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阿托(tuo)斯(si)液(ye)控伺(si)服(fu)閥主(zhu)要是指電液(ye)伺(si)服(fu)閥,它(ta)在(zai)接受(shou)電(dian)氣模(mo)擬(ni)信(xin)號後,相應(ying)輸(shu)出調(tiao)制(zhi)的流量和壓(ya)力(li)。它(ta)既(ji)是電液(ye)轉(zhuan)換(huan)元(yuan)件(jian),也是功(gong)率放大(da)元(yuan)件(jian),它(ta)能(neng)夠將小功(gong)率的微(wei)弱(ruo)電(dian)氣輸(shu)入(ru)信號轉換為(wei)大(da)功(gong)率的液(ye)壓(ya)能(neng)(流量和壓(ya)力(li))輸出。在(zai)電(dian)液(ye)伺(si)服(fu)系統中,它(ta)將電(dian)氣部(bu)分(fen)與液(ye)壓(ya)部(bu)分(fen)連(lian)接起(qi)來,實(shi)現(xian)電液(ye)信(xin)號的轉(zhuan)換(huan)與液(ye)壓(ya)放(fang)大(da)。電(dian)液(ye)伺(si)服(fu)閥是電液(ye)伺(si)服(fu)系統控制(zhi)的核心(xin)。
阿托(tuo)斯(si)伺(si)服(fu)閥原(yuan)理:
典型的伺(si)服(fu)閥由永磁力(li)矩(ju)馬(ma)達(da)、噴嘴、檔(dang)板(ban)、閥芯、閥套和控制(zhi)腔(qiang)組成(見(jian)圖(tu))。當(dang)輸入(ru)線圈(quan)通入電(dian)流時,檔(dang)板(ban)向右(you)移動,使(shi)右邊(bian)噴嘴的節(jie)流作用(yong)加強(qiang),流量減(jian)少(shao),右側(ce)背(bei)壓(ya)上升;同(tong)時使(shi)左邊(bian)噴嘴節(jie)流作用(yong)減(jian)小,流量增加(jia),左側背(bei)壓下降(jiang)。閥芯兩端(duan)的作(zuo)用(yong)力失去平衡(heng), 閥芯遂向左移動。高壓(ya)油從(cong)S流向C2,送(song)到(dao)負(fu)載。負(fu)載回油通過(guo) C1流過(guo)回(hui)油(you)口(kou),進(jin)入油(you)箱(xiang)。閥芯的位(wei)移量與力(li)矩(ju)馬(ma)達(da)的輸(shu)入(ru)電流成正比(bi),作(zuo)用(yong)在(zai)閥芯上(shang)的液(ye)壓(ya)力(li)與彈(dan)簧力(li)相平衡(heng),因(yin)此在(zai)平衡(heng)狀(zhuang)態下力(li)矩(ju)馬(ma)達(da)的差(cha)動(dong)電流與閥芯的位(wei)移成正比(bi)。如果(guo)輸入的電(dian)流反向,則(ze)流量也反(fan)向。表中是伺(si)服(fu)閥的分(fen)類。
伺(si)服(fu)閥主(zhu)要用在(zai)電氣液(ye)壓(ya)伺(si)服(fu)系統中作(zuo)為執(zhi)行(xing)元(yuan)件(jian)(見液(ye)壓(ya)伺(si)服(fu)系統)。在伺(si)服(fu)系統中,液(ye)壓(ya)執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)同(tong)電氣及(ji)氣動(dong)執(zhi)行機(ji)構(gou)相比(bi),具有快速性好、單位(wei)重(zhong)量輸出(chu)功(gong)率大、傳(chuan)動(dong)平穩(wen)、抗幹(gan)擾能(neng)力(li)強(qiang)等特點。另(ling)壹方(fang)面,在(zai)伺(si)服(fu)系統中傳(chuan)遞信號和校正特性時多(duo)用(yong)電(dian)氣元(yuan)件(jian)。因(yin)此,現(xian)代高性(xing)能(neng)的伺(si)服(fu)系統也都(dou)采用電(dian)液(ye)方(fang)式(shi),伺(si)服(fu)閥就是這(zhe)種系統的必(bi)需元(yuan)件(jian)。
