射流管伺服阀的原理特性及应用

射流管伺服阀的原理、特点及应用摘要：射流管伺服阀是射流管伺服系统的核心部件。它充当电气部分和液压部分之间的桥梁。它能把几毫安的微弱电控信号转换成几十马力以上的液压动力输出，驱动各种负载，进行位置控制、速度控制和施力控制等。摘要：论述了射流管伺服阀的结构原理，分析了射流管伺服阀的特点及国内外研究现状，介绍了射流管伺服阀在相关领域的应用，提出了射流管伺服阀的发展趋势。为研究人员设计射流管伺服阀提供参考。关键词：喷管伺服阀；原则；研究状况；申请；发展趋势中国数字分类编号： TH137.53 1文件标志代码：a射流管伺服阀的原理及应用唐越(浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州):喷管伺服阀是电液伺服系统的关键部件。它起着电气部分和液压部分的桥梁作用，微弱的电气控制信号被转换成几毫安的液压功率输出几十种以上的马力，驱动负载、位置控制、速度控制和力控制等.论述了射流管伺服阀的结构原理，分析了射流管伺服阀的特点及研究现状，介绍了射流管伺服阀在相关领域的应用，提出了射流管伺服阀的发展趋势。为射流管伺服阀的设计提供参考。关键词：喷管伺服阀；原则；研究状况；申请；发展趋势1.前言电液伺服阀是电液伺服系统的核心部件。它充当电气部分和液压部分之间的桥梁。它能把几毫安的微弱电控信号转换成几十马力以上的液压动力输出，驱动各种负载，进行位置控制、速度控制和施力控制等。从图中可以看出，在电液伺服控制系统中，输入命令通过放大器转换成控制信号，并传输到电液伺服阀，电液伺服阀将电信号转换成相应的液压动力输出，以驱动致动器执行相应的动作。反馈传感器检测相应的反馈信号并将其输入到伺服阀放大器以与输入信号进行比较，差值被放大并输出到电液伺服阀控制致动器以进行移动，直到输入信号与反馈信号一致。可以看出，电液伺服阀作为一个可靠的桥梁，有效地将柔性的“电子大脑”(伺服放大器)与一个强大的主体(致动器)连接起来。它将精密机械、电子技术和液压技术有机结合，具有控制精度高、响应快、体积小、重量轻、功率放大系数高、线性度好的优点。它是典型的军用和民用高精度液压自动控制元件。由于电液伺服阀在电液伺服控制系统中起着与“J自脏”相同的作用，因此受到了国内外的特别关注。电液伺服阀的种类很多，分类方法也很多，有些是根据输出液压模拟量来分类的。也有串联的点。根据输出液压模拟量，基本分为电液流量伺服阀和电液压力伺服阀。它简称为“流量伺服阀”和“压力伺服阀”。按系列可分为单级伺服阀、二级伺服阀和三级伺服阀。目前，国内伺服阀普遍采用两级伺服阀，其中前级喷嘴挡板伺服阀和前级喷射管喷嘴挡板伺服阀最为常用。然而，喷嘴挡板伺服阀由于抗污染能力差，逐渐被射流管伺服阀所取代。射流管伺服阀具有抗污染性能好、可靠性高、分辨率高等特点。它广泛应用于国外军事领域、民用航空和对可靠性要求高的发电场合。然而，由于其结构复杂、加工难度高、性能不可预测、设计难度大射流管电液伺服阀是力反馈两级流量控制阀，其结构原理如图2.1所示。力矩电机采用永磁结构，弹簧管支撑电枢喷管组件，将电机与液压部分隔离，因此力矩电机是干燥的。前级是喷射放大器，由喷射管和接收器组成。当控制电流输入到电机线圈时，电枢上产生的控制磁通量与永久磁通量相互作用，从而在电枢上产生扭矩，促使电枢、弹簧管和喷嘴组件偏转与扭矩成比例的小角度。通过喷嘴的高速射流的偏转导致接收器的一个腔中的压力上升，而另一个腔中的压力下降。在连接两个空腔的阀芯的两端形成压力差。阀芯移动，直到反馈组件产生的扭矩与电机的扭矩平衡，从而喷嘴返回到两个接收器的中间位置。这样，阀芯的位移与控制电流的大小成比例，阀的输出流量与控制电流成比例1。