电液伺服阀论述

电液伺服阀论述
1.概述
电液伺服阀是电液伺服系统中的核心元件。

它既是电液转换元件，又是功率放大元件。

在系统中将输入的小功率电信号转换为大功率的液压能（压力与能量）输出，其性能对系统特性影响很大。

电液伺服阀在电厂中被广泛使用，伺服阀是电液伺服控制系统中的重要控制元件，在系统中起着电液转换和功率放大作用。

电液伺服阀的性能和可靠性将直接影响系统的性能和安全，是电液伺服控制系统中引人瞩目的关键元件。

20 世纪70 年代以来，国内开始了对电液伺服系统的研究和应用。

近年来，随着国内机械工业的高速发展，对于高精度金属成型装备的需求大大增加，大规格电液伺服系统在锻压机械、轧钢机械、折弯机中的应用越来越广泛。

而电液伺服阀的发展可以追溯到二战末期，1940 年前后，在飞机上最早出现了电液伺服控制系统。

电液伺服阀将输入的小功率电信号转换为大功率液压输出形式( 压力和流量) ，具有控制精度高和响应速度快的特点。

电液伺服阀结构精密，对油液介质要求高，价格昂贵。

典型结构有喷嘴挡板式和射流管式，喷嘴挡板式动态响应快，灵敏度高，但是零位泄漏量大，喷嘴易堵塞。

与喷嘴挡板式电液伺服阀相比，射流管式电液伺服阀抗污染能力强，但是响应速度略慢。

为使电液伺服系统能够可靠并廉价地应用到实际工业生产中，20 世纪60 年代末，出现了电液比例阀。

电液比例阀是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。

后来又经过了一系列的发展，20 世纪末，伺服技术与比例技术相结合，伺服比例阀应运而生。

与电液伺服阀相比，电液比例阀抗污染能力强，成本低，但是其直线性和响应速度均不及电液伺服阀。

电液伺服阀和电液比例阀有其独有的特点和优势，但也因其自身结构特点的原因，有一些先天的劣势。

特别是当要求输出的液压功率较大，而电－机械转换元件输出功率较小，无法直接驱动功率级主阀时，需要增加液压先导级，无疑使阀的结构更加复杂，稳定性降低。

而电磁直驱式大规格电液伺服阀以其新的设计
思路很好地解决了这些问题，所以对电磁直驱式大规格电液伺服阀的研究有着重要的意义。

2.电液伺服阀构成及分类
2.1 电液伺服阀的构成
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。

在电液伺服阀中力矩马达的作用是将电信号转换为机械运动，因而是一个电气——机械转换器。

电气——机械转换器是利用电磁原理工作的。

它由永久磁铁或激隘线圈产生极化磁场。

电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力或力矩，从而使其运动部分产生直线位移或角位移的机械运动。

2.2电液伺服阀的分类
2.2.1 按液压放大级数分
（1）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小、定位刚度低，使阀的输出流量有限，对负载动态变化敏感，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。

（2）两级伺服阀
此类阀克服了单级伺服阀的缺点，是最常用的型式。

（3）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。

2.2.2 按第一级阀的结构形式分
可分为：滑阀、单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀、射流管阀、偏转板射流阀。

2.2.3 按反馈形式分
可分为滑阀位置反馈、负载流量反馈和负载压力反馈三种。

2.2.4 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矩马达特性变坏，干式的则可使力矩马达不受油液污染的影响，目前的伺服阀都采用干式的。

3.电液伺服阀的工作原理
电液伺服阀是油动机的核心部件，靠它来接收电信号并控制进入油缸油流的多少。

电液伺服阀安装在MSV，GV和ICV的阀门油动机上，RSV的油动机没有安装电液伺服阀。

通过向油动机的油缸供应高压油而将蒸汽阀门打开，而通过其将油缸的高压油泄去并靠弹簧力将蒸汽阀门关闭。

常用的伺服阀( 喷嘴挡板式) 是一个由力矩马达、两级液压放大及机械反馈所组成的系统，其中力矩马达操作第一级挡板; 喷嘴/挡板组件控制第二级即主阀芯两端的压力使该阀芯运动，主阀芯的运动产生对第一级( 先导级) 衔铁挡板组件的反馈运动。

