三级电反馈伺服阀的研制

　　0　前言

　　三级电反馈伺服阀[1]是以通用型两级阀为前置级,并以滑阀式控制阀为功率级(第三级)。第三级的功率滑阀依靠位置反馈定位,一般为电反馈,电反馈调节方便,容易改变额定流量及频率响应,适应性强、灵活性好是三级电反馈阀的主要优点。由于电反馈处于外环,阀的力矩马达、前置放大级及功率滑阀的参数变动、非线性度和干扰等对阀的性能的影响大降低了,可以降低伺服阀某些零部件的加工难度,同时提高了伺服阀的性能。

　　1　三级阀结构原理

　　CSTD1型三级电反馈伺服阀主要由先导阀(二级射流管力反馈电液伺服阀)、功率级滑阀、线性差动变压器(LVDT)、内置电路控制器等组成。其基本结构原理框图[2]如图1所示。

　　先导级伺服阀主要由力矩马达、射流放大器、先导滑阀级及反馈组件等组成。力矩马达在伺服阀中的作用是把电信号转换为机械运动。它由永久磁铁产生极化磁场,电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场,两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力矩,从而使其机械部分产生位移。射流管放大器是一种非节流式的液压放大器,其主要由射流管、喷嘴及接受器组成。通过射流管根据力矩马达输出的转角,对两接受器的喷射位置产生偏移,引起两接受器中的恢复压力变化,从而实现控制功率的转换及放大。先导滑阀级是伺服阀中第二级液压放大器,亦称功率级。它将射流管的压差信号的功率进行放大,并驱动第三级阀芯。反馈组件是由阀芯运动产生反馈力矩与马达力矩相平衡,从而实现使伺服阀的输出流量获得与输入电气控制信号成比例的特性。第三级滑阀是伺服阀中起放大作用的液压放大器最后一级,用于驱动执行机构。

　　位移传感器作为阀芯位移的检测元件,将反馈电液伺服阀的阀芯位移信号,构成闭环控制。电路控制器即为内置式放大器,是驱动电液伺服阀的功率放大器。该放大器主要由前置放大电路、加法器电路、调制解调电路、滤波及放大等部分组成。

　　根据图1可以列出传递函数[3]结构方框图如图2。

　　CSTD1型三级电反馈伺服阀的两级先导阀是用来驱动三级电反馈伺服阀中的功率级。作为两级先导阀的伺服阀,要有分辨率高、死区小、零区特性好的特点,需要在零部件加工时注意。特别是对窗口的开口要尽量做到零开口,另外对窗口的棱角、平面度及其他形位公差尺寸的控制要求都比较高。

　　2　三级阀设计

　　2·1　功率级滑阀设计[3]

　　由于三级伺服阀的功率级的流量较大,其控制节流边按全周边节流边设计。阀芯行程为2mm。按设计的空载流量,从公式(1)中计算出阀芯的直径为28mm。由于阀的流量能通过改变阀芯的行程来确定,为试验留有充分的空间,将阀芯直径确定为30mm。