数控5-伺服阀

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1、2021/6/16 1 2021/6/16 2 在 电 液 控 制 系 统 中 ， 一 般 采 用 电 压 比 较 反 馈方 式 ， 其 中 的 放 大 元 件 称 为 “ 电 液 伺 服 阀 ” 。 由 于 “ 电 液 伺 服 阀 ” 主 要 用 于 高 速 电 液 伺服 控 制 系 统 ， 要 求 有 很 高 的 精 度 和 响 应 速 度 ， 其输 出 流 量 或 压 力 受 输 入 的 电 气 信 号 控 制 （ 近 似 与输 入 电 压 或 电 流 成 比 例 ） 。 阀 的 内 部 ， 先 导 级 与 主 阀 之 间 一 般 由 机 液 伺服 机 构 （ 也 有 电 液 伺 服 ）

2、 采 用 负 反 馈 的 方 式 驱 动 ，以 提 高 跟 踪 精 度 。 2021/6/16 3 电 液 伺 服 阀 多 为 两 级 阀 ， 有 和之 分 ， 绝 大 部 分 伺 服 阀 为 流 量 型 伺服 阀 。 在 流 量 型 伺 服 阀 中 ， 要 求 主 阀 芯 的 位 移 XP与的 输 入 电 流 信 号 I成 比 例 ， 为 了 保 证 主 阀 芯 的 定位 控 制 ， 主 阀 和 先 导 阀 之 间 设 有 位 置 负 反 馈 ， 位置 反 馈 的 形 式 主 要 有 直 接 位 置 反 馈 和 位 置 -力 反馈 两 种 。 2021/6/16 4 5.1 直 接 位 置

3、反 馈 电 液 伺 服 阀阀指i LQqiK伺 服 阀 用 机 液 伺 服 机 构 驱 动 主 阀电 机 转 换 LQvx四 通 阀 阀 控 缸（ 先 导 级 ） 主 滑 阀（ 主 级 ）力 马 达 指xk1 vx指F指i 主 级 放 大 元 件 、 组 成 框 图 2021/6/16 5 电 机 转 换力 马 达 指xk1指F指i 一 、 力 马 达 2021/6/16 6 2021/6/16 7 2021/6/16 8先 导 级 放 大 元 件 反 馈 杆 2021/6/16 9 三 、 反 馈 杆 2021/6/16 10 2021/6/16 11反 馈 杆 2021/6/16 12 四

4、 直 接 反 馈 伺 服 阀 控 制 框 图1、 采 用 阀 芯 、 阀 套 直 接 比 较 法 ；2、 导 阀 芯 导 阀 套 直 接 比 较 、 通 过 刚 性 连 接 直 接 （ 测 量 ） 反 馈 ；3、 放 大 元 件 为 导 阀 部 分 、 缸 是 主 阀 两 端 部 分 ； 4、 指 令 元 件 是 线 圈 ， 被 控 对 象 是 主 阀 芯 ， 使 主 阀 芯 位 移 跟踪 动 圈 的 指 令 位 移 。导 阀 芯 阀套 比 较线 圈 指i vx指x 2021/6/16 13 直接反馈伺服阀 2021/6/16 14 力 马 达 及 挡 板 阀 主 滑 阀 2021/6/16

5、15 力 马 达 固 定 节 流 孔 反 馈 弹 簧 杆 喷 嘴 挡 板 （ 导 阀 芯 ） 弹 簧 管（ 扭 簧 ） 要 求 ：主 阀 芯 位 移 自 动 跟踪 输 入 的 电 流 ， 与输 入 电 流 成 比 例 。主 滑 阀先 导 级 油缸 左 腔 先 导 级 油缸 左 腔 2021/6/16 16 电 机 转 换力 矩 马 达 指T指i 一 、 力 马 达 衔 铁磁 钢 导 磁 体 2021/6/16 17 一 、 力 马 达 衔 铁磁 钢 导 磁 体 iTS NNN SS NSNS 吸吸 斥斥 Kt iT指i 2021/6/16 18 2021/6/16 19 二 、 先 导 级 桥

