《流体传动与控制技术》课件电液控制技术（2）及应用

电液伺服控制技术

电液伺服阀是电气一液压伺服系统中关键的精密控制元件，价格昂贵，所以伺服阀的选择，应用要谨慎，保养要特别仔细。简单介绍电液伺服阀选择、使用和保养的一些基本方法。电液伺服阀系统的组成电液伺服阀的组成

电液伺服阀的结构和类型很多，但是都是由电-机械转换器、液压放大器和反馈装置所构成，如上图所示。其中电－机械转换器是将电能转换为机械能的一种装置，根据输出量的不同分为力马达（输出直线位移）和力矩马达（输出转角）；液压放大器是实现控制功率的转换和放大。由前置放大级和功率放大级组成，由于电－机械转换器输出的力或力矩很小，无法直接驱动功率级，必须由前置放大级先进行放大。前置放大级可以采用滑阀、喷嘴挡板阀或射流管阀，功率级几乎都采用滑阀。反馈装置即可以解决滑阀的定位问题，又可使整个阀变成一个闭环控制系统，从而具有闭环控制的全部优点。电液伺服阀的工作原理电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优，在液压控制系统中得到广泛的应用。在此着重介绍一种典型电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的组成：由力矩马达和液压放大器组成。力矩马达组成：由一对永久磁铁1、导磁体2和4、衔铁3、线圈5和内部悬置挡板7的弹簧管6等组成。液压放大器组成：前置放大器：前置放大级是一个双喷嘴挡板阀，它主要由挡板7喷嘴8节流孔10和滤油器11组成。功率放大器：功率放大级主要由滑阀9和挡板下部的反馈弹簧片组成。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。力矩马达工作原理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，则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。力矩马达力矩马达是将较小的电流信号按比例的转换成机械运动量。它是一种永磁铁激励的马达，且与液压部分严格密封。1.永磁铁2.复位弹簧3.O型密封圈4.挡板5.可调磁极螺丝6.衔铁7.控制线圈液压放大器-滑阀

液压放大器的结构形式有滑阀、喷嘴—挡板阀和射流管阀三种。 根据滑阀上控制边数(起控制作用的阀口数)的不同，有单边、双边和四边滑阀控制式三种结构类型。单边（二通伺服阀）液压放大器-滑阀右图单边控制式滑阀。它有一个控制边a（可变节流口），有负载口和回油口二个通道，故又称为二通伺服阀。x为滑阀控制边的开口量，控制着液压缸右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。压力油进入液压缸的有杆腔，通过活塞上的阻尼小孔e进入无杆腔，并通过滑阀上的节流边流回油箱。当阀芯向左或向右移动时，阀口的开口量增大或减小，这样就控制了液压缸无杆腔中油液的压力和流量，从而改变液压缸运动的速度和方向。液压放大器-滑阀双边滑阀：为双边控制滑阀。它有两个控制边a、b（可变节流口）。有负载口、供油口和回油口三个通道，故又称为三通伺服阀。压力油一路直接进入液压缸有杆腔；另一路经阀口进入液压缸无杆腔并经阀口流回油箱。当阀芯向右或向左移动时，x1增大x2减小或x1减小x2增大，这样就控制了液压缸无杆腔中油液的压力和流量，从而改变液压缸运动的速度和方向。以上两种形式只用于控制单杆的液压缸。液压放大器-滑阀四边控制滑阀：它有四个控制边a、b、c、d（可变节流口）。有两个负载口、供油口和回油口四个通道，故又称为四通伺服阀。其中a和b是控制压力油进入液压缸左右油腔的，c和d是控制液压缸左右油腔回油的。当阀芯向左移动时，x1

、x4减小，x2、x3增大，使p1迅速减小，p2迅速增大，活塞快速左移。反之亦然。这样就控制了液压缸运动的速度和方向。这种滑阀的结构形式即可用来控制双杆的液压缸，也可用来控制单杆的液压缸。液压放大器-滑阀由以上分析可知，三种结构形式滑阀的控制作用是相同的。四边滑阀的控制性能最好，双边滑阀居中，单边滑阀最差。但是单边滑阀容易加工、成本低，双边滑阀居中，四边滑阀工艺性差加工困难，成本高。一般四边滑阀用于精度和稳定性要求较高的系统；单边和双边滑阀用于一般精度的系统。滑阀在零位时的开口形式a负开口（t>h）、b零开口（t=h）、c正开口（t<h）液压放大器-射流管阀射流管阀由射流管3、接受板2和液压缸1组成，射流管3由垂直于图面的轴c支撑并可绕轴左右摆动一个不大的角度。接受板上的两个小孔a和b分别和液压缸1的两腔相通。当射流管3处于两个接受孔道a、b的中间位置时，两个接受孔道a、b内的油液的压力相等，液压缸1不动；如有输入信号使射流管3向左偏转一个很小的角度时，两个接受孔道a、b内的压力不相等，液压缸1左腔的压力大于右腔的，液压缸1向右移动，反之亦然。射流管的优点是结构简单、加工精度低、抗污染能力强。缺点是惯性大响应速度低、功率损耗大。因此这种阀只适用于低压及功率较小的伺服系统。1－液压缸2－接受器3－射流管液压放大器-喷嘴挡板阀

