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阿托斯液控伺服閥主要是指電液伺服閥,它在接受電氣模擬信號(hào)后,相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力,。它既是電液轉(zhuǎn)換元件,也是功率放大元件,,它能夠?qū)⑿」β实奈⑷蹼姎廨斎胄盘?hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能(流量和壓力)輸出,。在電液伺服系統(tǒng)中,,它將電氣部分與液壓部分連接起來,,實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與液壓放大。電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)控制的核心,。
阿托斯伺服閥原理:
典型的伺服閥由永磁力矩馬達(dá)、噴嘴,、檔板,、閥芯、閥套和控制腔組成(見圖),。當(dāng)輸入線圈通入電流時(shí),檔板向右移動(dòng),,使右邊噴嘴的節(jié)流作用加強(qiáng),,流量減少,,右側(cè)背壓上升,;同時(shí)使左邊噴嘴節(jié)流作用減小,流量增加,,左側(cè)背壓下降,。閥芯兩端的作用力失去平衡, 閥芯遂向左移動(dòng)。高壓油從S流向C2,,送到負(fù)載。負(fù)載回油通過 C1流過回油口,,進(jìn)入油箱。閥芯的位移量與力矩馬達(dá)的輸入電流成正比,,作用在閥芯上的液壓力與彈簧力相平衡,因此在平衡狀態(tài)下力矩馬達(dá)的差動(dòng)電流與閥芯的位移成正比,。如果輸入的電流反向,,則流量也反向。表中是伺服閥的分類,。
伺服閥主要用在電氣液壓伺服系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件(見液壓伺服系統(tǒng)),。在伺服系統(tǒng)中,,液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)同電氣及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比,具有快速性好,、單位重量輸出功率大,、傳動(dòng)平穩(wěn),、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。另一方面,,在伺服系統(tǒng)中傳遞信號(hào)和校正特性時(shí)多用電氣元件。因此,,現(xiàn)代高性能的伺服系統(tǒng)也都采用電液方式,,伺服閥就是這種系統(tǒng)的必需元件。
伺服閥結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,,造價(jià)高,,對(duì)油的質(zhì)量和清潔度要求高,。新型的伺服閥正試圖克服這些缺點(diǎn),例如利用電致伸縮元件的伺服閥,,使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化,。另一個(gè)方向是研制特殊的工作油(如電氣粘性油)。這種工作油能在電磁的作用下改變粘性系數(shù),。利用這一性質(zhì)就可通過電信號(hào)直接控制油流。
阿托斯伺服閥新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):
在20世紀(jì)90年代,,國(guó)外研制直動(dòng)型電液伺服閥獲得了較大的成就。國(guó)內(nèi)有些單位如中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所,、北京機(jī)床研究所、浙江工業(yè)大學(xué)等單位也研制出了相關(guān)產(chǎn)品的樣機(jī),。特別是北京航空航天大學(xué)研制出轉(zhuǎn)閥式直動(dòng)型電液伺服閥。該伺服閥通過將普通伺服閥的滑閥滑動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的轉(zhuǎn)動(dòng),,并在閥芯與閥套上相應(yīng)開了幾個(gè)與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),,斜槽相互開通或相互封閉,,從而控制輸出壓力或流量。由于在工作時(shí)閥芯閥套是相互轉(zhuǎn)動(dòng)的,,降低了閥工作時(shí)的摩擦阻力,,同時(shí)污染物不容易在轉(zhuǎn)動(dòng)的滑閥內(nèi)堆積,,提高了抗污染性能,。此外,,Park公司開發(fā)了“音圈驅(qū)動(dòng)(Voice Coil Drive)”技術(shù)(VCD),,以及以此技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的DFplus控制閥,。所謂音圈驅(qū)動(dòng)技術(shù),,顧名思義,,即是類似于揚(yáng)聲器的一種驅(qū)動(dòng)裝置,其基本結(jié)構(gòu)就是套在固定的圓柱形磁鐵上的移動(dòng)線圈,,當(dāng)信號(hào)電流輸入線圈時(shí),,在電磁效應(yīng)的作用下,線圈中產(chǎn)生與信號(hào)電流相對(duì)應(yīng)的軸向作用力,,并驅(qū)動(dòng)與線圈直接相連的閥芯運(yùn)動(dòng),,驅(qū)動(dòng)力很大。線圈上內(nèi)置了位移反饋傳感器,,因此,,采用VCD驅(qū)動(dòng)的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進(jìn)行控制的,線性度相當(dāng)好,。此外,由于 VCD驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)零件只是移動(dòng)線圈,,慣量極小,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間也沒有任何支承,,DFplus閥的全部支承就是閥芯和閥體間的配合面,大大減小了摩擦這一非線性因素對(duì)控制品質(zhì)的影響。綜合上述的技術(shù)特點(diǎn),,配合內(nèi)置的數(shù)字控制模塊,,使DFplus閥的控制性能佳,,尤其在頻率響應(yīng)方面更是*,可達(dá) 400Hz,。從發(fā)展趨勢(shì)來看,,新型直動(dòng)型電液伺服閥在某些行業(yè)有替代傳統(tǒng)伺服閥特別是噴嘴擋板式伺服閥的趨向,但它的大問題在于體積大,、重量重,,只適用于對(duì)場(chǎng)地要求較低的工業(yè)伺服控制場(chǎng)合。如能減輕其重量,、減小其體積,,在航空,、航天等軍工行業(yè)亦具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br />阿托斯伺服閥研究現(xiàn)狀:
當(dāng)前電液伺服閥的研究主要集中在結(jié)構(gòu)及加工工藝的改進(jìn)、材料的更替及測(cè)試方法的改變,。
1)在結(jié)構(gòu)改進(jìn)上,,主要是利用冗余技術(shù)對(duì)伺服閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。由于伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心元件,,伺服閥性能的優(yōu)劣直接代表著伺服系統(tǒng)的水平。另外,,從可靠性角度分析,,伺服閥的可靠性是伺服系統(tǒng)中重要的一環(huán)。由于伺服閥被污染是導(dǎo)致伺服閥失效的主要原因,。對(duì)此,,國(guó)外的許多廠家對(duì)伺服閥結(jié)構(gòu)作了改進(jìn),先后發(fā)展出了抗污染性較好的射流管式,、偏導(dǎo)射流式伺服閥,。而且,俄羅斯還在其研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設(shè)計(jì)了雙冗余位置傳感器,,用來檢測(cè)閥芯位置,。一旦出現(xiàn)故障信號(hào)可立即切換備用伺服閥,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,,此種兩余度技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于航空行業(yè),。而且,美國(guó)的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機(jī)構(gòu)用于航天行業(yè),。我國(guó)的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在90年代就已進(jìn)行三余度等多余度伺服機(jī)構(gòu)的研制,,將伺服閥的力矩馬達(dá)、反饋元件,、滑閥副做成多套,,發(fā)生故障可隨時(shí)切換,保證系統(tǒng)的正常工作,。此外多線圈結(jié)構(gòu),、或在結(jié)構(gòu)上帶零位保護(hù)裝置,、外接式濾器等型式的伺服閥亦已在冶金、電力,、塑料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,。
2)在加工工藝的改進(jìn)方面,采用新型的加工設(shè)備和工藝來提高伺服閥的加工精度及能力,。如在閥芯閥套配磨方法上,,上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均研制出了智能化,、全自動(dòng)的配磨系統(tǒng),。特別是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的配磨系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的氣動(dòng)配磨的模式,采用液壓油作為測(cè)量介質(zhì),,更直接地反應(yīng)了所測(cè)滑閥副的實(shí)際情況,,提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與精度。在力矩馬達(dá)的焊接方面中船重工第704研究所與德國(guó)廠家合作,,采用了*的焊接工藝取得了良好的效果,。另外,哈爾濱工業(yè)大學(xué)還研制出智能化的伺服閥力矩馬達(dá)彈性元件測(cè)量裝置,。解決了原有手動(dòng)測(cè)量法中存在的測(cè)量精度低,、操作復(fù)雜、效率低等問題,。對(duì)彈性元件能高效完成剛度測(cè)量,、得到完整的測(cè)量曲線,且不重復(fù)性測(cè)量誤差不大于1%,。
3)在材料的更替上方面,。除了對(duì)某些零件采用了強(qiáng)度、彈性,、硬度等機(jī)械性能更*的材料外,。還對(duì)特別用途的伺服閥采用了特殊的材料。如德國(guó)有關(guān)公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板,,防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷,,而降低動(dòng)靜態(tài)性能,使工作壽命縮短,。機(jī)械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作,,防止小球和閥芯小槽之間的磨損,使閥失控,,并產(chǎn)生尖叫,。航空六O九所、中船重工第七O四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質(zhì)的耐腐蝕伺服閥,。此外對(duì)密封圈的材料也進(jìn)行了更替,,使伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高,。
4)在測(cè)試方法改進(jìn)方面,,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展生產(chǎn)單位均采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)伺服閥的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試與計(jì)算,。某些單位還對(duì)如何提高測(cè)量精度,,降低測(cè)量?jī)x器本身的振動(dòng)、熱噪聲和外界的高頻干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,,作了深入的研究,。如采用測(cè)頻/測(cè)周法、尋優(yōu)信號(hào)測(cè)試法,、小波消噪法,、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對(duì)伺服閥測(cè)試設(shè)備及方法進(jìn)行了研制和改進(jìn)。

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