6、 路（ B+B） 带 2个 固 定 节 流孔 的 B+B全 桥控 制 对 称 缸 vxx挡 板 位 移 x主 阀 位 移 弹 簧 管vx主 阀 芯 vx主 阀 芯先 导 级油 缸 先 导 级油 缸 反 馈 杆 反 馈 杆 通 过 反 馈 杆 将 主 阀位 移 反 馈 至 比 较 元 件挡 板 2021/6/16 20 三 、 比 较 方 式（ 力 矩 比 较 ） 比 较 元 件 （ 挡 板 ） 要 求 ：1） 与 指 令 元 件 相 连 （ 力 矩 马 达 ）2） 与 被 控 对 象 相 连 （ 主 阀 芯 ） 3） 与 放 大 元 件 相 连 （ 挡 板 本 身 ）fi TTT T 主 阀

7、位 移 对挡 板 产 生 的 力 vff xkbrT )( fT 以 挡 板 作 为力 比 较 元 件 指 令 力 矩 iT iT挡 板 位 移 vxvx 2021/6/16 21 三 、 比 较 方 式（ 力 矩 比 较 ） vx x 偏 差 力 矩偏 差 力 矩 T T 以 比 较 结 果驱 动 放 大 元件 （ 挡 板 ） x x挡 杆位 移 挡 杆位 移弹 簧 管力 矩 位 移转 换 器弹 簧 管力 矩 位 移转 换 器 2021/6/16 22 vxT 四 、 文 字 方 框 图 被 控 对 象 被 控 对 象 力 矩 比 较元 件 反 馈 杆弹 簧 管 xx 2021/6/16 2

8、3 五 、 动 态 方 框 图 vxxiT fT T 喷 嘴 处 的 压 力 干 扰 反 馈 杆 阀 内 液 压 动 力 元 件 挡 板 弹 簧 管 力 矩 马 达 主 阀 芯 2021/6/16 24 五 、 动 态 方 框 图 vxxiT fT T 反 馈 杆 阀 内 液 压 动 力 元 件 挡 板 弹 簧 管 力 矩 马 达 主 阀 芯 1 2021/6/16 25 力 矩 马 达 vx)( 1 brk f 指T指i 2021/6/16 26 在 压 力 阀 控 制 压 力 的 过 程 中 ， 需 要 解 决 和两 个 方 面 的 问 题 。 调 压 是 指 以 负载 为 对 象 ， 通

9、 过 调节 控 制 阀 口 的 大 小 ，使 系 统 输 给 负 载 的压 力 大 小 可 调 。 ZQp LL 溢 流 式 调 节 2021/6/16 27 （ 1） 流 量 型 油 源 并 联 溢 流 式 调 压 ZQp LL 溢 流 式 调 节 显 然 ， 只 有 改 变 负载 流 量 QL的 大 小 才 能 调节 负 载 压 力 PL。 将 控 制阀 口 RX与 负 载 Z并 联 ，通 过 阀 口 的 溢 流 作 用 ，能 使 负 载 流 量 QL发 生 变化 ， 最 终 达 到 调 节 负 载压 力 之 目 的 。 2021/6/16 28 （ 2） 压 力 型 油 源 串 联 减

10、压 式 调 压 RsL ppp 如 果 油 源 换 成 恒 压源 PS， 并 联 式 调 节 不 能改 变 负 载 压 力 。 这 时 可将 控 制 阀 口 Rx串 联 在 压力 源 P S和 负 载 Z之 间 ，通 过 阀 口 的 减 压 作 用 即可 调 节 负 载 压 力 PL 。 减 压 式 调 节Rp 2021/6/16 29 （ 3） 半 桥 回 路 分 压 式 调 压 液 压 半 桥 实 质 上 是 由 进 、 回 油 节 流 口 串 联 而 成 的 分 压回 路 。 为 了 简 化 加 工 ， 进 油 节 流 口 多 采 用 固 定 节 流 孔 来 代替 ， 回 油 节 流 口

11、 是 由 锥 阀 或 滑 阀 构 成 可 调 节 流 口 。 这 种 调压 方 式 主 要 用 于 液 压 阀 的 先 导 级 中 。 图 6.2 2021/6/16 30 压 力 的 大 小 能 够 调 节 ， 并 不 等 于 能 够 稳 压 。 当 负 载 因扰 动 而 发 生 变 化 时 ， 负 载 压 力 会 随 之 变 化 。 压 力 的 稳 定 必须 通 过 压 力 负 反 馈 来 实 现 。构 造 压 力 反 馈 系 统 必 须 研 究 以 下 问 题 ： 代 表 期 望 压 力 的 指 令 信 号 如 何 产 生 ？ 怎 样 构 造 在 实 际 结 构 上 易 于 实 现 的

