2016年春：电液控制技术02
电液伺服阀结构原理
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。
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。
航天十八所伺服阀产品
三级电液伺服阀
喷嘴挡板伺服阀
电液伺服阀的工作原理
一、电液伺服阀的工作原理
在没有控制信号的情况下，力矩马达的衔铁处于平衡位置，挡板停在两喷咀中间。高压油自油口流入，经油滤后分四路流出。其中两路流经左、右固定节流孔，到阀芯左、右两端，再经左、右喷嘴喷出，汇集在流溢腔内，然后经回油节流孔从回油口流出。另外两路高压油分别流到阀套上被阀芯左、右两凸肩盖住的窗口处，而不能流入负载油路(与作动筒相通的油路)。
当有控制信号时，力矩马达衔铁带动挡板组件偏转一个角度，致使阀芯偏离中间位置(如向右移动)。结果阀芯的右凸肩将窗孔打开，使高压油与作动筒进油管路接通，阀芯的中间凸肩左端将回油窗口打开，使之与作动筒的回油接通，这样，伺服阀就可控制作动筒运动。
当控制信号改变极性，则伺服阀控制的负载油路的高压油路和回油路对换，使作动筒运行改变方向。
工作原理
图中上半部为衔铁式力马达，下半部为喷嘴挡板式和滑阀式液压放大器。衔铁与挡板和弹簧杆连接在一起，由固定在阀体上的弹簧管支承。弹簧杆下端为一球头，嵌放在滑阀的凹槽内，永久磁铁 和导磁体形成一个固定磁场。当线圈中没有电流通过时，衔铁和导磁体间的四个气隙中的磁通相等，且方向相同，衔铁与挡板都处于中间位置，因此滑阀没有油输出。当有控制电流流入线圈时，一组对角方向的气隙中的磁通增加，另一组对角方向的气隙中的磁通减小，于是衔铁在磁力作用下克服弹簧管的弹性反作用力而以弹簧管中的某一点为支点偏转θ角，并偏转到磁力所产生的转矩与弹簧管的弹性反作用力产生的反转矩平衡时为止。
工作原理-续1
衔铁和导磁体间的四个气隙中的磁通相等，且方向相同，衔铁与挡板都处于中间位置，因此滑阀没有油输出。当有控制电流流入线圈时，一组对角方向的气隙中的磁通增加，另一组对角方向的气隙中的磁通减小，于是衔铁在磁力作用下克服弹簧管的弹性反作用力而以弹簧管中的某一点为支点偏转θ角，并偏转到磁力所产生的转矩与弹簧管的弹性反作用力产生的反转矩平衡时为止。这时滑阀尚未移动，而挡板因随衔铁偏转而发生挠曲，改变了它与两个喷嘴之间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙增大。 通入伺服阀的压力油经滤油器，两个对称的固定节流孔和左右喷嘴流出，通向回油。当挡板挠曲，喷嘴挡板的两个间隙不相等时，两喷嘴后侧的压力pa和pb就不相等，它们作用在滑阀的左右端面上，使滑阀向相应方向移动一段距离，压力油就通过滑阀上的一个阀口输向执行元件，由执行元件回来的油经滑阀上另一个阀口通向回油。
工作原理-续2
滑阀移动时，弹簧杆下端球头跟着移动，在衔铁挡板组件上产生转矩，使衔铁向相应方向偏转，并使挡板在两喷嘴间的偏移量减少，这就是所谓力反馈。反馈作用的结果，是使滑阀两端的压差减小。当滑阀通过弹簧杆作用于挡板的力矩，喷嘴作用于挡板的力矩以及弹簧管反力矩之和等于力矩马达产生的电磁力矩时，滑阀不再移动，并一直使其阀口保持在这一开度上。通入线圈的控制电流越大，使衔铁偏转的转矩，弹簧杆的挠曲变形，滑阀两端的压差以及滑阀的偏移量就越大，伺服阀输出的流量也就越大。由于滑阀的位移，喷嘴与挡板之间的间隙，衔铁转角都依次和输入电流成正比，因此这种阀的输出流量也和输入电流成正比。输入电流反向时，输出流量也反向。
力反馈式电液伺服阀的方框图
电液伺服阀图形符号
力矩马达
（力马达）
液压放大器
反馈机构
（平衡机构）
二、电液伺服阀的组成
pS
pS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
pL, QL
1—信号线; 2—永磁体; 3—线圈; 4—衔铁; 5—弹簧管; 6—喷嘴; 7—挡板; 8—反馈弹簧杆; 9—阀芯; 10—固定阻尼孔; 11—过滤器; 12—阀体
力反馈两级电液伺服阀结构原理图
反馈机构（或平衡机构）：使伺服阀的输出压力或流量与输入 电气控制信号成比例，使伺服阀本身成为闭环系统
平衡机构：用于单级伺服阀和两级弹簧对中式伺服阀，通常为
各种弹性元件，为一力-位移转换元件
力矩马达（或力马达）：将电气信号转换为力矩或力
液压放大器：控制流向液压执行机构的流量或压力
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
力反馈——反馈弹簧杆动作示意图
单级伺服阀：结构简单、价格低廉、输出流量小、稳定性差
三、电液伺服阀的分类
1.按放大器的级数分：
两级伺服阀：最常用
三级伺服阀：两级伺服阀+功率滑阀，电反馈，流量大于 200L/min
2.按第一级阀（放大器）的结构形式分：
滑阀、单（双）喷嘴挡板阀、射流管阀、偏转板射流阀
3.按反馈形式分：
位置反馈、负载流量反馈、负载压力反馈
四、力矩马达
电气-机械转换器
利用电磁原理工作
1.力矩马达的分类及要求
（1） 分类
1）可动件运动形式：直线位移式（力马达）、角位移式（力矩马达）
2）可动件结构形式：动铁式（衔铁）、动圈式（控制线圈）
3）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）
（2）对力矩马达的要求
1）产生足够的力或行程，体积小、重量轻
2）动态性能好、响应速度快
3）直线性好、死区小、灵敏度高、磁滞小
4）特殊情况下，要求抗振、抗冲击、不受环境温度和压力影响
2.力矩马达工作原理
永磁动铁式力矩马达
用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，2——液压放大元件
用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，2——液压放大元件
在零位时，衔铁正好处于四个气隙的中间位置，弹簧管也正好在正中零位。当输入i而产生电磁力矩后，电磁力矩使衔铁偏转，弹簧管也受力歪斜变形，作用在衔铁上的电磁力矩与弹簧管变形时的弹性力矩平衡，也就是电磁力矩Td通过弹簧管弯曲变形而转化为衔铁的角位移。
例：带钢恒张力控制系统
1张力调节液压缸；2牵引辊；3热处理炉；4、4’转向辊；5力传感器；6浮动阀；7电液伺服阀；8加载装置；9电放大器
在带钢生产过程中，要求控制带钢的张力。牵引辊2牵引带钢移动，加载装置8使带钢保持一定的张力。当张力由于某种干扰发生波动，通过设置在转向辊4’轴承上的力传感器5检测带钢的张力，并和给定值进行比较，得到偏差值，通过电放大器9放大后，控制电液伺服阀7，进而控制输入液压缸1的流量，驱动浮动辊6来调节张力，使张力回复到原来给定之值。
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