液压伺服第二版0710教学课件：第五章

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，电液伺服阀电液流量控制伺服阀和比例流量阀和电液压力控制伺服阀两大类。

在电液伺服系统中,电液伺服阀是系统的核心元件,它的性能影响整个系统的性能。

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力矩马达(或力马达)、液压放大器、反响机构(或平衡机构)三局部组成。二、电液伺服阀的分类〔1〕按液压放大级数分为：单级伺服阀单级伺服阀单级伺服阀适用于低压小流量系统。二级伺服阀二级伺服阀是最常用的型式。三级伺服阀三级伺服阀主要适用于高压大流量量系统。〔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。〔3〕按反响形式分类：可分为滑阀位置反响、负载流量反响和负载压力反响三种。位置反响:位置力反响、位置电反响、直接反响、机械位置反响、弹簧对中式。负载流量反响负载压力反响〔4〕按力矩马达是否浸泡在油中分类：

湿式，干式；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，因而是一个电气—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响控制信号极性的力或力矩，从而使其运动局部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、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)能够产生足够大的输出力和行程，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。

二、永磁力矩马达

1、力矩马达的工作原理

力矩马达磁路原理图

2、力矩马达的电磁力矩

式中：衔铁磁通：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。四、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。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。动铁式力矩马达因输出力矩大，支承弹簧刚度可以取得大，使衔铁组件的固有频率高，而力马达的弹簧刚度小，动圈组件的固有频率低。4)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。5)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。5.3力反响两级电液伺服阀一、工作原理这是一种流量控制伺服阀。衔铁挡板组件工件原理图二、根本方程与方框图力矩马达的运动方程包括根本电压方程，衔铁和挡板组件的运动方程，挡板位移于转角之间的关系，喷嘴挡板至滑阀的传递函数，阀控液压缸的传递函数，以及作用在挡板上的压力反响方程，根据这些方程可以画出电液伺服阀的方框图。１根本电压方程：式中：２衔铁挡板组件的运动方程：衔铁挡板组件的力矩平衡方程为：代入并拉氏变换：那么，式中：ωmf——力矩马达的固有频率ζmf——力矩马达的机械阻尼比３挡板位移与衔铁的关系：４喷嘴挡板阀至滑阀的传递函数〔１〕喷嘴挡板阀的线性化流量方程；〔２〕滑阀的流量连续性方程；〔３〕滑阀的动力平衡方程。式中：ωhp——喷嘴挡板阀的液压固有频率ζhp

——滑阀的液压阻尼比５阀控液压缸的传递函数

式中：ωh

——液压缸与负载的液压固有频率6作用在挡板上的压力反响滑阀的负载压力为:

由上面的方程式得力矩马达两级电流伺服阀的方块图：力反响两级电液伺服阀方块图〔１〕力反响回路的稳定性分析式中:

三、力反响伺服阀的稳定性分析简化后的方块图为：力反响回路的开环传递函数为：力反响回路的开环Bode图式中：Ｋvf——力反响放大系数力反响回路的稳定条件:〔２〕压力反响回路的稳定性分析力反响回路闭环传递函数为：压力反响回路反响通道的传递函数:

三、力反响伺服阀的稳定性分析化简为：压力反响回路的开环增益为:

所以，不难满足，说明压力反响回路是稳定的，而且可以忽略压力反响回路。力反响两级电液伺服阀的简化方块图可表示为：由方块图得，四、力反响伺服阀的传递函数以电流为输入，以空载流量为输出：力反响两级电液伺服阀的二阶传递函数为:

〔五〕伺服阀的频宽

〔六〕力反响电液两级伺服阀的静态特性

5.5其它型式的电液伺服阀简介〔一〕、负载流量反响两级电液伺服阀

〔二〕、负载压力反响两级电液伺服阀

〔三〕、动压反响两级电液伺服阀动态时增加了系统的动态阻尼，而又不降底系统的静态刚度。主要用于大惯量负载的伺服系统。〔四〕、压力——流量伺服阀

压力——流量伺服阀的Ｋc大，但静态刚度差。

5.6电液伺服阀的主要性能参数一、静态特性

1、负载流量特性2、空载流量特性3、压力特性4、内泄漏特性5、零偏6、零漂二、动态特性1、幅频宽2、相频宽〔1〕负载流量特性〔2〕空载流量特性

静态试验原理

重叠

〔3〕压力特性〔4〕内泄漏特性

静态试验原理

二、

动态特性用频率响应表示动态试验原理

4WS.2EM型电液伺服阀

Servodirectionalvalves流量特性曲线△P为双阀口压降MOOGD661型电液伺服阀

Servodirectionalvalves△P为单阀口压降MOOGD661型电液伺服阀D661型电液伺服阀阶跃响应与频率特性阶跃响应曲线4WS.2EM型电液伺服阀

Servodirectionalvalves

三、输入特性线圈接法1、电液伺服阀由哪几局部组成?各局部的作用是什么？2、力矩马达为何要有极化磁场?3、永磁动铁式力矩马达的电磁力矩是如何产生的？为什么会出现负磁弹簧刚度？4、为什么把、称为中位电磁力矩系数和中位磁弹簧刚度？5、为什么动圈式力马达没有磁弹簧刚度?这种力马达有什么特点？6、为什么喷嘴挡板式力反响两级伺服阀在稳态时，挡板在中位附近工作？有什么好处？7、如何提高力反