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第5章 电液伺服阀
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第5章 电液伺服阀
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论文导读：在液压系统中，伺服控制阀有机液伺服阀和电液伺服阀等。按伺服阀的功用，可分为流量（用于控制输出的流量）和压力（用于力或压力控制系统）伺服阀两种。
关键词：伺服控制阀，压力控制，转换装置
在液压系统中，伺服控制阀有机液伺服阀和电液伺服阀等。机液伺服阀是柱塞泵变量机构所采用的伺服变量阀。这里主要探讨电液伺服阀。科技论文。
1.电液伺服阀的分类及组成
1.1电液伺服阀的分类
（1）按电----机械转换器的结构，可分为动圈式（动圈式力马达常与作为前置级要求行程较长的小型滑阀式液压伺服阀配合使用）和动铁式（动铁式力矩马达常与作为前置级的工作行程较小的喷嘴挡板式及射流管式液压伺服阀配合使用）伺服阀两种。
（2）按液压前置放大器的结构形式，可分为滑阀式、喷嘴挡板式（双喷嘴或单喷嘴）和射流管式伺服阀三种。
（3）按液压放大器的串联级数，可分为单级、二级和三级伺服阀。
（4）按伺服阀的功用，可分为流量（用于控制输出的流量）和压力（用于力或压力控制系统）伺服阀两种。
（5）按反馈方式，可分为没有反馈、机械反馈、电气反馈、力反馈、负载压力反馈、负载流量反馈伺服阀等数种。
（6）按液压能源，可分为恒压源式（即进入液压放大器的液压源的压力为恒值，而流量是可变的）和恒流源式（即进入液压放大器的能源流量是恒值，而压力是可变的）伺服阀两种。
1.2电液伺服阀的组成
电液伺服阀由电----机械转换器（力矩马达或力马达）和液压放大器组成。
2.电液伺服阀放大器的结构形式
电液伺服阀中常用的液压放大器有滑阀式、喷嘴挡板式和射流管式三种。
2.1滑阀式液压放大器（简称滑阀）
根据滑阀的控制边数（起控制作用的阀口数）的不同，可分为单边、双边和四边滑阀控制式三种类型。
单边滑阀只有一个控制边（可变节流口），有负载口和回油口共二个通道，故又称为二通伺服阀。由于只有一个负载通道，只能用来控制差动缸。一般使缸的有杆腔与供油腔常通（以产生固定的回程液压力），还必须和一个固定节流孔R配合使用，才能控制无杆腔的油压。当滑阀向左（或向右）移动时，控制边的开口XS增大（或减小），控制了缸中的液压力和流量，从而改变缸的运动速度和方向。
双边滑阀有两个控制边（可变节流口），它有供油口、回油口和负载口共三个通道，故又称为三通伺服阀。因只有一个负载通道，也只能用来控制差动缸，故应使缸的有杆腔与供油压力常通（形成固定的回程液压力）。压力油经滑阀控制边XS1的开口与缸的无杆腔相通，并经XS2的开口回油箱。当滑阀向右移动时，XS1增大，XS2减少；滑阀向左移动时，XS1减小，XS2增大。这样，就控制了液压缸无杆腔的回油阻力，从而改变差动缸的运动速度和方向。
四个控制边的四边滑阀，它有供油口、回油口和两个负载口，共四个通道，故又称为四通伺服阀。因它有两个负载通道，故能控制各种液压执行元件。控制边XS1和XS2是控制压力油进入执行元件左、右油腔的，XS3和XS4是控制左、右油腔通向油箱的。当力矩马达驱动滑阀向右移动时，XS1和XS4增大，XS2和XS3减小；向左移动时，情况相反。这样，就控制了进入执行元件左、右腔的液压力和流量，从而控制了执行元件的运动速度和方向。
从控制角度，四边滑阀性能最好，双边滑阀居中，单边滑阀最差。从加工角度，单边滑阀容易、成本低，双边滑阀居中，四边滑阀加工困难、成本高。通常，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。
根据滑阀在零位（中间位置）时的开口形式，可分为负开口（正遮盖）、零开口（零遮盖）和正开口（负遮盖）三种类型。
滑阀式放大器加工较困难，装配精度较高，价格贵；阀芯质量大，惯性大，阀芯固有频率低；阀芯与阀套之间有摩擦；对油液的污染较敏感；阀芯上的作用力大，因而要求控制元件的拖动力较大。滑阀式液压放大器广泛地作为功率放大器使用。
2.2射流管式放大器
射流管主要由射流管和接收器组成。射流管喷出液压油的动能由接收器接收后又转换为压力能，作用在液压缸活塞上。射流管可以绕轴摆动。射流管处在中间位置时，两个接收口接收的能量相等，活塞保持不动；当射流管偏离中间位置时，一个接收口接收的能量大，压力恢复高，另一个则相反，这时液压缸的活塞就产生相应的运动。
这种放大器的优点是结构简单，加工精度要求低，抗污染能力强，工作可靠，所需操纵力小，可以直接用在小功率伺服系统中。其缺点是特性不易预测，要靠实验确定，零位损失大，油液的粘性影响大，低温性能差等。
