２０１１年第１２期 液压与气动 ７７ 直动式电液伺服阀的研究与应用 赵淳 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｃｔｕａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ ＺＨＡ０ Ｃｈｕｎ （苏州技师学院，江苏苏州２１５００９） 摘要：直动式电液伺服阀利用直线力马达直接驱动滑阀工作，提高了抗污染能力和工作可靠性，其性 能指标达到喷嘴挡板式电液伺服阀的水平，拓宽了电液伺服阀的应用领域。 关键词：直动式；电液伺服阀；研究；应用 中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１１）１２－００７８－０３ １国内外概况 加工困难，而且对油液清洁度的要求较高，为喷嘴挡板 式电液伺服阀的正常工作，必须保证油液清洁度 在２Ｏ世纪６０年代末，国内数家单位研制开发了 喷嘴挡板式电液伺服阀，到９Ｏ年代末已形成了系列喷 嘴挡板式电液伺服阀，流量由ｌ Ｌ／ｍｉｎ至５００ ｌＭｍｉｎ， 最高压力为３１．５ ＭＰａ，在国内的各行业得到广泛应 用。但喷嘴挡板式电液伺服阀的结构工艺复杂，不仅 出口都需装上过滤器滤油。在液压箱的中间隔板上装 有１２０目的铜丝网，使油从回油过滤后进入吸油端，吸 收稿日期：２０１１－０６－２２ 作者简介：赵淳（１９６５一），女，江苏苏州人，高级讲师，大学， 主要从事液压、气动技术方面的教学和研究工作。 组成，油箱结构采用焊接式结构。为保证液压系统油 温适中，油箱的大小必须适中，油箱过小，系统升温太 再装线隙式滤油；另要注意管与箱体的密封，油箱 快，油箱太大，占地面积大，耗油多，油箱容量取泵 面板与油箱之间采用橡胶密封，不让漏油进入箱体，泄 ４～５ ｍｉｎ的抽送液量，外加上油容量１０％～１５％的附 加容量。 漏油可采用专用回油盘收集，防止液压油的污染。 ２）液压油的冷却 ４结束语 成型机是在连续使用的情况下工作的，液压油的 温度容易升高，影响液压系统工作的可靠性，液压系统 在工作时，应保证液压系统的液压油温升最小。需考 虑液压油的冷却，在成型机液压系统中采用了ｍ 的 外冷却器和一个内置式冷却器，其液压箱的结构如 目前，我国钢球的生产企业仍采用工人手工劳动 的方式生产钢球，工人的劳动强度大，生产效率低，不 能满足批量生产的需要。采用机械传动与液压传动相 结合的方式，优化了成型机的结构，与ＰＬＣ相配套，实 现了钢球模具浇铸口型砂保护层的生产自动化。此成 图５所示，它由密封橡胶、盖板、冷却器、盖板、油箱等 型机应用于钢球生产线，与其它的机械一道能实现钢 球生产的自动化，提高钢球的生产率，大大减轻了工人 的劳动强度，此技术已申请了国家发明专利。 冷却 参考文献： 冷却 １．起吊环６．隔板２．密封垫７．过滤器３．盖板８．油箱厘 七＝＝＝＝，＿ ４．回５．冷凝器 １０．过滤器 ［１］ 雷天觉．液压工程手册［Ｍ］．北京：机械工业出版 社。１９９０． ［２］ 成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００２． ９．进图５液压箱的结构 ［３］ＧＢ／Ｔ ７８６．１—９３，液压气动图形符号［Ｓ］． ７８ 液压与气动 ２０１ １年第１２期 ＮＡＳ１６３８不低于７级。国外在９０年代初已开发了直 接驱动式电液伺服阀，作为双喷嘴挡板式电液伺服阀 的补充和发展。目前，国外能生产这种直接驱动式电 液伺服阀的厂家也只有几家公司。 我国在“九五”期问对“直动式电液伺服阀”组织 行业攻关，开展专项研究，研制出了这种抗污染能力 强、动态指标高、结构简单且成本较低的电液伺服阀。 该项目到２００９年已形成系列产品并推向市场。直动 式电液伺服阀的研制成功，使国内电液伺服阀的研制 进入了一个新的发展阶段，并扩大了电液伺服阀的应 用领域。 ２直动式电液伺服阀的结构与工作原理 直动式电液伺服阀的驱动装置是永磁式力马达， 用集成电路实现阀芯位置的闭环控制，对中弹簧使阀 芯保持中位，直线力马达克服弹簧对中力使阀芯在两 个方向均能偏离中位，平衡在一个新的位置，这就解决 了比例电磁线圈只能在一个方向产生力的不足之处， 阀芯位置闭环控制电子线路固化为集成块，用特殊的 连接技术固定在电液伺服阀内。直动式电液伺服阀 同传统的喷嘴挡板式电液伺服阀相比，主要有以下 不同： （１）取消喷嘴挡板组； （２）用大功率的直线力马达替代小功率的力矩 马达； （３）用集成电路及微型位置传感器替代了工艺复 杂的机械反馈装置（力反馈杆和弹簧管）； （４）利用单级滑阀结构替代二级阀结构（简化了 结构，提高了工作可靠性）； （５）无最低工作压力和压力零漂； （６）增益不受系统压力的变化而变化； （７）一旦出现故障，保持现场，不会使阀芯偏向一 边，造成控制系统“飞车”。 ２．１ 永磁直线力马达的工作原理 永磁直线力马达由二组永久磁钢、左右导磁体、衔 铁、控制线圈及弹簧片组成，如图１所示。 在控制线圈的输入电流为零时，左右永久导磁体 各自形成两个小磁回路，由于两块永久磁钢的磁感应 强度相等，导磁体的材料相同，在气隙１和气隙２的磁 通量相等，衔铁保持在中位，此时无力输出。当控制信 号有信号输入时，则产生一控制磁通，如图１所示，此 时气隙２的合成磁通量变大，而气隙１的合成磁通量 变小，衔铁失去平衡，克服弹簧片的弹簧力移动。如果 控制信号反向时，衔铁产生的力的方向相反，即移动方 向也相反。 Ｉ １ ｆ ２ Ｉ Ｒ Ｐ Ｒ 图１直动式电液伺服阀结构原理图 ２．２直动式电液伺服阀的工作原理 一个电指令信号施加到阀芯位置控制器集成块 上，电子线路在直线力马达产生一个脉宽调制（ＰＷＭ） 电流，震荡器使阀芯位置传感器（ＬＶＤＴ）励磁，经解调 后的阀芯位置信号和指令位置信号进行比较，阀芯位 置控制器产生一个电流给直线力马达，力马达驱动阀 芯，一直使阀芯移动到指令位置，阀芯的位置与指令信 号成正比，伺服阀的输出流量Ｑ是阀芯位置与通过阀 芯计量边的压力降的函数。 ３电液伺服阀应用实例 ３．１ 电火花加工机床 电火花加工机床是靠电极和工件之间的放电实现 金属加工，其加工精度取决于放电电流的稳定性。如 图２所示，当电极与工件之问间隙变小时，则放电电流 增加；当间隙变大时，则放电电流减小。通过将正比于 这一放电电流值的电压作为反馈信号加到伺服阀力矩 马达的一个线圈上，而另一个线圈上加上给定信号，则 安装电极的液压伺服缸的活塞杆上下移动，控制放电 间隙，使在电极和工件之间流过恒定的放电电流，提高 加工精度。 反 图２电火花加工示意图 ２０１１年第１２期 ３．２制动试验装置 液压与气动 ７９ 制动试验装置是用于汽车制动机构性能的试验， 由直流电机、电磁离合器、飞轮、制动机构、力矩检测装 置、载荷检测装置等组成（图３）。 当横向拖板运动时，带动仿形头在靠模表面运动， 仿形头检测到的位置信号通过伺服放大器驱动电液伺 服阀控制油缸，使旋压头的运动轨迹与仿形头的运动 轨迹保持一致。 在电液仿形系统未推广之前，多采用机械仿形阀。 机械仿形阀的控制精度不高，不能消除死区，在使用中 会出现晃动或定位不准，反应迟钝等现象。机械仿形 阀也不能根据不同的系统、负载对系统增益进行调整， 图３制动试验装置示意图 该装置由可变速的直流电机驱动，当磁盘的转速 达到某一定值时，借助电磁离合器使它脱离驱动轴，与 此同时电液伺服系统开始工作，将制动衬带推向磁盘， 便可测得相关的参数。 ３．３轮胎行走装置 轮胎行走装置用于在旋转的汽车轮胎上加上阶跃 负载载荷，试验轮胎的耐久性。如图４所示，该装置的 工作是靠液压缸将轮胎顶到以电机驱动的滚筒上，载 荷检测装置安装在轮胎轴上。 安装在液压缸人口处的蓄能器是为消除外界干扰 （如轮胎的热膨胀、轮胎不圆引起的变形等），提高控 制精度。 电 图４轮胎行走装置示意图 ３．４电液仿形加工机构 电液仿形系统结构原理简图如图５所示。 图５电液仿形系统原理简图 使系统达到比较优化的状态。另外，机械仿形系统的 相关参数不能使用仪器随意观察，其稳定性及其稳定 裕量无法测试，给机器的正常工作带来很多隐患。而 电液伺服仿形系统可通过相关仪器检测到系统的运动 情况、稳定性、稳定裕量及放大倍数等参数。 ３．５压力控制系统 在图６中，当指令信号作用于系统时，伺服缸输出 负载力。负载力由力传感器检测并转换为负载力成比 例的反馈电压，与指令信号相比较，得出偏差信号，经 伺服放大器放大后输入到电液伺服阀中，于是电液伺 服阀输出与偏差信号电压成比例的压差作用到液压缸 的活塞上，使负载力向着误差减小的方向变化，直到负 载力等于指令信号所期望的值为止。 图６压力控制系统示意图 ４结束语 直动式电液伺服阀的开发和批量生产，拓宽了电 液伺服阀的应用领域。在很多行业，逐渐用直动式电 液伺服阀代替喷嘴挡板式电液伺服阀已成必然趋势。 由于直动式电液伺服阀在使用中对油液清洁度的要求 较低，而其价格远低于喷嘴挡板式电液伺服阀，性能又 高于比例阀的技术指标，因此，直动式电液伺服阀进入 市场的竞争力很强。 参考文献： ［１］ 雷天觉．液压工程手册［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，１９９０． ［２］ 成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００２． ［３］ＧＢ／Ｔ ７８６．１—９３，液压气动图形符号［Ｓ］．
