第九章  液压伺服控制技术和电液比例控制技术

第一节  液压伺服控制

http://www1.gdou.edu.cn/gcxy/yykj/yeyakejian/09/0901.htm

    液压伺服系统是一种采用液压伺服机构，根据液压传动原理建立起来的自动控制系统。在这种系统中，执行元件的运动随着控制机构信号的改变而改变。因此液压伺服控制系统又称为随动系统。

    伺服阀是液压伺服系统中的重要元件，它是一种通过改变输入信号，连续的、成比例的控制流量、压力的液压控制阀。根据输入信号的方式不同，又分为电液伺服阀和机液伺服阀两大类。

一、             电液伺服阀

电液伺服阀是一种将小功率模拟量电控制信号转换为大功率液压能输出，以实现对执行元件的位移、速度、加速度及力的控制的伺服阀。电液伺服阀可分为“流量伺服阀”和“力伺服阀”两类。由于电液伺服阀应用比较广泛，通常又简称为伺服阀。

（一）电液伺服阀的组成

图9-1 电液伺服阀的基本组成

电液伺服阀的结构和类型很多，但是都是由电-机械转换器、液压放大器和反馈装置所构成，如图9-1所示。其中电－机械转换器是将电能转换为机械能的一种装置，根据输出量的不同分为力马达（输出直线位移）和力矩马达（输出转角）；液压放大器是实现控制功率的转换和放大。由前置放大级和功率放大级组成，由于电－机械转换器输出的力或力矩很小，无法直接驱动功率级，必须由前置放大级先进行放大。前置放大级可以采用滑阀、喷嘴挡板阀或射流管阀，功率级几乎都采用滑阀。反馈装置即可以解决滑阀的定位问题，又可使整个阀变成一个闭环控制系统，从而具有闭环控制的全部优点。

（二）电液伺服阀的工作原理

图9-2电液伺服阀的结构原理图

1-永久磁铁2、4－导磁体3－铁5－挡板6－喷嘴7－固定节流孔8－过滤油器9－滑阀10－弹簧管11－线圈

图9-2所示为电液伺服阀的结构原理图、喷嘴挡板阀动画。它由力矩马达、喷嘴挡板式液压前置放大级和四边滑阀功率放大级等三部分组成。衔铁3与挡板5连接在一起，由固定在阀座10上的弹簧管11支撑着。挡板5下端为一球头,嵌放在滑阀9的凹槽内，永久磁铁1和导磁体2、4形成一个固定磁场，当线圈12中没有电流通过时，导磁体2、4和衔铁3间四个气隙中的磁通都是Φg，且方向相同，衔铁3处于中间位置。当有控制电流通入线圈12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3就在磁力作用下克服弹簧管11的弹性反作用力而偏转一角度，并偏转到磁力所产生的转矩与弹性反作用力所产生的反转矩平衡时为止。同时，挡板5因随衔铁3偏转而发生挠曲，改变了它与两个喷嘴6间的间隙，一个间隙减小，另一个间隙加大。

通入伺服阀的压力油经过滤器8、两个对称的节流孔7和左右喷嘴6流出，通向回油。当挡板5挠曲，出现上述喷嘴--挡板的两个间隙不相等的情况时，两喷嘴后侧的压力就不相等，它们作用在滑阀9的左、右端面上，使滑阀9向相应方向移动一段距离，压力油就通过滑阀9上的一个阀口输向液压执行机构，由液压执行机构回来的油则经滑阀9上的另一个阀口通向回油。滑阀9移动时，挡板5下端球头跟着移动。在衔铁挡板组件上产生了一个转矩，使衔铁3向相应方向偏转，并使挡板5在两喷嘴6间的偏移量减少，这就是反馈作用。反馈作用的后果是使滑阀9两端的压差减小。当滑阀9上的液压作用力和挡板5下端球头因移动而产生的弹性反作用力达到平衡时，滑阀9便不再移动，并一直使其阀口保持在这一开度上。

通入线圈12的控制电流越大，使衔铁3偏转的转矩、挡板5挠曲变形、滑阀9两端的压差以及滑阀9的偏移量就越大，伺服阀输出的流量也越大。由于滑阀9的位移、喷嘴6与挡板5之间的间隙、衔铁3的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电流成正比。输入电流反向时，输出流量也反向。滑阀式伺服阀动画

（三）液压放大器的结构形式

液压放大器的结构形式有滑阀、喷嘴—挡板阀和射流管阀三种。

1．滑阀

根据滑阀上控制边数(起控制作用的阀口数)的不同，有单边、双边和四边滑阀控制式三种结构类型。如图9-3所示。

图9-3a单边（二通伺服阀）

图9-3a为单边控制式滑阀。它有一个控制边a（可变节流口），有负载口和回油口二个通道，故又称为二通伺服阀。x为滑阀控制边的开口量，控制着液压缸右腔的压力和流量，从而控制液压缸运动的速度和方向。压力油进入液压缸的有杆腔，通过活塞上的阻尼小孔e进入无杆腔，并通过滑阀上的节流边流回油箱。当阀芯向左或向右移动时，阀口的开口量增大或减小，这样就控制了液压缸无杆腔中油液的压力和流量，从而改变液压缸运动的速度和方向。

图9-3b 双边（三通伺服阀）

图9-3b为双边控制滑阀。它有两个控制边a、b（可变节流口）。有负载口、供油口和回油口三个通道，故又称为三通伺服阀。压力油一路直接进入液压缸有杆腔；另一路经阀口进入液压缸无杆腔并经阀口流回油箱。当阀芯向右或向左移动时，x1增大x2减小或x1减小x2增大，这样就控制了液压缸无杆腔中油液的压力和流量，从而改变液压缸运动的速度和方向。

以上两种形式只用于控制单杆的液压缸。

图9-3c四边（四通伺服阀）

图9-3c为四边控制滑阀、四边控制滑阀动画。它有四个控制边a、b、c、d（可变节流口）。有两个负载口、供油口和回油口四个通道，故又称为四通伺服阀。其中a和b是控制压力油进入液压缸左右油腔的，c和d是控制液压缸左右油腔回油的。当阀芯向左移动时，x1 、x4减小，x2、x3增大，使p1迅速减小，p2迅速增大，活塞快速左移 。反之亦然。这样就控制了液压缸运动的速度和方向。这种滑阀的结构形式即可用来控制双杆的液压缸，也可用来控制单杆的液压缸。

由以上分析可知，三种结构形式滑阀的控制作用是相同的。四边滑阀的控制性能最好，双边滑阀居中，单边滑阀最差。但是单边滑阀容易加工、成本低，双边滑阀居中，四边滑阀工艺性差加工困难，成本高。一般四边滑阀用于精度和稳定性要求较高的系统；单边和双边滑阀用于一般精度的系统。

图9-4滑阀在零位时的开口形式

a 负开口（t>h）、b 零开口（t=h）、c 正开口（t