带补偿节流器的电液伺服阀特性分析

　　0　引言

　　伺服控制起源于第二次世界大战前后导弹和火箭等飞行器的姿态控制,其控制系统的执行机构大多采用电液伺服阀控制液压作动器组成液压伺服机构[1]。电液伺服机构具有体积小、功率放大率高、死区小、响应速度快、运动平稳可靠等优点,得到了广泛的应用。电液伺服阀作为控制执行机构的核心元件,其响应特性和压力流量输出特性都有较高的性能要求[2、3]。本文研究一种具有补偿节流器的两级电液伺服阀,在主阀芯两端分别增加一个节流口改善电液伺服阀的特性。

　　1　结构原理

　　图1所示为带补偿节流器的电液伺服阀结构示意图。该阀在喷嘴挡板式双级电液伺服阀的基础上增加了第一补偿节流器8和第二补偿节流器13,它们分别位于主阀芯14的左右两端,并分别将右端的压力补偿容腔分为第一补偿容腔7和第二补偿容腔9,将左端的压力补偿容腔分为第三补偿容腔15和第四补偿容腔12。当控制线圈1获得控制信号使得衔铁3产生一定角度的顺时针偏转,挡板5向左偏移导致喷嘴6处的压力发生变化,其中右端喷嘴压力pn2减小使第一补偿节流器8两端形成压力差,同时第二补偿容腔9压力ps2因pn2影响逐渐减小,同理主阀芯左端压力ps1因pn1影响逐渐增大,主阀芯14两端形成压力差,主阀芯右移。运动过程中,补偿节流器8和13的作用使喷嘴处的压力突变不会瞬间作用到主阀芯两端,从而大大地减少了控制过程中的振荡,减少振荡幅度,提高电液伺服阀的响应性能。

　　2　理论分析

　　2·1　数学模型

　　为了推导电液伺服阀的数学模型,作以下假设:

　　(1)伺服阀为理想零开口四通滑阀。

　　(2)不考虑补偿腔泄漏。

　　(3)主阀芯两端补偿节流器采用细长孔的结构形式且两补偿节流器结构相同。

　　1)补偿节流器流量平衡方程。

　　两端喷嘴的压力差为

　　plp=pn1-pn2 　　(1)

　　式中　pn1———第四补偿腔压力;

　　pn2———第一补偿腔压力。

　　主阀芯两端的压力差为

　　plp1=ps1-ps2 　　(2)

　　式中　ps1———第三补偿腔压力;

　　ps2———第二补偿腔压力。

　　两补偿节流器流量方程分别为

　　式中　d———补偿节流器孔径;

　　L———为补偿节流器长度;

　　μ———为动力黏度;

　　Qlp———为喷嘴挡板阀负载流量。

　　式(3)和式(4)得

　　Qlp=Kz(plp-plp1) 　　(5)

　　式中　Kz为节流器液阻系数。