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力士乐伺服阀主要是指电液伺服阀,它在接受电气模拟信号后,相应输出调制的流量和压力。它既是电液转换元件,也是功率放大元件,它能够将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出。在电液伺服系统中,它将电气部分与液压部分连接起来,实现电液信号的转换与液压放大。典型的伺服阀由永磁力矩马达、喷嘴、档板、阀芯、阀套和控制腔组成。当输入线圈入电流时,档板向右移动,使右边喷嘴的节流作用加强,流量减少,右侧背压上升;同时使左边喷嘴节流作用减小,流量增加,左侧背压下降。阀芯两端的作用力失去平衡, 阀芯遂向左移动。高压油从S流向C2,送到负载。负载回油通过 C1流过回油口,进入油箱。阀芯的位移量与力矩马达的输入电流成正比,作用在阀芯上的液压力与弹簧力相平衡,因此在平衡状态下力矩马达的差动电流与阀芯的位移成正比。如果输入的电流反向,则流量也反向。表中是伺服阀的分类。
伺服阀主要用在电气液压伺服系统中作为执行元件(见液压伺服系统)。在伺服系统中,液压执行机构同电气及气动执行机构相比,具有快速性好、单位重量输出功率大、传动平稳、抗干扰能力强等特点。另一方面,在伺服系统中传递信号和校正特性时多用电气元件。因此,现代高性能的伺服系统也都采用电液方式,伺服阀就是这种系统的必需元件。
伺服阀结构比较复杂,造价高,对油的质量和清洁度要求高。新型的伺服阀正试图克服这些缺点,例如利用电致伸缩元件的伺服阀,使结构大为简化。另一个方向是研制特殊的工作油(如电气粘性油)。这种工作油能在电磁的作用下改变粘性系数。利用这一性质就可通过电信号直接控制油流。
力士乐伺服阀的主阀一般来说和换向阀一样是滑阀结构,只不过阀芯的换向不是靠电磁铁来推动,而是靠前置级阀输出的液压力来推动,这一点和电液换向阀比较相似,只不过电液换向阀的前置级阀是电磁换向阀,而伺服阀的前置级阀是动态特性比较好的喷嘴挡板阀或射流管阀。
也就是说,伺服阀的主阀是靠前置级阀的输出压力来控制的,而前置级阀的压力则来自于伺服阀的入口p,假如p口的压力不足,前置级阀就不能输出足够的压力来推动主阀芯动作。
而我们知道,当负载为零的时候,如果四通滑阀*打开,p口压力=t口压力+阀口压力损失(忽略油路上的其它压力损失),如果阀口压力损失很小,t口压力又为零,那么p口的压力就不足以供给前置级阀来推动主阀芯,整个伺服阀就失效了。所以伺服阀的阀口做得偏小,即使在阀口全开的情况下,也要有一定的压力损失,来维持前置级阀的正常工作。
伺服阀其实缺点极多:能耗浪费大、容易出故障、抗污染能力差、价格昂贵等等等等,好处只有一个:动态性能是所有液压阀中zui高的。就凭着这一个优点,在很多对动态特性要求高的场合不得不使用伺服阀,如飞机火箭的舵机控制、汽轮机调速等等。动态要求低一点的,基本上都是比例阀的天下了。
一般说来,好像伺服系统都是闭环控制,比例阀多用于开环控制;其次比例阀类型要多,有比例压力、流量控制阀等,控制比伺服要灵活一些。从他们内部结构看,伺服阀多是零遮盖,比例阀则有一定的死区,控制精度要低,响应要慢。但从发展趋势看,特别在比例方向流量控制阀和伺服阀方面,两者性能差别逐渐在缩小,另外比例阀的成本比伺服阀要低许多,抗污染能力也强!
力士乐伺服阀与比例阀之间的差别并没有严格的规定,因为比例阀的性能越来越好,逐渐向伺服阀靠近,所以近些年出现了比例伺服阀。
比例阀和伺服阀的区别主要体现在以下几点:
1.驱动装置不同。比例阀的驱动装置是比例电磁铁;伺服阀的驱动装置是力马达或力矩马达;
2.性能参数不同。滞环、中位死区、频宽、过滤精度等特性不同,因此应用场合不同,伺服阀和伺服比例阀主要应用在闭环控制系统,其它结构的比例阀主要应用在开环控系统及闭环速度控制系统;
2.1 伺服阀中位没有死区,比例阀有中位死区;
2.2 伺服阀的频响(响应频率)更高,可以高达200Hz左右,比例阀一般zui高几十Hz;
2.3 伺服阀对液压油液的要求更高,需要经过滤才行,否则容易堵塞,比例阀要求低一些;
3.阀芯结构及加工精度不同。比例阀采用阀芯+阀体结构,阀体兼作阀套。伺服阀和伺服比例阀采用阀芯+阀套的结构。
4.中位机能种类不同。比例换向阀具有与普通换向阀相似的中位机能,而伺服阀中位机能只有O型(Rexroth产品的E型)。
5.阀的额定压降不同。
而比例伺服阀性能介于伺服阀和比例阀之间。
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