喷嘴挡板阀因结构不同分单喷嘴和双喷嘴两种形式，两者的工作原理相似。如图所示为双喷嘴挡板阀的原理图。它主要由挡板1、喷嘴3和6、固定节流小孔2、7和液压缸等组成。压力油经过两个固定阻尼小孔进入中间油室再进入液压缸的两腔，并有一部分经喷嘴挡板的两间隙4、5流回油箱。当挡板处于中间位置时，液压缸两腔压力相等，液压缸不动；当输入信号使挡板向左移动时，节流缝隙5关小，4开大，液压缸向左移动。因负反馈的作用，喷嘴跟随缸体移动直到挡板处于两喷嘴的中间位置时液压缸停止运动。建立起一种新的平衡。喷嘴挡板阀的优点是结构简单、加工方便、运动部件惯性小、反应快、精度和灵敏度较高。缺点是无功损耗大、抗污染能力较差、常用于多级放大式伺服元件中的前置级。1－挡板2、7固定节流小孔3、6－喷嘴4、5－节流缝隙伺服阀–阀体伺服阀结构从阀体开始。伺服阀-阀套为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装阀套。伺服阀–阀芯为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装阀套。伺服阀–预过滤器在主阀体内，还应安装用于过滤控制油液的过滤器。伺服阀–控制油阀体端盖用于通过从过滤器至比例阀先导级的控制油液。伺服阀–喷嘴挡板伺服阀–喷嘴先导级含有两个喷嘴...伺服阀–力矩马达...和一个力矩马达。挡板一方面与力矩马达衔铁连接，另一方面，其穿过两个喷嘴，与主阀芯连接。伺服阀当伺服阀失电时，挡板位于两个喷嘴中间，所以主阀两个控制腔中的压力是相等的，即主阀芯也是位于中位。伺服阀在力矩马达中，安装有环绕在衔铁四周的永久磁铁磁轭。伺服阀在力矩马达线圈中通入电流会激磁衔铁，并引起其倾斜。衔铁倾斜方向由电压极性来确定，倾斜程度则取决于电流大小。伺服阀衔铁倾斜会使挡板更加靠近一个喷嘴，而远离另一个喷嘴。伺服阀这样会使主阀两端控制腔中的压力产生压差...伺服阀...引起主阀芯移动，比例阀有流量输出。随着主阀芯移动，当两控制腔中的压力相等时，挡板又处于两喷嘴中间，这时主阀芯停止移动。伺服阀伺服阀选用在伺服阀选择中常常考虑的因素有：A：阀的工作性能、规格；B：工作可靠、性能稳定、一定的抗污染能力；C：价格合理；D：工作液、油源；E：电气性能和放大器；F：安装结构，外型尺寸等等。伺服阀选用

一、按控制精度等要求选用伺服阀： 系统控制精度要求比较低时，还有开环控制系统、动态不高的场合，都可以选用工业伺服阀甚至比例阀。只有要求比较高的控制系统才选用高性能的电液伺服阀，当然它的价格亦比较高。

二、按用途选用伺服阀： 电液伺服阀有许多种类，许多规格，分类的方法亦非常多，而只有按用途分类的方法对我们选用伺服阀是比较方便的。按用途分：有通用型阀和专用型阀。 专用型阀使用在特殊应用的场合，例如：高温阀、防爆阀、高响应阀、余度阀、特殊增益阀、特殊重叠阀、特殊尺寸、特殊结构阀、特殊输入、特殊反馈的伺服阀等等。还有特殊的使用环境对伺服阀提出特殊的要求，例如：抗冲击、震动、三防、真空⋯⋯。

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通用型伺服阀还分通用型流量伺服阀和通用型压力伺服阀。在力（或压力）控制系统中可以用流量阀，也可以用压力阀。压力伺服阀因其带有压力负反馈，所以压力增益比较平缓、比较线性，适用于开环力控制系统，作为力闭环系统也是比较好的。但因这种阀制造、调试较为复杂，生产也比较少，选用困难些。当系统要求较大流量时，大多数系统仍选用流量控制伺服阀。

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在力控制系统用的流量阀，希望它的压力增益不要象位置控制系统用阀那样要求较高的压力增益，而希望降低压力增益，尽量减少点压力饱和区域，改善控制性能。虽然在系统中可以通过采用电气补偿的方法，或有意增加压力缸的泄漏等方法来提高系统性能和稳定性等，我们在订货时仍需向伺服阀生产厂家提出低压力增益的要求。 通用型流量伺服阀是用得最