一种通径6的2D数字伺服阀的实验研究

　　引言

　　随着科学技术的发展,伺服控制技术在自动控制领域得到日益广泛的应用,有关伺服控制技术在企业界、学术界成了一个新的研究热点。电液伺服阀是电液伺服控制系统中的关键元件,其性能在很大程度上直接决定了整个伺服系统的性能。本文主要对2D数字伺服阀的性能进行了实验研究。

　　1　2D数字伺服阀的工作原理

　　本文研究的2D数字伺服阀的结构如图1所示。阀体采用圆柱滑阀,阀芯具有旋转运动自由度和滑动自由度,阀右腔与入口压力(系统压力)相通,其面积为左腔的一半;左腔的压力由开设在阀芯左端台肩上的一对高、低压孔和开设于阀体孔左端的螺旋槽相交的两个微小弓形面积串联的液压阻力半桥控制。

　　步进电机通过螺旋传动机构驱动阀芯在一定的范围内正、反向转动。当步进电机驱动阀芯正向转动时,高压孔与螺旋槽之间形成的拱形面积增大,低压孔与螺旋槽之间形成的拱形面积减小,则左敏感腔压力升高,阀芯所受的轴向力失去平衡,阀芯右移,直至高低压孔又回到螺旋槽的两侧,使两个微小弓形面积相等的位置,压力恢复为入口压力(系统压力)的一半,并保持轴向力平衡。当步进电机驱动阀芯反方向转动,则左敏感腔的压力下降,阀芯左移。两个自由度之间互不干涉,因而可以用这两个运动自由度分别实现双极阀的导控级和主阀的功能,故可将传统的双极阀集成为一个阀体,大大地减轻了重量和空间体积。

　　2　内泄漏分析

　　内泄漏是衡量伺服阀性能的一个重要指标。2D数字伺服阀内泄漏包括导控级内泄漏和主阀内泄漏。主阀的内泄漏和一般的滑阀一样,取决于主阀的开口以及主阀阀芯阀套之间的配合间隙。在这里我们分析主阀阀芯阀套之间的缝隙泄漏和导控级内泄漏。

　　2. 1　主阀阀芯阀套之间的缝隙泄漏

　　阀芯与阀套之间理想情况下为同心环形缝隙;但实际上,它是偏心环形缝隙。设内外圆间的偏心量为e,在任意角度θ处的缝隙为h。因缝隙很小, r1≈r2≈r,可把元圆弧所对应的环形缝隙间的流动近似地看作是平行平板缝隙间的流动。

　　由图2的几何关系,可以看到:

　　h≈h₀-ecosθ=h₀(1-εcosθ) 　　(2)

　　式中:h0为内外圆同心时半径方向的缝隙值;ε为相对偏心率,ε=e/h0。将h值代入上式并积分后,便得偏心环形缝隙的流量公式为

　　式中:qε为2D数字伺服阀主阀阀芯阀套之间的缝隙泄漏量。

　　2. 2　导控级内泄漏

　　在静态条件下, 2D数字伺服阀由于没有实际的导阀开口,因此伺服阀的导控级内泄漏量主要是由于油液由高压小孔通过阀芯和阀套之间的间隙泄漏到伺服螺旋槽、再由伺服螺旋槽通过阀芯和阀套之间的间隙泄漏到低压小孔所产生的。由于导阀阀芯阀套之间的间隙很小,因此,假设阀芯阀套间隙间油液呈平行层流运动,这样在建立微小宽度流体流经平行缝隙的流量的模型基础上,可以在理论上计算出2D数字伺服阀的导控级内泄漏量。