电液伺服阀结构分析

先导级 油缸 挡板位移 主阀位移
弹簧管
x
带2个固定节流 孔的B+B全桥 控制对称缸
xv
反馈杆 先导级 油缸 主阀芯
x
xv
三、比较方式
Ti
指令力矩
（力矩比较）
T Ti T f
以挡板作为 力比较元件
挡板位移
T f (r b)k f xv
xv
Ti
T
Tf
主阀位移对 挡板产生的力 比较元件（挡板）要求： 1）与指令元件相连（力矩马达） 2）与被控对象相连（主阀芯） 3）与放大元件相连（挡板本身）
图6.6
压力负反馈控制
导阀比较： F指 F指 Fp
半桥式先导控制部分
主阀的指令信号
主级为串联 减压式压力 负反馈控制
主阀的反馈压力
主阀比较：
F主 p2 A p1 A
先导型溢流阀的主要特点：由主阀芯负责控制系
统的压力，先导级负责向主阀提供指令力，作用在主 阀芯上的主油路液压力与先导级所输出的“指令压力”
开环调压回路
F指
PL
负反馈部分
F指
PL
A
31
压力通过微型测量油缸测量反馈
指令力通过调压弹簧产生
不要形成正反馈！
32
CL
QLf
三、 二级（ 先导）压力控制 直动型压力控制中，由力比较器直接驱动主控制 阀芯，驱动力远小于弹簧力，因此驱动能力十分有 限。这种控制方式导致主阀芯不能做得太大，不适 合用于高压大流量系统中。 在高压大流量系统中一般应采用先导控制。
xv
T
三、比较方式
偏差力矩
（力矩比较）
x
挡杆 位移
以比较结果 驱动放大元 件（挡板）
弹簧管 力矩——位移 转换器
xv
偏差力矩
T
弹簧管 力矩——位移 转换器
x x
挡杆 位移
力矩比较 元件
T

x
xv
反馈杆 弹簧管
被控对象
四、文字方框图
x
被控对象
弹簧管
阀内液压动力元件
Ti
力矩马达
挡板
T
x
xv
55
流量的“位移法”测量 为了将一次传感器的位移信号转换成便于比较的力
信号，再设置一个传感弹簧KQ作为位移-力转换的二次传
感器，流量QL转换成弹簧力FQ。 通过定压差 的可变液阻RQ和位 移测量弹簧一起 构成了具有“流 量-位移-力负反 馈”的所谓“位 移法”流量传感 器。
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通过弹簧油缸使 压差基本恒定
流量调节阀口Rx 流量传感器RQ
Q 液阻RQ和压差
pq
pq
测量缸A一起
构成“压差法” 流量传感器。
49
流量调节阀口Rx
流量传感器RQ
Q
指令力
pq
pq A 弹簧力 恒定 Q p q 固定节流孔液阻 所以Q 恒定
pq
代表流量大小的
压差力
与压力负反馈相类似，可用弹簧预压力F指作为指令信 号，并与流量传感器的反馈力FQ共同作用在力比较器上， 构成“流量-压差-力负反馈”，利用比较信号驱动流量调 节器阀芯（液阻Rx），最终达到流量自动稳定控制之目的。
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1
在电液控制系统中，一般采用电压比较反馈
方式，其中的放大元件称为“电液伺服阀”。 由于 “电液伺服阀”主要用于高速电液伺 服控制系统，要求有很高的精度和响应速度，其 输出流量或压力受输入的电气信号控制（近似与 输入电压或电流成比例）。 阀的内部，先导级与主阀之间一般由机液伺 服机构（也有电液伺服）采用负反馈的方式驱动， 以提高跟踪精度。
如果油源换成恒压 源PS，并联式调节不能 改变负载压力。这时可 将控制阀口Rx串联在压 力源PS和负载Z之间， 通过阀口的减压作用即 可调节负载压力PL 。
减压式调节
pR
（3）半桥回路分压式调压
图6.2 液压半桥实质上是由进、回油节流口串联而成的分压 回路。为了简化加工，进油节流口多采用固定节流孔来代 替，回油节流口是由锥阀或滑阀构成可调节流口。这种调 压方式主要用于液压阀的先导级中。
先导级油 缸左腔 主滑阀 固定节流孔
先导级油 缸左腔
要求： 主阀芯位移自动跟 踪输入的电流，与 输入电流成比例。
i指
一、力马达
力矩马达
T指
电—机转换 衔铁 磁钢
导磁体
一、力马达
Ti
N N N N
i指
Kt
Ti
衔铁
吸 斥
S
斥
N
S S
吸 磁钢
S
导磁体
S
反馈杆
二、先导级桥路
（B+B）
xv
主阀芯 通过反馈杆将主阀 位移反馈至比较元件 ——挡板
二、 压力负反馈
压力的大小能够调节，并不等于能够稳压。当负载因
扰动而发生变化时，负载压力会随之变化。压力的稳定必 须通过压力负反馈来实现。
压力负反馈控制的核心是要构造一个压力比较器。 构造压力反馈系统必须研究以下问题： • ①代表期望压力的指令信号如何产生？ • ②怎样构造在实际结构上易于实现的比较器？ • ③受控压力PL如何测量？转换成什么信号才便于比较？， 怎样反馈到比较器上去？ 力信号的比较最容易实现。
2
电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和 流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺 服阀。 在流量型伺服阀中，要求主阀芯的位移XP与 的输入电流信号I成比例，为了保证主阀芯的定 位控制，主阀和先导阀之间设有位置负反馈，位 置反馈的形式主要有直接位置反馈和位置-力反 馈两种。
