电液伺服阀VS电液转换器

一、如何将电子调节器输出的“电”信号，转换成能被液压执行器接受的“液”信号，让液压执行器按照电子调节器的要求调节进汽调节阀开度，改变汽轮机进汽流量？答案就是电液转换器，它是将“电”信号转换成“液”信号的中间媒介，是整个电液系统中的关键部件。

二、电液转换器的工作原理及分类
按照电液转换器的工作原理，它由力矩马达和液压放大两部分组成。

力矩马达的作用是将“电”信号转换成机械力或机械位移信号，而液压放大部分则将机械信号进一步放大并以“油压”或“流量”的“液”信号形式输出。

力矩马达利用电动机原理，将磁场中通电线圈的电流转换成机械力，并以通电线圈或磁铁产生的机械位移输出。

从线圈位移输出还是磁铁位移输出来分，力矩马达有动圈式和动铁式两种基本类型。

电液转换器的液压放大部分，从“液”信号输出的形式来分又有“油压”输出和“流量”输出两种形式。

从电液转换器供油压力等级来分，又有高压电液转换器和低压电液转换器两种。

目前，高压电液转换器的供油压力为13~14Mpa；低压电液转换器的供油压力为1Mpa左右。

三、电液转换器目前有多种结构形式
动圈式力矩马达用十字片弹簧平衡的电液转换器；
动铁式力矩马达带二级液压放大的电液伺服阀；
动铁式力矩马达直接动作的直动式电液伺服阀；
动铁式力矩马达采用碟阀控制的电液转换器。

这里介绍的是上海汽轮机厂采用比较多的动铁式力矩马达带二级液压放大的电液伺服阀和动铁式力矩马达采用碟阀控制的电液转换器。

习惯上，我们把“油压”输出的称为电液转换器；把“流量”输出的称为电液伺服阀。

1、动铁式力矩马达带二级液压放大的电液伺服阀：
电液伺服阀是二战期间由于飞行器等军事装备对控制系统提出快速响应以及更高的动态精度要求而发展起来的，并在战后逐渐用于民用和工业设备。

它是一种能接受模拟量的“电”信号输入，并随电控信号大小和极性的变化，以“流量”或“压力”作为输出的液压控制阀。

常用的电液伺服阀带有两级液压放大器。

第一级液压前置放大器有滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀三种形式，喷嘴挡板型是常用的选择，而第二级液压功率放大器则无一例外地都采用断流式四通滑阀。

