液壓伺服第二版0710教學課件：第五章

第5章電液伺服閥本章摘要

電液伺服閥既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。它能夠?qū)⑤斎氲奈⑿‰姎庑盘栟D(zhuǎn)換為大功率的液壓信號(流量與壓力)輸出。根據(jù)輸出液壓信號的不問，電液伺服閥電液流量控制伺服閥和比例流量閥和電液壓力控制伺服閥兩大類。

在電液伺服系統(tǒng)中,電液伺服閥是系統(tǒng)的核心元件,它的性能影響整個系統(tǒng)的性能。

電液伺服閥控制精度高、響應(yīng)速度快，是一種高性能的電液控制元件，在液壓伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。5.1電液伺服閥的組成與分類一、電液伺服閥的組成電液伺服閥通常由力矩馬達(或力馬達)、液壓放大器、反響機構(gòu)(或平衡機構(gòu))三局部組成。二、電液伺服閥的分類〔1〕按液壓放大級數(shù)分為：單級伺服閥單級伺服閥單級伺服閥適用于低壓小流量系統(tǒng)。二級伺服閥二級伺服閥是最常用的型式。三級伺服閥三級伺服閥主要適用于高壓大流量量系統(tǒng)。〔2〕按第一級閥的結(jié)構(gòu)形式分類：可分為：滑閥、單噴嘴擋板閥、雙噴嘴擋板閥射流管閥。〔3〕按反響形式分類：可分為滑閥位置反響、負載流量反響和負載壓力反響三種。位置反響:位置力反響、位置電反響、直接反響、機械位置反響、彈簧對中式。負載流量反響負載壓力反響〔4〕按力矩馬達是否浸泡在油中分類：

濕式，干式；5.2力矩馬達在電液伺服閥中力矩馬達的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為機械運動，因而是一個電氣—機械轉(zhuǎn)換器。電氣—機械轉(zhuǎn)換器是利用電磁原理工作的。它由永久磁鐵或激磁線圈產(chǎn)生極化磁場。電氣控制信號通過控制線圈產(chǎn)生控制磁場，兩個磁場之間相互作用產(chǎn)生與控制信號成比例并能反響控制信號極性的力或力矩，從而使其運動局部產(chǎn)直線位移或角位移的機械運動。一、力矩馬達的分類及要求1、力矩馬達的分類1)根據(jù)可動件的運動形式可分為：直線位移式和角位移式，前者稱力馬達，后者稱力矩馬達。2)按可動件結(jié)構(gòu)形式可分為：動鐵式和動圈式兩種。前者可動件是銜鐵，后者可動件是控制線圈。3)按極化磁場產(chǎn)生的方式可分為：非激磁式、固定電流激磁和永磁式三種。

2、對力矩馬達的要求

作為閥的驅(qū)動裝置，對它提出以下要求；

1)能夠產(chǎn)生足夠大的輸出力和行程，體積小、重量輕。

2)動態(tài)性能好、響應(yīng)速度快。

3)直線件好、死區(qū)小、靈敏度高和磁滯小。

4)在某些使用情況下，還要求它抗振、抗沖擊、不受環(huán)境溫度和壓力等影響。

二、永磁力矩馬達

1、力矩馬達的工作原理

力矩馬達磁路原理圖

2、力矩馬達的電磁力矩

式中：銜鐵磁通：三、

永磁動圈式力馬達圖示為永磁動式力馬達的結(jié)構(gòu)原理。力馬達的可動線圈懸置于作氣隙中，永久磁鐵在工作氣隙中形成極化磁通，當控制電流加到線圈上時，線圈就會受到電磁力的作用而運動。四、動鐵式力矩馬達與動圈式力矩馬達的比較1)動鐵式力矩馬達因磁滯影響而引起的輸出位移滯后比動圈式力馬達大。2)動圈式力馬達的線性范圍比動鐵式力矩馬達寬。因此．動圈式力馬達的工作行程大，而動鐵式力矩馬達的工作行程小。3)在同樣的慣性下，動鐵式力矩馬達的輸出力矩大，而動圈式力馬達的輸出力小。動鐵式力矩馬達因輸出力矩大，支承彈簧剛度可以取得大，使銜鐵組件的固有頻率高，而力馬達的彈簧剛度小，動圈組件的固有頻率低。4)減小工作氣隙的長度可提高動圈式力馬達和動鐵式力矩馬達的靈敏度。但動圈式力馬達受動圈尺寸的限制，而動鐵式力矩馬達受靜不穩(wěn)定的限制。5)在相同功率情況下，動圈式力馬達比動鐵式力矩馬達體積大，但動圈式力馬達的造價低。5.3力反響兩級電液伺服閥一、工作原理這是一種流量控制伺服閥。銜鐵擋板組件工件原理圖二、根本方程與方框圖力矩馬達的運動方程包括根本電壓方程，銜鐵和擋板組件的運動方程，擋板位移于轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù)，閥控液壓缸的傳遞函數(shù)，以及作用在擋板上的壓力反響方程，根據(jù)這些方程可以畫出電液伺服閥的方框圖。１根本電壓方程：式中：２銜鐵擋板組件的運動方程：銜鐵擋板組件的力矩平衡方程為：代入并拉氏變換：那么，式中：ωmf——力矩馬達的固有頻率ζmf——力矩馬達的機械阻尼比３擋板位移與銜鐵的關(guān)系：４噴嘴擋板閥至滑閥的傳遞函數(shù)〔１〕噴嘴擋板閥的線性化流量方程；〔２〕滑閥的流量連續(xù)性方程；〔３〕滑閥的動力平衡方程。式中：ωhp——噴嘴擋板閥的液壓固有頻率ζhp

