一种新型直动式电液伺服阀的研制

　　电液伺服阀是电液伺服控制系统的核心部件,其作用是将输入的小功率电信号精确快速地转换为大功率的液压能输出,其性能优劣直接决定着电液伺服控制系统的性能。

　　传统的喷嘴-挡板伺服阀对油液的污染较为敏感,且动态特性受供油压力的影响,因此直动式电液伺服阀的研究开发成为近年来的研究焦点。如日本穆格公司研制出D633/D634直动式电液伺服阀,采用永磁磁场与控制磁场差动控制,压力增益高,频率响应达到60Hz;国内北京机床所研制出QDYD直动式电液伺服阀,采用永磁式力马达驱动,用集成电路实现阀芯位置的闭环控制,获得了良好的动静态特性;浙江工业大学研制的2D电液数字伺服阀,采用步进电机驱动,利用阀芯上的高低压孔与阀孔上的螺旋槽构成的液压伺服螺旋机构,即利用阀芯的双运动自由度,实现双级阀的导控功能。

　　作者提出一种基于新型永磁力马达和位移传感器的直动式电液伺服阀,并给出了相应的驱动电路设计、理论分析和实验验证。

　　1　结构设计

　　新型直动式电液伺服阀如图1所示,阀芯采用滑阀式结构,阀体两端采用对顶弹簧实现阀芯的对中,由电-机械转换器的输出推杆直接驱动,电涡流传感器的位移敏感器件与电-机械转换器的位移输出装置连接,实现对阀芯位移的测量及反馈;为便于零位调节,在阀体一端加入了调零装置。

　　1·1　驱动部分

　　电-机械转换器采用单磁钢、双线圈结构,由永磁体、控制线圈、导套、壳体以及衔铁等组成。导套采用导磁金属材料,隔磁环采用非导磁金属材料,隔磁环将导套分隔成3个部分,这样在磁轭端部可构成锥形端部的盆形极靴,有利于磁场的调节。衔铁在导套内移动,并与推杆连接为一体,其位移由推杆引出;导套与隔磁环固结为一体,作为耐高压套管,起到密封油液的作用,保护线圈等外围器件。

　　利用永磁体建立极化磁场。当控制线圈未通电时,在永磁体产生的极化磁场作用下,衔铁可保持在中位静止不动;当控制线圈通入一定极性的电流时,控制线圈产生的控制磁场与极化磁场相叠加,引起磁场变化,衔铁一端磁场增强,另一端减弱,致使衔铁向磁场增大的方向移动,直至达到新的力平衡;同样的,当相反极性的电流流过控制线圈时,衔铁将反向移动。

　　1·2　传感部分

　　传感器基于电涡流效应原理,由感应线圈、短路环、壳体等组成。短路环采用电导率较高的铝芯制成并与阀芯连接。

　　感应线圈通入高频交变电流产生激励磁场,短路环在磁场的激励下产生电涡流效应抵抗感应磁场的变化,引起感应线圈阻抗的变化;短路环位置不同,电涡流效应的强弱不同,感应线圈的阻抗也随之发生变化;由于短路环与阀芯连接,因此通过检测感应线圈的阻抗可得到阀芯的位移信息。