一种抗污染动圈电液伺服阀的设计研究

　　1 电液伺服阀的液压桥路设计与抗污染特性研究

　　电液伺服阀的故障70%以上为伺服阀污染问题所引起,因此工业用电液伺阀有向抗污染能力强的动圈式伺服阀方向发展的趋势.例如轧板AGC采用了动圈式伺服阀.不断提高伺服阀的抗污染能力,是急待解决的重要问题.

　　目前,国内外所生产的二级动圈电液伺服阀,主要为两孔全桥式伺服阀.先导级采用进油固定节流,回油为可变节流,液压桥路如图1所示.这种伺服阀的主要失效形式为固定节流孔堵塞,原因是固定节流孔压差较大,孔径较小.

　　为了减小固定节流孔的压差,扩大孔径,在伺服阀中增加减压节流孔,见图2(a),但收效不大;另一种方法是在伺服阀的设计中将全桥结构改为半桥结构,见图2(b),取消了容易堵塞的固定节流孔,确实对提高伺服阀的抗污染能力有较好的效果.但半桥结构的弱点是压力零漂很大,这是由于不对称布置造成的[1].

　　在理论分析和仿真研究的基础上,笔者提出了图3所示U形4孔液压全桥方案.

　　该方案改主阀中间油孔为压力油孔,固定节流孔R1,R2直接加工在主阀芯中间部位,以延长R1与R3,R2与R4之间的距离,然后通过U型布置来改变油液的流向,以形成真正有效的串联液阻.将U形4孔液压全桥方案用于动圈电液伺服阀,结构如图4所示.图中伺服阀控制桥路为全桥,节流孔呈U形串联布置,先导级与主级采用直接反馈方式.U形4孔全桥方案可以将节流孔压差显著减小,孔径可扩大至1 mm,抗污染能力明显增强,经试验后证明效果良好.

　　2 主阀设计

　　主阀的最大空载流量Q0=20 L/min,供油压力Ps=10 MPa.阀芯结构如图5所示.

　　1)主阀的结构尺寸的确定.根据伺服阀的最大空载流量方程[1-2]

取b=2 mm.阀芯的最大行程为4 mm,阀芯直径dv=30 mm,阀杆直径dr=26 mm,计算阀腔通道面积为1.759 3@104m².

　　节流口面积为Wxvmax=26xvmax=0.16@10^-4m²,由于(P/4)(d2v-d2r) >4Wxvmax,满足防止流量饱和的条件[3].

　　在空载时Fs=0.43Wpsxvmax=0.4310^-34@10^-3 N=6.88 N,达到最大值.