先导零遮盖型2D伺服阀的研究

　　0 前言

　　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。喷嘴挡板伺服阀由于其衔铁组件的惯量较小,其动态响应较快。但是,喷嘴挡板阀对油液污染比较敏感,容易堵塞,并且在工作中喷嘴与挡板之间需要维持一个零位间隙,这造成了零位泄漏损失,特别是随着系统压力的提高,其零位功耗损失以平方倍的关系增大。射流管阀则克服了喷嘴挡板阀对油液污染敏感的缺点,抗污染能力强,却是以付出更大的零位泄漏和零位功耗损失为代价的,并且其动态特性相对喷嘴挡板阀而言较差。而2D伺服阀(见图1)由于采用阀芯双自由度结构,其动态特性主要取决于旋转运动到直线运动转换的液压伺服螺旋机构的固有频率。由于液压伺服螺旋机构的固有频率非常高(10⁴~10⁵Hz),所以2D伺服阀本质上应具有良好动态和静态性能。在以前的研究中,为了提高2D伺服阀的稳定性, 2D伺服阀通常设计成一定的开口,但是这样造成零位泄漏量和功率损失的增大。因此,笔者对先导零遮盖型2D伺服阀(其零位泄漏量很小)性能进行了研究。

　　1 零位泄漏分析

　　零位泄漏是衡量伺服阀性能的一个重要的指标。先导零遮盖型2D伺服阀零位泄漏包括导控级零位泄漏和主阀零位泄漏。主阀的零位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。在这里我们只分析先导零遮盖型2D伺服阀导控级的零位泄漏。

　　在静态条件下,先导零遮盖型2D伺服阀由于没有实际的导阀开口,因此导控级的零位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先导零遮盖型2D伺服阀的导控级零位泄漏量。

　　参见图2,微小宽度dl油液流经两平行平板的流量为:

　　式中: d_qp为微小宽度dl油液流经两平行平板的流量;δ为导阀阀芯和阀套之间的间隙;Δp为压差;对高压孔,Δp=p_s-p_c;对低压孔,Δp=p_c; C_e为流量修正系数;Μ为动力粘度; x₁为从螺旋槽到低(高)压小孔的距离。

　　再根据图2所示的几何关系可得式(2)和式(3):

　　式中: r_d为低(高)压小孔半径;C为微小宽度d_l的油液所处的角度位置; h₀为螺旋槽到低(高)压小孔的间隙。这是因为考虑到实际加工出来的阀总存在一定的微小间隙。