12、比 较 器 ？ 受 控 压 力 PL如 何 测 量 ？ 转 换 成 什 么 信 号 才 便 于 比 较 ？ ，怎 样 反 馈 到 比 较 器 上 去 ？压 力 负 反 馈 控 制 的 核 心 是 要 构 造 一 个 压 力 比 较 器 。 力 信 号 的 比 较 最 容 易 实 现 。 2021/6/16 31 负 反 馈 部 分F指F指 开 环 调 压 回 路 PLPLA 2021/6/16 32不 要 形 成 正 反 馈 ！ 压 力 通 过 微 型 测 量 油 缸 测 量 反 馈 指 令 力 通 过 调 压 弹 簧 产 生 2021/6/16 33 QLfCL 2021/6/16 34 2

13、021/6/16 35 直 动 型 压 力 控 制 中 ， 由 力 比 较 器 直 接 驱 动 主 控 制阀 芯 ， 驱 动 力 远 小 于 弹 簧 力 ， 因 此 驱 动 能 力 十 分 有限 。 这 种 控 制 方 式 导 致 主 阀 芯 不 能 做 得 太 大 ， 不 适合 用 于 高 压 大 流 量 系 统 中 。 所 谓 先 导 型 压 力 控 制 ， 是 指 控 制 系 统 中 有 大 、小 两 个 阀 芯 ， 小 阀 芯 为 先 导 阀 芯 ， 大 阀 芯 为 主 阀 芯 ，并 相 应 形 成 先 导 级 和 主 级 两 个 压 力 调 节 回 路 。 在 高 压 大 流 量 系

14、 统 中 一 般 应 采 用 先 导 控 制 。 2021/6/16 36 2021/6/16 37 2021/6/16 38 2021/6/16 39 半 桥 式 先 导 控 制 部 分 图 6.4图 6.6 主 阀 的 指 令 信 号 主 阀 的 反 馈 压 力 pFFF 指指导 阀 比 较 ： ApApF 12 主主 阀 比 较 ： 主 级 为 并 联 溢 流 式压 力 负 反 馈 控 制 2021/6/16 40 半 桥 式 先 导 控 制 部 分 主 阀 的 指 令 信 号 主 阀 的 反 馈 压 力 pFFF 指指导 阀 比 较 ： ApApF 12 主主 阀 比 较 ：主 级 为

15、 串 联减 压 式 压 力负 反 馈 控 制 2021/6/16 41 先 导 型 溢 流 阀 的 主 要 特 点 ： 由 主 阀 芯 负 责 控 制 系统 的 压 力 ， 先 导 级 负 责 向 主 阀 提 供 指 令 力 ， 作 用 在 主阀 芯 上 的 主 油 路 液 压 力 与 先 导 级 所 输 出 的 “ 指 令 压 力 ”相 平 衡 。 2021/6/16 42阀口主 级 测 压 面 主 级 指 令ss ApFF 2 指导阀比较 1122 ApApF 主主 阀 比 较 ： 半 桥 式 先 导 控 制 部 分 2021/6/16 43主 级 测 压 面 主 级 指 令 阀口黑 三

16、角 代 表先 导 型 液 压 控 制 2021/6/16 44安 全 阀 先 导 比 例 阀溢 流 阀 2021/6/16 45 先 导 式 减 压 阀 原 理 图 主 级 测 压 面 主 级 指 令 半 桥 式先 导 控制 部 分ApApF 23 主主 阀 比 较 ： ss ApFF 3 指 导 阀 比 较 2021/6/16 46直 动 型 溢 流 阀与 符 号 的 对 应 关 系 减 压 阀 符 号 阀口阀 口 测 压 孔 测 压 面测 压 面 2021/6/16 47 负 载 变 化 引 起 的 流 量 波 动 可 以 通 过 流 量 负 反馈 来 加 以 控 制 。 与 压 力 负

17、反 馈 一 样 ， 流 量 负 反 馈控 制 的 核 心 是 要 构 造 一 个 流 量 比 较 器 和 流 量 测 量传 感 器 。 流 量 阀 的 流 量 测 量 方 法 主 要 有 “ 压 差 法 ”和 “ 位 移 法 ” 两 种 。 2021/6/16 48 在 主 油 路 中 串 联 一 个 节 流 面 积 A0已 调 定 的 液 阻 RQ作 为 流量 一 次 传 感 器 ， 其 压 力 差 Pq 代 表 流 量 QL； qpQ qp 流 量 传 感 器 RQ流 量 调 节 阀 口 Rx 2021/6/16 49qpQ qp 流 量 传 感 器 RQ流 量 调 节 阀 口 Rx 再

