第四章 电液伺服阀与比例阀

电液比例与伺服控制

《电液比例与伺服控制》机械电子工程研究生选修课编号：S201E002 24学时

主讲：肖聚亮

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第四章电液伺服阀与比例阀4.1电液伺服阀的组成与分类 4.2典型两级电液伺服阀 4.3电液伺服阀的主要性能参数 4.4电液比例阀的分类与构成 4.5电液比例压力控制阀 4.6电液比例方向控制阀 4.7步进液压马达和步进液压缸天津大学机械工程学院2

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4.1电液伺服阀的组成与分类4.1.1电液伺服阀的组成电液伺服阀通常由电-机械转换元件、液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。

4.1.2电液伺服阀的分类1、按液压放大级数分为：单级伺服阀：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。天津大学机械工程学院3

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4.1电液伺服阀的组成与分类4.1.2电液伺服阀的分类三级伺服阀：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。 2、按第一级阀的结构形式分类：喷嘴挡板阀(单、双):响应快、线性好，抗污能力差、效率低射流管阀、偏转板射流阀：抗污能力强、可靠性高，响应慢滑阀：压力、流量增益大，流量、驱动力、输出功率大，滞环大

3、按反馈形式分类：滑阀位置反馈：位置力反馈、位置直接反馈、机械位置反馈、位置电反馈等负载流量反馈负载压力反馈

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4.2典型两级电液伺服阀无控制电流时，衔铁由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，挡板也处于两个喷嘴的中间位置，滑阀阀芯在反馈杆小球的约束下处于中位，阀无液压输出。当有差动控制电流，在衔铁上产生逆时针方向电磁力矩，使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针偏转，弹簧管和反馈杆产生变形，挡板偏离中位。这使喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起p2p增大，p1p减小，推动滑阀右移，同时带动反馈杆端部右移，使反馈杆进一步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁挡板组件处于平衡位。在反馈杆端部右移进一步变形时，使挡板趋于中位。这时p2p又降低，p1p增高，当阀芯两端的液压力与反馈杆变形产生的反作用力以及滑阎的液动力相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。

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4.2典型两级电液伺服阀

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4.2典型两级电液伺服阀

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4.3电液伺服阀的主要性能参数4.3.1静态特性电液流量伺服阀的静态性能，可根据测试所得到的负载流量特性、空载流量特性、压力特性、内泄漏特性曲线等性能指标加以评定。 1、负载流量特性(压力-流量特性)表示在稳态时输入电流、负载流量和负载压降三者之间的函数关系。测得这条曲线相当麻烦，特别是在零位附近(伺服阀工作位),该曲线主要用来确定伺服阀的类型，估计伺服阀的规格，便于负载流量和负载压力的匹配。天津大学机械工程学院8

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4.3电液伺服阀的主要性能参数4.3.1静态特性2、空载流量特性(流量曲线)是输出流量与输入电流呈回环状的函数曲线。它是在给定伺服阀的压降和负载压降为零的条件下，使输入电流在正、负额定电流值之间作一完整的循环，所绘出的连续曲线。可用逐点描绘的方法作出。 (1)额定流量对应于额定电流的输出流量。其允许公差一般为10%左右。额定流量表明了伺服阀的规格，可用来选择伺服阀。天津大学机械工程学院9

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4.3电液伺服阀的主要性能参数4.3.1静态特性(2)流量增益流量曲线上某点或某段的斜率就是阀在该点或该段的流量增益。流量曲线回环的中点轨迹称为名义流量曲线。从名义流量曲线的零点向两极各作一条与该线偏差最小的直线，即名义流量增益线。两线斜率的平均值就是名义流量增益。 (3)非线性度表示流量曲线的不直线性，是名义流量曲线与其增益线的最大电流量偏差，以额定电流的百分比表示(<7.5%)。 (4)不对称度两极性名义流量增益的不一致性，用差值比较大者的百分比表示(<10%)。 10天津大学机械工程学院

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4.3电液伺服阀的主要性能参数4.3.1静态特性(5)滞环是回环状流量曲线中产生相同输出的两个输出电流的最大差值，常用它与额定电流的百分比表示(<5%)。由力矩马达磁滞和阀中的游隙造成。 (6)零区特性三个工作区、重叠、零位偏移(零偏)、零位漂移 (零漂) (7)分辨率为使伺服阀输出流量发生变化所需电流的最小值与额定电流百分比。天津大学机械工程学院

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4.3电液伺服阀的主要性能参数4.3.1静态特性3、压力特性输出流量为零时负载压降与输入电流呈回环状的函数曲线。负载压力对输入电流的变化率就是压力增益。 4、内部泄露特性负载流量为零时回油口流出的内部泄漏量。

4.3.2动态特性输入电流在一定频率范围内作等幅变频正弦变化时空载流量与输入电流的复数比。频率响应用幅值

比和相位滞后与频率的关系曲线表示。天津大学机械工程学院12

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4.4电液比例阀的分类与构成4.4.1电液比例阀的分类(1)按阀的控制功能分。电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例方向阀、电液比例压力流量符合阀

(2)按液压放大的级数分。直动式：直接推动液压功率级，控制功率有限，流量小于15L/min先导式：由先导阀控制主阀芯，流量小于500L/min,插装阀小于1600L/min

(3)按主阀芯结构类型分。滑阀式、插装式

(4)按有无级间反馈和反馈物理量的类型分。无级间反馈：由传统阀加装比例电磁铁改进而成但带级间反馈：流量、位移、力和电反馈型

(5)按控制信号类型分。模拟和数字式天津大学机械工程学院13

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4.4电液比例阀的分类与构成4.4.2电液比例阀构成(1)电-机械转换器：比例电磁铁 (2)先导阀：将机械信号转换为液压信号 (3)功率级主阀：应用节流原理控制流体的压力和流量 (4)检测反馈元件：可以是机械的、液压的、电气的

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4.5电液比例压力控制阀4.5.1直动式比例溢流阀(2~10L/min)

不带弹簧

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4.5电液比例压力控制阀4.5.1直动式比例溢流阀(2~10L/min)

不带弹簧

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4.5电液比例压力控制阀4.5.1直动式比例溢流阀(2~10L/min)

带位置电反馈

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4.5电液比例压力控制阀4.5.2先导式比例溢流阀

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4.5电液比例压力控制阀4.5.3先导式比例减压阀

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4.6电液比例方向制阀

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4.7步进液压马达和步进液压缸步进液压马达和步进液压缸是一种电液伺服机构，用在开环数字控制系统中。它的作用是接收数字控制装置发出的脉冲信号，把它转换成模拟量的角位移或直线位移，同时进行功率放大。其位移量与输入脉冲数成比例，而位移速度与输入脉冲频率成比例。步进液压马达和步进液压缸具有反应快、速度高、输出力矩(力)大、性能可靠等特点，使开环数控驱动系统具有较高精度和较宽的调速范围，而与闭环系统相比较，它造价低、结构简单、使用维护方便。因此，步进液压马达和步进液压缸驱动系统在开环数控系统中得到广泛的应用。

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