图2.1 CSDY伺服阀结构示意图3、射流管伺服阀特性3.1防污染喷管伺服阀利用喷嘴喷射工作流体，将压力能转化为动能，并控制两个接收孔获得的能量比例来控制力。这种方式的阀式喷嘴体积大，受工作流体中杂质如灰尘颗粒的损害小，抗污染能力强。另外，射流管液压放大器的压力效率和容积效率一般在70%以上，有时达到90%以上，输出控制力(滑阀驱动力)大，提高了抗污染能力。其次，由于射流管先导级的控制力比喷嘴挡板式大，射流管伺服阀阀芯的直径和行程比喷嘴挡板式大且长，因此其驱动力较大。即使有一点碎片和灰尘颗粒，滑阀级也能平稳工作，进一步提高抗污染能力。系统的自动化程度越高，对其关键控制部件的可靠性要求就越高。众所周知，油液的污染程度一直是液压控制系统的致命伤害。MOOG(伺服喷射管)先导控制技术在这方面取得了可喜的进展2。在保证先导阀的控制流量、控制功率和响应频率不变甚至更好的前提下，伺服射流(伺服射流管)内的关键间隙尺寸比传统喷嘴挡板阀几乎增加了一个数量级，大大提高了伺服射流(伺服射流管)伺服阀的整体可靠性。目前，在矿山机械行业，伺服射流伺服阀已经开始取代传统的MFB双喷嘴挡板机械反馈电液伺服阀。3.2可靠性由于射流管在喷嘴下游进行力控制，当喷嘴被异物完全堵塞时，由于两个接收孔都没有能量输入，滑阀的两端面都没有油压作用，反馈弹簧的弯曲变形力将使滑阀返回零位，伺服阀可以避免流量输出过大，具有“失效对中”的能力，不存在所谓的“满舵”现象。此外，先导阶段将在运行过程中产生磨损。与喷嘴挡板型相比，磨损产生和性能变化的程度低于喷嘴挡板阀。即使接收器的尖锐边缘被高压油长期侵蚀和凹陷，它仍然具有分水岭效应。只要距喷嘴的距离不超过喷嘴直径的3.5倍，对伺服阀性能的影响就非常小。射流管伺服阀的扭矩电机部件全部采用压装焊接一体化，通过严格的时效处理消除内应力。结构牢固稳定，零点漂移小，射流管伺服阀能承受强烈冲击和振动。综上所述，表明它具有较高的稳定性和可靠性。双喷嘴挡板阀3上方。3.3使用寿命射流管阀的使用寿命一般为5000小时或107倍，实际寿命统计很少。外国波音公司用1971年的统计数据跟踪了900家根据该表，喷射管伺服阀的平均检测时间为35，700小时，平均故障间隔时间为115，000小时。然而，在工业应用中，没有像飞机上那样的精确记录，但是也有用于涡轮调速器的喷射管伺服阀，其在8年中无故障运行时间约为63，000小时，并且有连续使用的例子4。4.国内外发展现状4.1国外射流管伺服阀的发展二战前夕，随着各国工业技术的发展，液压控制技术发展迅速。射流管电液伺服阀和喷嘴挡板电液伺服阀的原理是在那时发明的。第二次世界大战结束时，随着控制理论的成熟和军事应用的需要，伺服阀的研究和发展取得了巨大的成就。从1953年到1955年，机械反馈两级电液伺服阀和双喷嘴两级电液伺服阀被发明。1957年，喷射管用两级电液伺服阀被发明5。喷射管电液伺服阀是Abex公司根据低压自动控制系统中喷射管的长期使用经验，于20世纪50年代后期开发生产的。由于当时高压喷射管技术存在一些问题，而且主要是经过反复试验，有些性能不如当时美国Moog公司生产的喷嘴挡板电液伺服阀，因此推广应用进展缓慢。直到20世纪60年代，在解决了技术关键和提高了产品性能之后，特别是在美国使用了军用飞机、民用航空飞机和各种发电设备之后，才迅速发展成为世界三大著名的电液伺服阀品牌产品之一，其主要型号是Abex400系列。根据国外公布的文件，到1971年8月，全世界已有数百家民航公司使用了9000多种Abex41O伺服阀。其民用航空用途的主要目标见下表1。Abex喷气伺服阀在军用飞机上的用途尚不清楚，但在越南投放的F-4幻影战斗机上发现了Abex410喷气伺服阀。