18、设 置 一 个 作 为 流 量 二 次 传 感 的 测 压 油 缸 A， 将 一 次 传感 器 输 出 的 压 差 PQ引 入 该 测 压 油 缸 A的 两 腔 ， 即 可 将 流 量 转化 成 与 之 相 关 的 活 塞 推 力 FQ， FQ即 为 反 馈 信 号 。液 阻 RQ和 压 差测 量 缸 A一 起构 成 “ 压 差 法 ”流 量 传 感 器 。 2021/6/16 50qp 恒 定所 以 固 定 节 流 孔 液 阻 恒 定弹 簧 力 Q pQ Ap qq 与 压 力 负 反 馈 相 类 似 ， 可 用 弹 簧 预 压 力 F指 作 为 指 令 信号 ， 并 与 流 量 传 感 器

19、 的 反 馈 力 FQ共 同 作 用 在 力 比 较 器 上 ，构 成 “ 流 量 -压 差 -力 负 反 馈 ” ， 利 用 比 较 信 号 驱 动 流 量 调节 器 阀 芯 （ 液 阻 Rx） ， 最 终 达 到 流 量 自 动 稳 定 控 制 之 目 的 。 Q qp流 量 传 感 器 RQ流 量 调 节 阀 口 Rx代 表 流 量 大 小 的压 差 力指 令 力 2021/6/16 51 qpQ qp流 量 传 感 器 RQ流 量 调 节 阀 口 Rx流 量 大 小（ 压 差 力 ）指 令 力 2021/6/16 52 恒 定所 以 固 定 节 流 孔 液 阻恒 定弹 簧 力 Q pQ

20、 Ap qqqp 流 量 传 感 器 RQ流 量 调 节 阀 口 Rx代 表 流 量 大小 的 压 差 力指 令 力 所 谓 “ 压 力 源 串 联 减 压 式 调 节 ” 是 指 系 统 采 用 压 力 源 供油 ， 流 量 调 节 阀 口 Rx与 负 载 Z相 串 联 ， 此 时 阀 口 Rx称 为 减 压阀 口 。 2021/6/16 53 2021/6/16 54图 7.8 2021/6/16 55 与 “ 压 差 法 ” 相 反 ， 本 方 法 是 在 主 油 路 中 串 联 一 个 压差 PQ基 本 恒 定 ， 但 节 流 面 积 A0可 变 的 节 流 口 RQ作 为 流 量 的

21、 一次 传 感 器 。 因 传 感 器 的 压 差 恒 定 ， 故 液 阻 RQ及 传 感 器 阀 芯位 移 xQ将 随 负 载 流 量 QL而 变 化 。 常 数式 中 mL mmL pKKC xCQ pxKKpAKQ 000 0根 据 节 流 口 流 量 公 式 ， 有 ： 2021/6/16 56 通 过 定 压 差的 可 变 液 阻 RQ和 位移 测 量 弹 簧 一 起构 成 了 具 有 “ 流量 -位 移 -力 负 反馈 ” 的 所 谓 “ 位移 法 ” 流 量 传 感器 。 为 了 将 一 次 传 感 器 的 位 移 信 号 转 换 成 便 于 比 较 的 力信 号 ， 再 设 置

22、 一 个 传 感 弹 簧 KQ作 为 位 移 -力 转 换 的 二 次 传感 器 ， 流 量 QL转 换 成 弹 簧 力 FQ。 2021/6/16 57 QL 通 过 弹 簧 油 缸 使压 差 基 本 恒 定传 感 器 的 开 口（ 位 移 x） 与 流量 Q成 比 例通 过 另 一 弹 簧 将位 移 转 化 为 力流 量 -位 移 传 感 器 2021/6/16 58流 量 的 “ 位 移 法 ” 测 量 与 反 馈 通 过 弹 簧 将位 移 转 化 为 反馈 力 流 量 一 次传 感 器 流 量 调 节主 阀 口比 例 电 磁铁 产 生 流量 指 令先 导 阀 2021/6/16 59 若 有 不 当 之 处 ， 请 指 正 ， 谢 谢 ！