Ap
4.刚度
Kh
2 4 e Ap
Vt
3
5.1电液伺服阀分类及发展概述
液压能源
比较 e g 信号 ei 发生 ef
扰 动 电伺服 放大器
i
-
力矩 马达
液压 放大元件
液压 执行件
xp
检测及反馈
电液控制系统组成原理框图 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
5
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
图5.5 单级动圈式电液伺服阀原理图
13
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。 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。
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
10
4
T
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
11
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 (力)马达是动圈式， 即载流线圈是在磁场 中运动的。
图5.7 力反馈两级电液伺服阀结构原理图
19
S
S
N
N
pS
pL, QL
pS
1—信号线; 2—永磁体; 3—线圈; 4—衔铁; 5—弹簧管; 6—喷嘴; 6—挡板; 8—反馈弹簧杆; 9—阀芯; 10—固定阻尼孔; 11—过滤器; 12—阀体
图5.7 力反馈两级电液伺服阀结构原理图
20
S
S
N
N
图5.7 力反馈——反馈弹簧杆动作示意图
第四章 电-机械转换元件
本 章 自 学 4.1 极化永磁式力矩马达 4.2 极化电磁式力矩马达 4.3 电磁直线位移式力马达 4.4 动圈式力马达
1
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
类型及应用最多
b）负载静压反馈
应用最少
控制阀输出流量（间接）
图5-1 不同反馈形式伺服阀的压力-流量曲线
控制阀输出压力
控制阀输出流量（直接）
图5.6 不同反馈形式伺服阀的压力-流量曲线
16
qL
Δ i 滑阀位置反馈式 根据反馈形式又分为： 机械位置反馈 机械力反馈（位置力反馈） 电气反馈（位置电反馈） 直接反馈（直接位置反馈）
直接位置反馈式
26 图5一10动圈式两级伺服阀
动圈式直接位 置反馈伺服阀
反馈杆
27
5. 4
三级电液伺服阀
图5.11 三级电液伺服阀结构
28
5. 4
三级电液伺服阀
图5.12 博士力士乐三级伺服阀
29
5. 5
电液伺服阀的主要性能指标
电液伺服阀是一个非常精密、非常重要的元件，其性能 指标十分严格。它的性能参数只能பைடு நூலகம்过测试获得。为了更好 地设计、选用和评价伺服阀，已制订了一系列技术规范。 电液伺服阀的性能有静态、动态两方面的要求。另外， 应用电液伺服阀时，还应注意其输入电气特性。
6
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。
频率响应 传递函数 阶跃响应
可通过特性方程、特性曲线和阀系数三种方法来表示。
5. 5.1 规格参数指标
1.额定电流Icmax 额定电流是指在正常工作状态下，输入力矩马达控制线 圈的最大控制电流Icmax。 通常，一个力矩马达中有两个控制线圈，按照接线方式 的不同，两个线圈可以有并联、串联、或者与电放大器差动 连接等三种方式，如图5.16所示。 如果只接其中一只线圈的话，就构成单线圈接法。此时 另一只线圈可以不接或者接反馈或引入颤振信号。
36
2.额定流量Qn 在某个指定的负载压降及额定电流下，伺服阀的输出 流量称额定流量，通常以最大空载流量为额定流量。 （1）我国规定伺服阀的额定流量指在空载条件下阀的输出 流量值；而国外，额定流量通常指负载压降为7MPa及额定电 流下，伺服阀的输出流量； （2）负载压降为2/3供油压力时规定的额定流量对应伺服阀 的最大功率输出点； （3）额定流量的允差一般为±10%。额定流量表征伺服阀的 规格和容量。 3.额定供油压力Ps 伺服阀在工作时允许的最高供油压力。
4
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
如图： 各曲线是在输入电流 为一定值时，给出不 同的负载压力 PL 情 况下检测输出负载流 量 qL 而得到的。
流量伺服阀的压力- 流量曲线
2.空载流量特性
定义：在给定的伺服阀压降和零负载压力下，使输入 电流在正、负额定电流值之间，以使阀的动态特性不 产生影响的循环速度作一完整的循环，测其负载输出 流量 所描绘出来的连续曲线（简称流量曲线）。 意义：理想的零开口电液伺服阀的流量曲线应该是过 坐标零点的直线，但实际伺服阀因结构和制造等原因 ，输出流量与输入电流呈回环状的函数曲线。 作用：通过流量曲线，可以得到电液伺服阀的额定流 量、流量增益、非线性度、滞环、不对称度、分辨率 、零偏、零漂等性能参数。
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5. 5.2 静特性指标
1.负载流量特性（压力-流量特性） • 定义：输入不同电流时对应的流量与负载压力 构成的抛物线簇曲线。 • 意义：负载流量特性曲线完全描述了伺服阀的 静态特性，表示在稳态时，输入电流、负载流 量和负载压降三者之间的函数关系。 • 作用：用来确定伺服阀的类型和估计伺服阀的 规格，以便于所要求的负载流量和负载压力相 匹配。
14
5.3
i
电-机械 转换器
两级电液伺服阀
位移 前置 放大级 功率 放大级 pL; QL
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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qL
Δ i
qL
Δi