第四章电液伺服阀.ppt

第4章 电液伺服阀 前言 液压控制阀是液压控制系统中的重要元件，它在液压控制系统中起到了信号转换、功率放大及控制作用。本章主要介绍电液伺服阀的工作原理、分类，永磁力矩马达、电液伺服阀的动态分析及电液伺服阀的性能及其规格选择等问题。要求熟练掌握电液伺服阀的工作原理及其动态特性分析，熟悉电液伺服阀的选择。 4.1 电液伺服阀结构、分类及工作原理 电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。电液伺服阀是液压控制系统的核心元件。 控制精度高，响应速度快。 根据输出液压信号的不同，电液伺服阀分为电液流量控制伺服阀和电液压力控制伺服阀 主要功能：信号转换、功率放大、伺服控制 基本结构图 4.1.2 电液伺服阀的分类 伺服阀可分为单级、两级、三级伺服阀。阀流量较大时，采用两级或三级电液伺服阀的形式。包括液压前置级和功率级 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 单级伺服阀主要由滑阀、力矩马达构成。力矩马达直接驱动滑阀运动。 动铁式单级伺服阀 动圈式单级伺服阀 单级电液伺服阀结构简图 特点： 结构简单，价格低。 力矩马达功率小。工作时可能出现不稳定。 两级电液伺服阀 这是最常用的电液伺服阀。 具有液压前置放大器，将力矩马达输出放大，以克服滑阀承受的较大液动力、粘性力和质量力。 按反馈形式不同，分为位置反馈、负载压力反馈和负载流量反馈三种。 位置反馈电液伺服阀结构简图 根据伺服阀芯位置感受方式不同，位置反馈两级电液伺服阀分为： 4.1.3 电液伺服阀工作原理 1、单级电液伺服阀原理 力矩马达在输入电流作用下产生偏转，直接推动阀芯运动，打开节流口，输出流量、压力，直接控制负载运动。 缺点：输出流量有限；稳定性不可靠，通常取决于负载的动态特性。 2、两级电液伺服阀的工作原理 两级电液伺服阀克服了单级伺服阀流量受限制和工作不稳定的缺点。 根据反馈形式不同，分位置反馈、负载压力反馈和负载流量反馈三种。位置反馈最为常见。 位置反馈又分直接反馈、力反馈和弹簧对中电液伺服阀。前两种最为常见。 直接反馈两级电液伺服阀 力反馈两级电液伺服阀 4.2 动铁式永磁力矩马达 力矩马达是电液伺服阀的输入级。起到前置放大的作用，电气-机械转换装置。 力矩马达分类 可动件运动形式：直线位移式（力马达）、角位移式（力矩马达） 可动件结构形式：动铁式（衔铁）、动圈式（控制线圈） 极化磁场产生的方式：非激磁式（控制线圈差动连接）、固定电流激磁（激磁线圈，大的极化磁通，结构复杂，体积大）、永磁式（永久磁铁，结构简单、重量轻、获得的极化磁通小） 4.2.1 概述 动铁式力矩马达组成如图。衔铁被安装在磁场气隙中，两个导磁体被磁化。永磁体、导磁体构成磁路。当电流通过控制线圈，产生通过衔铁的磁通，改变了通过四个气隙的磁通量，产生力矩，带动衔铁绕轴心或弹簧管中心转动，与弹性支承力矩平衡，衔铁输出一个角位移。 特点：衔铁惯性小，弹簧管刚度大，动态响应快。但受磁滞影响大，输出线性度差。因此衔铁位移量很小。 4.2.2 动铁式力矩马达基本方程 本节研究力矩马达的输出在控制输入电流作用下的动态特性。 力矩马达磁路原理图 力矩马达中的负弹簧 当有输入电流?i之后，即产生电磁力矩Td以驱动衔铁转动而有角位移?，又进一步使Td增大，Td之增加又更加驱使衔铁转动。这样，衔铁是不能工作的，只要衔铁略为偏离中位，那怕没有输入电流，衔铁也会受电磁力矩之作用而偏转。越偏转则力矩越大，力矩越大则越偏转，直到衔铁碰上导磁体为止。 为了使衔铁有确定的偏转角，就必须另设一个机械弹簧与衔铁连接在一起。衔铁偏转?后产生一个与?成正比的机械弹簧力矩与电磁力矩平衡，这时衔铁才能停留在确定的角位移?处，磁弹簧的作用与机械弹簧相反，所以可以说它是一个负弹簧。 4.2.3动铁式力矩马达传递函数 以放大器输入信号电压为输入，以力矩马达衔铁转角为输出的传递函数： 4.2.4 动铁式力矩马达静、动态特性分析 1、静态特性分析 简化了的空载静态特性方程为： 衔铁输出转角与控制信号差动电流△i成正比。 空载静态特性曲线分析 1、 时，衔铁将不稳定。此极限与弹簧参数无关。 2、出现静不稳定电流随 减小而增加，斜率随之增大。 3、为防止衔铁被永久磁铁吸附和线性度要求，通常限制 1。 带负载的力矩马达静态特性 当TL≠0时，包含有负载的力矩马达静态特性方程为： 2、动态特性分析 根据力矩马达传递函数： 当KaKm,力矩马达工作不稳定。 转折频率 通常比较低，须使用高输出阻抗放大器。 衔铁固有频率 如须提高衔铁固有频率，应尽量减小衔铁及其任何附加的负载转动惯量Ja，增加衔铁转轴的机械扭簧刚度Ka。 力矩马达频率特性曲线