电液伺服系统的结构原理

电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优点，在液压控制系统中得到广泛的应用。

1.力反馈两级电液伺服阀

如图5－7所示是目前广泛应用的一种伺服阀的结构原理。其第一级为双喷嘴挡板式液压放大器，由永磁式力矩马达控制；第二级为四通滑阀式液压放大器。滑阀阀芯11的位移通过反馈弹簧杆9与衔铁挡板组件相连，构成滑阀位移－力反馈系统。

图5－7 喷嘴挡板式电液伺服阀

1—喷嘴；2—挡板；3—弹簧管；4—线圈；5—永久磁铁；6—上导磁体；7—衔铁；8—下导磁体；9—反馈弹簧杆；10—阀体；11—滑阀阀芯；12—固定节流孔

当无控制电流时，衔铁7由弹簧管3支承在上、下导磁体6和8的中间位置，挡板2处在两个喷嘴的中间位置，滑阀阀芯11在反馈杆的约束下处于中位，伺服阀无输出。

当有差动控制电流输入时，在衔铁上产生电磁力矩 （这里假设力矩为逆时针方向），使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针方向偏转，弹簧管3和反馈弹簧杆9产生变形，挡板偏离中位。这时，喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起滑阀右腔控制压力增大，左腔控制压力减小，推动滑阀阀芯11左移。同时带动反馈杆端部小球左移，使反馈杆进一步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁挡板组件便处于一个平衡位置。在反馈杆端部左移进一步变形时，挡板的偏移减小，趋于中位。这时右腔控制压力降低，左腔增高，当阀芯两端的液压力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力以及滑阀的液动力相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。在负载压差一定时，阀的输出流量也与控制电流成比例。所以这是一种流量控制伺服阀。

这种伺服阀由于衔铁和挡板均在中位附近工作，所以线性好。对力矩马达的线性要求也不高，可以允许滑阀有较大的工作行程。

2.射流管式二级电液伺服阀

射流管式伺服阀的结构原理如图5－8所示。射流管由力矩马达带动偏转。射流管2焊接于衔铁7上，并由薄壁弹簧片3支撑。液压油通过柔性的供油管进入射流管，从射流管喷嘴射出的液压油进入与滑阀两端控制腔分别相通的两个接收口中，推动阀芯移动。射流管的侧面装有弹簧板及反馈弹簧9，其末端插入阀芯中间的小槽内，阀芯移动时，推动反馈弹簧构成对力矩马达的力反馈。力矩马达借助于薄壁弹簧片3实现对液压部分的密封隔离。

图5－8 射流管式电液伺服阀

1—接收口；2—射流管；3—薄壁弹簧片；4—线圈；5—永久磁铁；6—上导磁体；7—衔铁；8—下导磁体；9—反馈弹簧；10—阀体；11—滑阀阀芯；12—固定节流孔；13—过滤网

射流管式伺服阀的最大优点是抗污染能力强。缺点是动态响应较慢、特性不易预测、细长的射流管及柔性供压管易出现结构谐振。

3.三级伺服阀

如图5－9所示为三级伺服阀的结构原理。它由一个小流量的二级伺服阀控制功率级滑阀。功率级滑阀的位移由位移传感器检测并反馈到伺服放大器，从而构成一个位置伺服系统，以实现功率滑阀的定位。三级伺服阀适用于大流量、高速响应的场合。

4.电液伺服阀的应用

电液伺服阀常用于自动控制系统中的位置控制、速度控制、压力控制和同步控制等。

1）位置控制回路

电液伺服阀能实现执行元件的准确位置控制。如图5－10所示，利用输入指令信号1使电液伺服阀2的电磁力矩马达动作，通过能量的转换和放大，驱动执行元件及负载3到达某一预定位置。再利用位置传感器4产生的反馈信号与输入信号相比较，消除输入和输出信号的误差，使执行元件准确地停止在预定位置上。

图5－9 三级伺服阀

1—功率级滑阀；2—差动放大器；3—伺服放大器

图5－10 位置控制回路

1—指令信号；2—电液伺服阀；3—负载；4—位置传感器

2）压力控制回路

电液伺服阀可以维持液压缸中的压力保持恒定。如图5－11所示为压力控制回路，给电液伺服阀2输入指令信号1，经能量的转换和放大，使液压缸中达到某一预定压力。当压力有变化时，压力传感器3发出的反馈信号与指令信号相比较，然后消除反馈信号与指令信号的误差，使液压缸保持恒定压力。

3）速度控制回路

电液伺服阀可以使执行元件的速度保持一定值。如图5－12所示，给电液伺服阀2输入指令信号1，经能量的转换和放大，使液压马达具有一定的转速。当速度有变化时，速度传感器3发出的反馈信号与指令信号相比较，然后消除反馈信号与指令信号的误差，使液压马达保持一定的转速。

图5－11 压力控制回路

1—指令信号；2—电液伺服阀；3—压力传感器

图5－12 速度控制回路

1—指令信号；2—电液伺服阀；3—速度传感器

4）同步控制回路

电液伺服阀可以使两个液压缸的位移或速度同步，并且具有很高的同步精度。如图5－13所示，当指令信号1输入时，两个液压缸同步运动。当出现同步误差时，速度传感器比较两个液压缸的速度误差，并将信号误差反馈给电气系统与指令信号相比较，使电液伺服阀2适当位移，修正流量，消除同步误差，实现严格的同步运动。

图5－13 同步控制回路

1—指令信号；2—电液伺服阀；3—电磁阀；4—速度传感器