电液伺服阀

第5章 电液伺服阀
根据输出液压信号的不同，电液伺服阀和比 例阀可分： 电液流量控制伺服阀和比例阀 电液压力控制伺服阀和比例阀。
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。
5.1
电液伺服阀的组成与分类
一、电液伺服阀的组成
电液伺服阀通常由电气－机械转换器、液压放大器、检测 反馈机构(或平衡机构)三部分组成。
x2 c2 1 2 K t i 1 2 K m l g g Td 2 2 x 1 2 l g
力矩马达的中位电磁力矩系数：
Kt 2
a N cg lg
2
a 力矩马达的中位磁弹簧刚度 ： 2 Gm 4 Rgg l g 为了改善线性度和防止衔铁被永久
衔铁在磁场中所受电磁吸力可按马克斯威尔公式计算
2 F 2 0 Ag
由控制磁通和极化磁通相互作用在磁铁上 产生的电磁力矩为
Td 2a F1 F4
Td a 12 22 0 Ag
tg
x a
x a
由控制磁通和极化磁通相互作用在磁铁上 产生的电磁力矩为
一、力矩马达的分类及要求
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、固定电流激磁和永磁式 三种。
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，要求体积小、重量轻。 2)动态性能好、响应速度快。 3)直线件好、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
液压前置级：单（双）喷嘴挡板阀、滑阀、射流管阀、射 流元件 功率级：滑阀
5.1 电液伺服阀的组成与分类
二、电液伺服阀的分类
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，使阀的输出流量 有限，对负裁动态变化敏感，阀的稳定性在很大程度上取决 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。
二、永磁力矩马达
1、力矩马达的工作原理
组成：永久磁铁、上导磁体、下 导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管 等组成。
二、永磁力矩马达
二、永磁力矩马达
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）。
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。 按第一级阀的结构形式分类： 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。 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。
二、永磁力矩马达
1、力矩马达的工作原理
组成：永久磁铁、上导磁体、下 导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管 等组成。 原理：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（扭轴）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、③、④。两个控制线 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。
1
M p N c i 2 R1

2 Rg 1 x / l g
2 Rg 1 x / lg M p N c i
M p N c i
2
M p N c i 2 R2

衔铁在中位时气隙的极化磁通 衔铁在中位时气隙的控制磁通
g
Mp 2 Rg
c
N c i 2 Rg
三、 永磁动圈式力马达
由于电流方向与磁通方向垂直，根据载流导体 在均匀磁场中所受电磁力公式，可得力马达线 圈所受电磁力为
F Bg DN cic Kt ic
Kt 电磁力系数
K t Bg DN c
力马达的电磁力与控制电流成正比，具有 线性特性。 在动圈式力马达的力方程中没有磁弹簧刚 Km。这是因为它在工作中气 0 度，即 隙没有变化，即气隙的磁阻不变。
三级伺服阀
按力矩马达是否浸泡在油中分类： 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 矩马达持性变坏，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。
5.1 电液伺服阀的组成与分类
5.1 电液伺服阀的组成与分类
此类阀通常是由一个两级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。 按第一级阀的结构形式分类： 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。
四、动铁式力矩马达与动圈式力马达的比较

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。 动圈式力马达的线性范围比动铁式力矩马达宽。因此，动铁式力矩马 达的线性范围窄，工作行程小。 在同样的惯性下，动铁式力矩马达的输出力矩大，衔铁组件的固有频 率高。 减小工作气隙的长度可提高动圈式力马达和动铁式力矩马达的灵敏度。 但动圈式力马达受动圈尺寸的限制，而动铁式力矩马达受静不稳定的 限制。 动铁式：频率高、体积小、重量轻。 动圈式：尺寸要求不严格、频率要求不高、价格低。 在相同功率情况下，动铁式力矩马达体积小。
5.3 力反馈两级电液伺服阀
2 K uU g Rc rp i 2 K b s 2 Lc sI K b 每个线圈的反电动势力常数 Lc 每个线圈的自感系数
上述为基本电压方程：
方程的左边为放大器加在线圈上的总控 制电压; 右边第一项为电阻上的电压降; 第二项为衔铁运动时在线圈内产生的反 电动势;
第三项是线圈内电流变化所引起的感应 电动势;(包括线圈的自感和互感)，由于 串联线圈，互感等于自感，所以每个线 圈的总电感为2Lc
5.3 力反馈两级电液伺服阀
基本电压方程：
2 K uU g Rc rp i 2 K b s 2 Lc sI K b 每个线圈的反电动势力常数 Lc 每个线圈的自感系数
第5章 电液伺服阀
主要内容
5.1 电液伺服阀的组成及分类
5.2 力矩马达
5.3 力反馈两级电液伺服阀
5.4 直接反馈两级滑阀式电液伺服阀 5.5 其它型式的电液伺服阀简介 5.6 电液伺服阀的特性及主要的性能指标
第5章 电液伺服阀
本章摘要
电液伺 服阀、电液比例阀和电液数字阀编统称为 电液控制阀。
是系统中电气控制部分与液压执行部分间的接口， 又是实现用小信号控制大功率的放大元件。 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（通常仅有几十 豪瓦）转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。
0 Ag
x R1 Rg 1 l 0 Ag g lg x

x R2 Rg 1 l 0 Ag g lg x

由于磁路是对称的桥式磁路，故通过对角线气隙的磁通是 相等的。对包含气隙①、③、极化磁动势和控制磁动势的 闭合回路，应用磁路的基尔霍夫第二定律可得气隙①、③ 和②、④合成磁通分别为：
5.1 电液伺服阀的组成与分类
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。 按第一级阀的结构形式分类： 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。
三级伺服阀
5.1 电液伺服阀的组成与分类
上述方程可写为： I 2 KU U g
Rc rP 1


s a
伺服射流管先导阀工作原理：
5.1 电液伺服阀的组成与分类
5.2 电气－机械转换器
电气—机械转换器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移的机械运动，因而也称为力矩马达。
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，控制磁 通远远小于极化磁通。 应用 ：动铁式力矩马达输出力矩较小， 适合控制喷嘴挡板之类的先导级阀。 优点：自振频率较高，动态响应快，功 率、重量比较大，抗加速度零漂性好。



五 力反馈两级电液伺服阀
五 力反馈两级电液伺服阀
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逆时针方向偏转， 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。
三级伺服阀
5.1 电液伺服阀的组成与分类
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。 按第一级阀的结构形式分类： 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。
三级伺服阀
磁通吸附 ，上式可简化：
Td Kt i Gm
三、 永磁动圈式力马达
结构原理：
力马达的可动线圈悬置于工作气 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。
缺点：限于气隙的形式，其转角和工作 行程小，材料性能及制造精度要求高， 价格昂贵；此外，它的控制电流小， 故抗干扰能力较差。
衔铁在磁场中受电磁吸力：
F 2 0 Ag
2
工作气隙的磁阻：
Rg
lg
0 Ag
当衔铁处于中位时，每个工作气隙的磁阻为 衔铁偏离中位时的气隙磁阻为
Rg
lg
5.1 电液伺服阀的组成与分类
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，使阀的输出流量有限，对负裁动态变 化敏感，阀的稳定性在很大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。
5.1 电液伺服阀的组成与分类