——滑閥的液壓阻尼比５閥控液壓缸的傳遞函數(shù)

式中：ωh

——液壓缸與負載的液壓固有頻率6作用在擋板上的壓力反響滑閥的負載壓力為:

由上面的方程式得力矩馬達兩級電流伺服閥的方塊圖：力反響兩級電液伺服閥方塊圖〔１〕力反響回路的穩(wěn)定性分析式中:

三、力反響伺服閥的穩(wěn)定性分析簡化后的方塊圖為：力反響回路的開環(huán)傳遞函數(shù)為：力反響回路的開環(huán)Bode圖式中：Ｋvf——力反響放大系數(shù)力反響回路的穩(wěn)定條件:〔２〕壓力反響回路的穩(wěn)定性分析力反響回路閉環(huán)傳遞函數(shù)為：壓力反響回路反響通道的傳遞函數(shù):

三、力反響伺服閥的穩(wěn)定性分析化簡為：壓力反響回路的開環(huán)增益為:

所以，不難滿足，說明壓力反響回路是穩(wěn)定的，而且可以忽略壓力反響回路。力反響兩級電液伺服閥的簡化方塊圖可表示為：由方塊圖得，四、力反響伺服閥的傳遞函數(shù)以電流為輸入，以空載流量為輸出：力反響兩級電液伺服閥的二階傳遞函數(shù)為:

〔五〕伺服閥的頻寬

〔六〕力反響電液兩級伺服閥的靜態(tài)特性

5.5其它型式的電液伺服閥簡介〔一〕、負載流量反響兩級電液伺服閥

〔二〕、負載壓力反響兩級電液伺服閥

〔三〕、動壓反響兩級電液伺服閥動態(tài)時增加了系統(tǒng)的動態(tài)阻尼，而又不降底系統(tǒng)的靜態(tài)剛度。主要用于大慣量負載的伺服系統(tǒng)?！菜摹场毫Α髁克欧y

壓力——流量伺服閥的Ｋc大，但靜態(tài)剛度差。

5.6電液伺服閥的主要性能參數(shù)一、靜態(tài)特性

1、負載流量特性2、空載流量特性3、壓力特性4、內(nèi)泄漏特性5、零偏6、零漂二、動態(tài)特性1、幅頻寬2、相頻寬〔1〕負載流量特性〔2〕空載流量特性

靜態(tài)試驗原理

重疊

〔3〕壓力特性〔4〕內(nèi)泄漏特性

靜態(tài)試驗原理

二、

動態(tài)特性用頻率響應(yīng)表示動態(tài)試驗原理

4WS.2EM型電液伺服閥

Servodirectionalvalves流量特性曲線△P為雙閥口壓降MOOGD661型電液伺服閥

Servodirectionalvalves△P為單閥口壓降MOOGD661型電液伺服閥D661型電液伺服閥階躍響應(yīng)與頻率特性階躍響應(yīng)曲線4WS.2EM型電液伺服閥

Servodirectionalvalves

三、輸入特性線圈接法1、電液伺服閥由哪幾局部組成?各局部的作用是什么？2、力矩馬達為何要有極化磁場?3、永磁動鐵式力矩馬達的電磁力矩是如何產(chǎn)生的？為什么會出現(xiàn)負磁彈簧剛度？4、為什么把、稱為中位電磁力矩系數(shù)和中位磁彈簧剛度？5、為什么動圈式力馬達沒有磁彈簧剛度?這種力馬達有什么特點？6、為什么噴嘴擋板式力反響兩級伺服閥在穩(wěn)態(tài)時，擋板在中位附近工作？有什么好處？7、如何提高力反