力矩马达把输入的电信号( 电流) 转换为力矩输出。

无信号时，衔铁由弹簧管支撑在上下导磁体的中间位置，永久磁铁在四个气隙中产生的极化磁通是相同的力矩马达无力矩输出。

此时，挡板处于两个喷嘴的中间位置，喷嘴两侧的压力相等，滑阀处于中间位置，阀无液压输出; 若有信号时控制线圈产生磁通，其大小和方向由信号电流决定，磁铁两极所受的力不一样，于是，在磁铁上产生磁转矩，使衔铁绕弹簧管中心逆时针方向偏转，使挡板向右偏移，喷嘴挡板的右侧间
隙减小而左侧间隙增大，则右侧压力大于左侧压力，从而推动滑阀左移。

同时，使反馈杆产生弹性变形，对衔铁挡板组件产生一个顺时针方向的反转矩。

当作用在衔铁挡板组件上的电磁转矩，弹簧管反转矩，反馈杆反转矩等诸力矩达到平衡时，滑阀停止移动，取得一个平衡位置并有相应的流量输出。

滑阀位移，挡板位移，力矩马达输出力矩等都与输入的电信号( 电流) 成比例变化。

伺服阀在接受电信号之后各零部件动作如图1所示。

图1 伺服阀在接受电信号之后各零部件动作
4.伺服系统
4.1电液位置伺服系统
电液伺服阀控制系统将电子和液压有机结合起来，既具有快速易调和高精度的响应能力，又能控制大惯量实现大功率运动输出，因而得到广泛的应用。

其中，电液位置控制系统应用最广泛；诸如飞机与船舶的舵机控制、火炮的瞄准、雷达天线的跟踪控制、轧钢钢板厚度和带材跑偏控制、数控机床的定位及加工轨迹控制、模拟振动试验台位移控制等等。

4.2电液速度伺服系统
速度控制系统在工程控制中也是常用的一类控制系统。

如炮塔、雷达天线、
转台、平台等装备中的速度控制，邮件自动分检机的传送带以及机床的进给装置的速度控制等等。

这些系统的输出量是速度、输入及反馈信号也都是速度信号。

形成一个闭环速度控制系统。

4.3电液力伺服系统
力（或力矩）的控制是工程实践中常有的。

电液力（或力矩）控制系统具有精度高、响应快、功率大、结构紧凑和使用方便等优点，因此得到越来越广泛的应用。

例如，材料试验机、液压压机、轧机张力控制系统、车轮刹车装置等都采用了电液力控制系统。

5.结语
电液伺服阀是将小功率电流信号转换为大功率液压能（压力、流量）的电液转换元件。

可以将执行元件进行流量控制或压力控制，前者称为电液流量伺服阀，简称流量阀，如位置反馈两级伺服阀、负载流量反馈两级伺服阀；后者称电液压力伺服阀，简称压力阀，如负载压力反馈两级伺服阀。

因伺服阀的输出流量与压力之间存在一定关系，所以不存在理想的流量伺服阀和理想的压力伺服阀。

采用负载流量反馈是为了得到不受或少受负载压力影响的流量伺服阀；采用负载的压力反馈是为了得到不受或少受负载流量影响的压力伺服阀。

电液伺服阀是闭环控制系统中最重要的一种伺服控制元件，它能将微弱的电信号转换成大功率的液压信号（流量和压力）。

用它作转换元件组成的闭环系统称为电液伺服系统。

电液伺服系统用电信号作为控制信号和反馈信号，灵活、快速、方便；用液压元件作执行机构，重量轻、惯量小、响应快、精度高。

对整个系统来说，电液伺服阀是信号转换和功率放大元件；对系统中的液压执行机构来说，电液伺服阀是控制元件；阀本身也是个多级放大的闭环电液伺服系统，提高了伺服阀的控制性能。

电液伺服系统是液压伺服系统和电子技术相结合的产物，由于它具有更快的响应速度，更高的控制精度，在军事、航空、航天、机床等领域中得到广泛的应用。

目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统己经成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面，应用十分广泛。