这种放大器一般应用于低压小功率场合，可作为电液伺服阀的前置级。
2.3喷嘴挡板式放大器
单喷嘴挡板式液压放大器固定节流口、喷嘴、挡板组成，挡板和喷嘴之间的距离可以控制，改变其距离，就改变了喷嘴和挡板之间的节流口。液压缸右端为供油压力，左端的压力靠喷嘴和挡板之间的距离控制，进而实现对差动液压缸的控制。
3.电液伺服阀的典型结构
3.1力反馈两级电液伺服阀
力反馈两级电液伺服阀是目前广泛应用的一种伺服阀的结构原理。其第一级为双喷嘴挡板式液压放大器，由永磁式力矩马达控制；第二级为四通滑阀式液压放大器。阀芯的位移通过反馈弹簧杆与衔铁挡板组件相连，构成滑阀位移 ---- 力反馈系统。
当无控制电流时，衔铁由弹簧管支撑在上、下导磁体的中间位置，挡板处在两个喷嘴的中间位置，滑阀阀芯在反馈杆的约束下处于中位，伺服阀无输出。
当有差动控制电流输入时，在衔铁上产生电磁力矩（这里 假设力矩为逆时针方向），使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针方向偏转，弹簧管和反馈杆产生变形，挡板偏离中位。科技论文。这时，喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起滑阀右腔控制压力增大，左腔控制压力减小，推动滑阀阀芯左移。同时带动反馈杆端部小球左移，使反馈杆进一步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁挡板组件便处于一个平衡位置。在反馈杆端部左移进一步变形时，使挡板的偏移减小，趋于中位。这时右腔控制压力降低，左腔增高，当阀芯两端的液压力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力以及滑阀的液动力相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。在负载压差一定时，阀的输出流量也与控制电流成比例。所以这是一种流量控制伺服阀。
这种伺服阀由于衔铁和挡板均在中位附近工作，所以线性好。对力矩马达的线性要求也不高，可以允许滑阀有较大的工作行程。
3.2射流管式二级电液伺服阀
射流管由力矩马达带动偏转。科技论文。射流管焊接于衔铁上，并由薄壁弹簧片支承。液压油通过柔性的供油管进入射流管，从射流管喷嘴射出的液压油进入与滑阀两端控制腔分别相通的两个接收口中，推动阀芯移动。射流管的侧面装有弹簧板及反馈弹簧，其末端插入阀芯中间的小槽内，阀芯移动时，推动反馈弹簧构成对力矩马达的力反馈。力矩马达借助于薄壁弹簧片实现对液压部分的密封隔离。
射流管式伺服阀的最大优点是抗污染能力强。缺点是动态响应较慢，特性不易预测，细长的射流管及柔性供压管易出现结构谐振。
液压控制的作用在现阶段的控制中的位置越来越重要，其控制灵活、精度高、快速性好、输出功率大，学习和了解伺服阀的结构原理和工作原理，对于我们进行高精度的控制有至关重要的作用。
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电液伺服阀
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，电液伺服阀和比例阀可分为电液流量控制伺服阀和比例阀和电液压力控制伺服阀和比例阀两大类。
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。
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、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。
二、电液伺服阀的分类
按液压放大级数分为：
单级伺服阀
此类阀结构简单、价格低廉，但由于力矩马达或力马达输出力矩或力小、定位刚度低，使阀的输出流量有限，对负裁动态变化敏感，阀的稳定性在很大程度上取决于负载动态，容易产生不稳定状态。只适用于低压、小流量和负载动态变化不大的场合。
两级伺服阀
此类阀克服了单级伺服阀缺点，是最常用的型式。
三级伺服阀
此类阀通常是由一个两级伺服阀作前置级控制第三级功率滑阀．功率级滑阀阀芯位移通过电气反馈形成闭环控制，实现功率级滑阀阀芯的定位。三级伺服阀通常只用在大流量的场合。
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
射流管阀和偏转板射流阀。
按反馈形式分类：
可分为滑阀位置反嫂、负载流量反馈和负载压力反馈三种。
按力矩马达是否浸泡在油中分类：
湿式的可使力矩马达受到油液的冷却，但油液中存在的铁污物使力
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