电液伺服阀通常有三部分组成：作为电信号转换的力矩马达；液压放大器；反馈装置。

其中反馈有其特殊的意义，因为液压功率放大是一个滑阀，以位移输出时，具有积分特性，只要有微小的输入，滑阀的移动将不断增加，无法定位。

为解决定位问题，获得输入电信号与滑阀位移的对应关系，即流量—压力特性，必须在前置液压放大器与液压功率放大器之间建立某种负反馈。

对喷嘴挡板作为前置放大的电液伺服阀，四通滑阀的位移则通过反馈杆以力的方式反馈到弹簧管上。

图1 带有两级液压放大的电液伺服阀原理图图1是动铁式力矩马达带有两级液压放大的电液伺服阀的原理图。

动铁式力矩马达是一种永磁桥式结构，由永久磁钢，导磁体，弹性支轴，线圈和衔铁等组成。

导磁体被永久磁钢产生的固定磁通磁化，形成N极和S极。

当控制电流流过衔铁线圈时，衔铁被磁化，一端呈现N极，另一端呈现S 极，它们分别被导磁体的N极和S极所吸引和排斥。

这样就在衔铁上产生一个力矩，这个力矩由弹性支轴发生弹性变形的阻力矩平衡，并使衔铁产生一个与控制电流成正比的角位移。

由于结构尺寸以及控制电流的限制，力矩马达输出力矩较小，通常力矩马达的输入电流为10~40mA时，输出力矩为0.02~0.06Nm。

这一输出力矩难以直接驱动大功率的液压放大器，所以伺服阀通常为两级液压放大，即由力矩马达驱动液压前置放大器，再由前置放大器驱动液压功率放大器。

其前置液压放大器为喷嘴挡板阀；液压功率放大器则采用滑阀。

衔铁支承在弹性支轴上。

弹性支轴是一个具有弹性的薄壁园管。

衔铁的电磁力使弹簧管变形并转过一个角度。

衔铁的转动引起了挡板移动，改变了左右喷嘴的排油面积。

喷嘴挡板是第一级液压放大器，压力油经滤网和节流孔进入滑阀左右侧，然后分别在左右喷嘴中排出。

衔铁的转动减小了一端喷嘴的排油面积，而增大了另一端喷嘴的排油面积，致使滑阀两端的压力发生变化，在压差的作用下滑阀移动。

造成由滑阀控制的四个油口通流面积改变。

伺服阀以力矩马达的电流作为输入，以断流式四通滑阀控制油口的通流面积或通流流量为输出。

当输入电流为零时，滑阀处于中间的断流位置，输出的流量也为零。

如果将电液伺服阀的输出1及输出2油路接口与一个油缸的活塞连接，并采用高压油（供油油压13~14Mpa）向电液伺服阀供油，则是目前常用的用电液伺服阀直接带动油缸作为执行元件的一个例子。

电液伺服阀的特点是频带宽，动态特性好，力矩马达的驱动电流小（±40mA），但由于采用了喷嘴挡板前置液压放大器，对油中的污物极为敏感，因此油质要求极高。

尽管电液伺服阀内置了10μ的滤芯，但供电液伺服阀的油源仍有允许颗粒小于3μ的存在要求。

电液伺服阀另一关键是如何保证弹性的薄壁圆管以及弹性挡板反馈杆零件的质量，因为这两个零件在使用过程中始终处于高频交变变形的疲劳状态，要保持其良好的性能，必须选用抗疲劳的弹性材料，并采用精密切削加工以及精确的热处理工艺。

电液伺服阀是电液控制系统中的关键部件，高压抗燃油系统中常
用的是带二级液压放大的干式力矩马达式电液伺服阀，大都采用美国MOOG公司生产的进口产品。

采用干式力矩马达，将力矩马达与液压部分隔离，避免了抗燃油对绝缘导线，线圈以及接插件的腐蚀；采用二级液压放大除可减小力矩马达的驱动电流外，还可提高电液伺服阀的稳定性和动态响应。

但喷嘴挡板式的前置液压放大器增加了内泄漏量。

目前，这种带二级液压放大的电液伺服阀大部分用于供油压力为13~14Mpa的场合。

而且对供油的颗粒度要求很高，应符合美国航空工业联合会（AIA）NAS1638的油清洁度分级标准，NAS-6级的颗粒度要求，使用滤器的过滤精度也需提高到3~10μ。

2、动铁式力矩马达采用碟阀控制的电液转换器：
图2采用碟阀控制的电液转换器
图2是动铁式力矩马达采用碟阀控制的电液转换器典型结构图：
这是一种以“油压”输出的低压电液转换器，供油压力1Mpa左右力矩马达通电时在其输出端将有力矩输出，通过顶杆可将该输出力传递到杠杆上。

力矩马达这一输出力与通电电流有关，通电电流的变化，将改变在杠杆上的作用力，使杠杆上的力平衡破坏。

静态时，杠杆上有三个作用力：力矩马达作用在杠杆上的向下力，输出控制油压通过碟阀作用在杠杆上的向上力和平衡弹簧作用在杠杆上的向下力。

杠杆上的力平衡破坏后，杠杆的移动会造成碟阀与碟阀座之间的间隙变化而改变输出控制油压。

输出控制油压的改变，会使杠杆在另一个位置获得新的平衡点，因此力矩马达的输入电流与输出控制油压之间有一线性的对应关系。

与杠杆组装成一体的阻尼活塞，对移动的杠杆产生阻尼作用，提高过程的稳定性，但同时也会使过程的时间加长，过长的响应时间会影响系统的稳定。

力矩马达带有两组绕组，每组绕组的阻抗为50Ω，并联连接使用时最大的输入电流为0~350mA，对应的输出控制油压为0.1~0.30Mpa。

这种电液转换器最大的优点是对供油油质的颗粒度无多大的要求，油中的颗粒在小于25μ~50μ，甚至75μ都能接受。

减小静态迟缓率是提高电液转换器转换精度的关键，同一输入电流时，上行变化以及下行变化的输出油压最大的差值应该在0.002Mpa 合格范围之内。