单级双喷嘴挡板电液伺服阀的特性研究

　　0　引言

　　电液伺服阀综合了电气和液压两方面的优点,是电液伺服控制系统中的核心元件。单级双喷嘴挡板电液伺服阀,除一般用作多级电液伺服阀的先导级外,也可直接用于小功率的电液伺服控制系统。因此,对其性能进行试验与研究具有重要的现实意义[1-3]。

　　电液伺服阀的性能主要是靠静、动态特性实验曲线和性能指标加以评定的。其中,静态试验主要有流量、压力特性试验,动态试验有瞬态和频率响应特性试验。本文以某型号单级双喷嘴挡板电液伺服阀(见图1)为例,介绍了电液伺服阀的压力和流量特性的研究方法、内容和步骤,并获得了该阀的有关试验曲线。

　　1　阀的组成与原理

　　该单级电液伺服阀,由动铁式力矩马达和双喷嘴挡板液压放大器两部分组成。

　　动铁式力矩马达是基于衔铁在磁场中受力的原理而工作的,即利用控制磁场调制极化磁场来改变不同气隙中的磁通,使衔铁上得到与输入电流相应大小和方向的净输出力矩。

　　双喷嘴挡板液压放大器是基于液压全桥的原理而工作的。图2所示液压全桥,是一个恒压源供油,以挡板位移为输入变量,以左右两个半桥的分压力p1和p2之差为输出变量的位移-压差转换器。当负载流量qL为零时,液桥只起压力转换器作用;当qL不为零时,液桥还起功率放大作用。

　　2　基本方程与方块图

　　2·1　力矩马达运动方程

　　力矩马达工作时包含两个动态过程,一个是电的动态过程,另一个是机械的动态过程。

　　2·1·1　电动态过程

　　力矩马达以电压信号作为输入,经放大引起衔铁上下气隙中磁通量发生变化,因而在两线圈中产生电流差输出。根据电磁理论及力矩马达回路方程,可推导出其传递函数为

　　式中:ΔI为力矩马达线圈中的电流差(A); u为供给力矩马达线圈的电压; K_b为每个线圈的反电动势常数(V·s/rad);θ为衔铁的偏转角(rad); Rc为力矩马达线圈的电阻(Ω); r_p为放大器内外电阻(Ω);ωa为一个线圈的转折频率(rad/s)。

　　2·1·2　机械动态过程

　　力矩马达以两控制线圈电流之差作为输入,以衔铁挡板组件的偏转角作为输出时,上述电的动态过程可以忽略。根据衔铁挡板组件力矩平衡方程,可推导出其传递函数为

　　式中: K_mf、ω_mf、ζ_mf分别为力矩马达的总刚度、固有频率和机械阻尼比,且