Abex并入Parker后，其喷气伺服阀型号改为Parker400系列，广泛应用于航空领域。近年来，在帕克的展台上可以看到喷射伺服阀。目前已知的主要应用如表2所示。日本从20世纪70年代开始重视射流管电液伺服阀的开发和生产。为了给Abex喷射管伺服阀的制造创造条件，日本还购买了大量Abex喷射管伺服阀，并低价出售，以赢得用户的信任并投入生产。很快，日本岛津公司成为Abex喷射伺服阀的主要生产商之一。世界上最大的伺服阀制造商美国的穆格公司一直在生产喷嘴挡板伺服阀，直到20世纪60年代。自20世纪70年代以来，为了进一步提高电液伺服阀的稳定性、可靠性和使用寿命，我们开发了自己的射流管伺服阀产品，主要型号有：208A、211 A、214、215A、218、225A、225B、231、240、242、261等。由于该产品为军品，在中国尚未普及，对该产品的应用场合了解不多。然而，MTS、霍尼韦尔等公司的射流管电液伺服阀也已广泛应用于航空航天等高端领域。由于保密原因，相关信息不多，只有最近解密的美国空军电液伺服阀和电液伺服机构的研究报告以及进口的国外发动机才能了解它们的应用。目前，欧洲知名的生产喷射管伺服阀的公司是LHC公司。射流管伺服阀有多种规格和型号，广泛应用于航空、航天和工业场合。其在航空领域的应用情况见表3。此外，俄罗斯还开发了自己的喷射管伺服阀，并在俄罗斯开发的喷射管伺服阀的阀芯两端设计了双冗余位置传感器来检测阀芯位置。一旦出现故障信号，备用伺服阀可以立即切换，大大提高了系统的可靠性。这种双重还原中国电液伺服阀的发展始于20世纪50年代末，当时北京机床研究所在日本精密公司3F伺服阀的基础上开发了喷嘴挡板电液伺服阀，但由于某种原因停止了生产。20世纪60年代初，当时的七个航空部门(航天部门)基于从美国未爆炸导弹获得的伺服阀开发了喷嘴挡板电液伺服阀，并将其应用于火箭和导弹的控制系统。目前，喷嘴挡板电液伺服阀广泛应用于国内民用和军用产品市场，并有许多研发和生产单位。主要有： AVIC第609研究所、AVIC第618研究所、18个航天研究所、812个航天研究所、陕西庆丰液压有限公司、北京机床研究所精密机电有限公司7。喷射管电液伺服阀在中国的发展始于20世纪60年代末。当时，长春113厂和三机部(航空部)的其他单位联合开发研制了样机。然而，由于各种原因，它停止了。AVIC第69研究所目前是中国最大的电液伺服阀制造商。当时，在确定该企业伺服阀的发展方向时，分析了射流管电液伺服阀和喷嘴挡板电液伺服阀的特点。认为：喷嘴挡板电液伺服阀具有性能优良、线性度好、零点漂移小的优点。虽然存在喷雾间隙小、易堵塞的缺点，但可以通过提高系统的过滤精度来解决。射流管电液伺服阀具有抗污染能力强、故障适中的优点，但在使用过程中存在一些困难，因此当时的重点发展目标是喷嘴挡板电液伺服阀。其他生产伺服阀的航空公司都是基于同样的考虑而生产喷嘴挡板电液伺服阀8。中国船舶工业第704研究所支持船舶设备用电液伺服阀。自60年代中期第704研究所研制减摇鳍以来，遇到的技术难题是电液伺服阀控制系统。最重要的技术关键是没有适合船舶环境条件和运行要求的电液伺服阀。由于船舶环境条件恶劣，油液清洁度差，喷嘴挡板电液伺服阀无法适应，频繁出现“堵塞、堵塞、漂移”故障。20世纪70年代初，当时船上的各种设备先后使用航空型、陆地型和GMZ型“船用”电液伺服阀，但它们都不能满足船舶的环境条件和使用要求，从而导致船舶设备不断故障，无法正常运行。七四年前，由于GMZ伺服阀的故障，许多船只相继处于严重的危险之中。军委、科委、劳动局和原六机部指示由441家工厂、704个研究所和上海交通大学组成的研究小组，限期攻克GMZ伺服阀的关键可靠性技术。由于时间短，条件差，没有技术储备，只能作为过渡措