伺服阀

伺服阀既是信号转换元件，又是功率放大元件，它是液压控制系统的心脏

伺服阀分为电液伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀三大类，它们的基本组成部分相同。由于电液伺服阀应用很广，使用量很大，所以通常所说伺服阀是指电液伺服阀

电液伺服阀的类型和结构型式虽然很多，但都是由电气-机械转换装置、液压放大器和反馈装置三大部分组成

组成部分

注：图中汇总了各种反馈方式，每种伺服阀只采用其中一种反馈方式

电气-机械转换器

转换器包括电流-力转换和力-位移转换两个功能

典型的电气-机械转换器是力马达或力矩马达，它们能将输入电流转换成与电流成正比的输出力或力矩，用于驱动液压前置放大器；力或力矩再经弹性元件转换成位移或角位移，使前置放大器定位、回零

通常，力马达的输入电流为150~300mA，输出力为3~5N；力矩马达的输入电流为10~30mA，输出力矩为0.02~0.06N·m

液压放大器

伺服阀一般为两级液压放大，由转换器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

常用的液压前置放大器为滑阀、喷嘴-挡板阀和射流管阀三种，液压功率放大均采用滑阀

反馈方式

液压前置放大器直接控制功率滑阀时，犹如一对称四通阀控制的对称缸，为解决功率滑阀的定位问题，并获得所需的伺服阀压力-流量特性，在前置放大器和功率滑阀之间务必建立某种负反馈关系。如图所示，可以通过前置放大器与功率滑阀的级间联系构成直接反馈，或通过附加的反馈装置实现前置放大器与功率滑阀之间建立的负反馈

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　伺服阀的分类

按输入量及转换器分类

电液伺服阀：转换器是电气-机械转换器，输入信号是电流，输出信号是位移

气液伺服阀：转换器是膜盒，输入信号是气压，输出信号是位移

机液伺服阀：转换器是推杆或杠杆，输入信号是位移，输出信号是位移

按前置放大器分类

滑阀式伺服阀、喷嘴挡板式伺服阀和射流管式伺服阀

按液压放大器级数分类

单级伺服阀、两级伺服阀和三级伺服阀

按伺服阀的输出特性分类

流量型伺服阀：输出空载流量与电流成正比

压力型伺服阀：负载压力与电流成正比

负载流量反馈伺服阀：负载流量与电流成正比

按阀的内部结构及反馈型式分类

位置反馈式伺服阀、负载压力反馈式伺服阀和负载流量反馈式伺服阀

按输入信号的型式分类

调幅式伺服阀：阀的位移、输出流量与输入电流的幅值成正比

脉宽调制式(PWM)伺服阀：输入信号是一串正负脉冲宽度不等的恒幅高频矩形脉冲电压，阀的位移、输出流量与输入信号的脉冲宽度差成正比

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　伺服阀的基本类型及输出特性

基本类型

流量型伺服阀(Q阀)

压力型伺服阀(P阀)

P-Q阀

负载流量反馈型伺服阀(Q_L阀)

反馈型式

位置反馈

负载压力反馈

位置反馈+静压反馈

负载流量反馈

压

力

-

流

量

特

性

类型

原理

特点及应用

动

圈

式

力

马

达

由永久磁铁、轭铁、动圈和弹簧组成，基于载流导体在磁场中受力的原理工作

动圈上产生的电磁作用力与流过线圈的电流成正比，方向按左手定则判定

动圈力克服弹簧力带动前置级阀运动，阀位移与电流成正比。弹簧还用于调阀零位

(1)工作行程t为±(1~3)mm

(2)电流-力-位移特性的线性好

(3)制造容易、价廉

(4)尺寸和惯量较大，动圈、阀芯-弹簧组件的谐振频率较低，一般≤100Hz

(5)可做成干式力马达

通常配用滑阀或射流管阀

动

铁

式

力

矩

马

达

由永久磁铁、轭铁、控制线圈、可动衔铁和扭转弹簧组成，基于衔铁在磁场中受力的原理工作，为全桥式磁气隙结构

气隙中磁通为固定磁通f _p、控制磁通f _c之合成，f _c与线圈中电流成正比，方向按左手螺旋法则确定

衔铁磁通为其转角及控制电流的线性函数，衔铁扭轴的输出力矩亦然

(1)结构紧凑、体积小，工作行程小

(2)电流-力矩-角位移特性的线性较窄

(3)支持衔铁并作扭簧的弹簧管加工较复杂，造价较高

(4)尺寸小、惯量小，谐振频率高

(5)一般为干式力矩马达，配用于喷嘴挡板阀、射流管阀和射流偏转板阀

动

铁

式

力

马

达

由永久磁铁、衔铁、线圈、对中弹簧、轴承等组成，基于衔铁在磁场中受力的原理工作

永久磁铁产生固定磁通f _p，控制线圈产生控制磁通f _c；气隙磁通为f _p、f _c之合成，电磁力与控制电流成正比，电磁力经对中板簧转换成位移

(1)工作行程较小

(2)电流-力-位移特性线性较好

(3)采用轴承支承，板簧对中，螺母调零；制造较容易

(4)尺寸和惯量较大。但大功率力马达输出力可达200kN，使得对中弹簧刚度很大，因此，谐振频率可达上百赫兹

(5)做成湿式力马达，用于驱动滑阀

(6)对中弹簧用于回零