3
5.1 直接位置反馈电液伺服阀
反馈杆
9
10
反馈杆
11
四 直接反馈伺服阀控制框图
1、采用阀芯、阀套直接比较法； 2、导阀芯导阀套直接比较、通过刚性连接直接（测量）反馈； 3、放大元件为导阀部分、缸是主阀两端部分； 4、指令元件是线圈，被控对象是主阀芯，使主阀芯位移跟 踪动圈的指令位移 。
开环控制（放大）部分
i指
线圈
x指
1
导阀芯阀 套比较
主阀芯
Tf
反馈杆
喷嘴处的压力干扰
五、动态方框图
弹簧管
阀内液压动力元件
Ti
力矩马达
挡板
T
x
xv
Tf
1
反馈杆
主阀芯
五、动态方框图
i指
力矩马达
T指
1 k f (r b)
xv
5.5 压力控制
在压力阀控制压力的过程中，需要解决压力可调和
压力反馈两个方面的问题。
一、 调压原理
调压是指以负 载为对象，通过调 节控制阀口的大小， 使系统输给负载的 压力大小可调。
主级指令
主阀比较：
F主 p3 A p2 A
主级测压面
测压面
阀 口
阀口
测压面 直动型溢流阀 与符号的对应关系 测压孔
减压阀符号
5.6
流量负反馈
负载变化引起的流量波动可以通过流量负反 馈来加以控制。与压力负反馈一样，流量负反馈 控制的核心是要构造一个流量比较器和流量测量 传感器。流量阀的流量测量方法主要有“压差法” 和“位移法”两种。
扰 动 X 导阀 B+B 主阀两端缸 及主阀阻力
X芯
xv 主阀芯
被控制 对象
X套
1 （导阀套与主阀芯刚性连接）
直接反馈伺服阀控制框图
12
直 接 反 馈 伺 服 阀
13
5.2 力ห้องสมุดไป่ตู้位置反馈式电液伺服阀
力马达及挡板阀
主滑阀
5.2 力—位置反馈式电液伺服阀
弹簧管 （扭簧） 喷嘴
力马达
挡板（导阀芯） 反馈弹簧杆
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一、流量的“压差法”测量 在主油路中串联一个节流面积A0已调定的液阻RQ作为流 量一次传感器，其压力差 ΔPq 代表流量QL；
流量调节阀口Rx 流量传感器RQ
Q
pq
pq
（1）流量 测量原理
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再设置一个作为流量二次传感的测压油缸A，将一次传 感器输出的压差PQ引入该测压油缸A的两腔，即可将流量转 化成与之相关的活塞推力FQ，FQ即为反馈信号。
所谓先导型压力控制，是指控制系统中有大、 小两个阀芯，小阀芯为先导阀芯，大阀芯为主阀芯， 并相应形成先导级和主级两个压力调节回路。
36
37
38
导阀比较：
半桥式先导控制部分
F指 F指 Fp
图6.4
主阀的指令信号
主阀的反馈压力
主级为并联溢流式
主阀比较： F主 p2 A p1 A
流量调节阀口Rx
流量传感器RQ
Q
指令力
pq
pq
流量大小
（压差力）
指令力
代表流量大 小的压差力
流量调节阀口Rx
pq A 弹簧力 恒定 Q
pq
p q
固定节流孔液阻 所以Q 恒定
流量传感器RQ
所谓“压力源串联减压式调节”是指系统采用压力源供 油，流量调节阀口Rx与负载Z相串联，此时阀口Rx称为减压 阀口。
i指
QL
－、组成框图
K qi 阀
伺服阀
用机液伺服机构驱动主阀
i指
力马达
F指
1 k
x指
四通阀阀控缸 （先导级）
xv
电—机转换
主滑阀 （主级）
QL
xv
主级放大元件
一、力马达
i指
力马达
F指
电—机转换
1 k
x指
二、 动圈式
直接位置反馈 伺服阀桥路图
先导级放大元件 反馈杆
8
三、 动圈式
直接位置反馈 伺服阀
图 7.8
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二、流量的“位移法”测量 与“压差法”相反，本方法是在主油路中串联一个压 差PQ基本恒定，但节流面积A0可变的节流口RQ作为流量的 一次传感器。因传感器的压差恒定，故液阻RQ及传感器阀 芯位移xQ将随负载流量QL而变化。 根据节流口流量公式，有：
QL K A p m K K 0 x p m QL C0 x 式中 C0 KK 0 p m 常数
相平衡。
导 阀 比 较
半桥式先导控制部分
主级指令
Fs F指 p2 As
主阀比较： 主级测压面
F主 p2 A2 p1 A1
阀 口
主级指令
主级测压面
黑三角代表 先导型液压控制
阀 口
电液比例溢流阀 先导比例阀
安全阀
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先导式减压阀原理图
半桥式 先导控 制部分
导阀比较
Fs F指 p3 As
溢流式调节
pL QL Z
（1）流量型油源并联溢流式调压 显然，只有改变负 载流量QL的大小才能调 节负载压力PL。将控制 溢流式调节
pL QL Z
阀口RX与负载Z并联，
通过阀口的溢流作用， 能使负载流量QL发生变
化，最终达到调节负载
压力之目的。
（2）压力型油源串联减压式调压
pL ps pR
流量-位移 传感器 传感器的开口 （位移x）与流 量Q成比例
通过另一弹簧将 位移转化为力
QL
流量调节 主阀口
先导阀
比例电磁 铁产生流 量指令 流量一次 传感器 通过弹簧将 位移转化为反 馈力
流量的“位移法”测量与反馈