伺(si)服(fu)閥結構(gou)比較復(fu)雜(za),造(zao)價(jia)高,對(dui)油的質(zhi)量和清(qing)潔(jie)度(du)要求高。新型的伺(si)服(fu)閥正試(shi)圖克(ke)服(fu)這(zhe)些缺點,例如利(li)用電致伸縮(suo)元(yuan)件(jian)的伺(si)服(fu)閥,使(shi)結構(gou)大為(wei)簡化(hua)。另(ling)壹個(ge)方(fang)向是研制(zhi)特殊(shu)的工(gong)作油(you)(如電(dian)氣粘(zhan)性(xing)油)。這(zhe)種工(gong)作油(you)能(neng)在(zai)電磁的作(zuo)用(yong)下改(gai)變(bian)粘(zhan)性(xing)系數(shu)。利(li)用這(zhe)壹性(xing)質就可(ke)通過(guo)電(dian)信(xin)號直接控制(zhi)油(you)流。
阿托(tuo)斯(si)伺(si)服(fu)閥新型結(jie)構(gou)的設(she)計:
在(zai)20世紀90年代,國(guo)外(wai)研制(zhi)直動型(xing)電液(ye)伺(si)服(fu)閥獲(huo)得了(le)較大的成(cheng)就。國(guo)內(nei)有些單位(wei)如中國(guo)運載火箭(jian)技術研究(jiu)院第(di)十(shi)八研(yan)究(jiu)所、北京機(ji)床(chuang)研究(jiu)所、浙(zhe)江(jiang)工(gong)業大(da)學(xue)等單位(wei)也研制(zhi)出(chu)了(le)相關產品的樣(yang)機(ji)。特別是北京航空航天大學(xue)研制(zhi)出(chu)轉(zhuan)閥式(shi)直動型(xing)電液(ye)伺(si)服(fu)閥。該伺(si)服(fu)閥通過(guo)將普通伺(si)服(fu)閥的滑(hua)閥滑動結構(gou)轉變(bian)為(wei)滑(hua)閥的轉(zhuan)動(dong),並在(zai)閥芯與閥套上相(xiang)應開了(le)幾個與軸(zhou)向有壹定(ding)傾角(jiao)的斜(xie)槽。閥芯閥套相互(hu)轉動時,斜(xie)槽相互開通或相互封閉(bi),從(cong)而(er)控制(zhi)輸(shu)出(chu)壓(ya)力(li)或流量。由於(yu)在工(gong)作時閥芯閥套是相互(hu)轉動(dong)的,降(jiang)低(di)了(le)閥工(gong)作時的摩(mo)擦阻力(li),同(tong)時汙(wu)染(ran)物(wu)不容易(yi)在(zai)轉動(dong)的滑(hua)閥內堆積(ji),提(ti)高了(le)抗汙(wu)染(ran)性(xing)能(neng)。此外(wai),Park公司開發(fa)了(le)“音圈(quan)驅動(Voice Coil Drive)”技術(VCD),以(yi)及(ji)以(yi)此技術為基礎(chu)開發(fa)的DFplus控制(zhi)閥。所謂(wei)音(yin)圈(quan)驅動技術,顧名思(si)義,即(ji)是類似(si)於(yu)揚(yang)聲(sheng)器(qi)的壹(yi)種驅動裝置,其基本(ben)結構(gou)就是套在固(gu)定(ding)的圓(yuan)柱形磁(ci)鐵上(shang)的移動線(xian)圈(quan),當(dang)信號電流輸入(ru)線圈(quan)時,在(zai)電(dian)磁(ci)效應的作(zuo)用(yong)下,線(xian)圈(quan)中產(chan)生與信(xin)號電流相對(dui)應的軸(zhou)向作(zuo)用(yong)力,並驅動與線(xian)圈(quan)直接相(xiang)連(lian)的閥芯運動,驅動力(li)很(hen)大。線圈(quan)上內置了(le)位(wei)移反饋(kui)傳感(gan)器,因(yin)此,采用VCD驅動的DFplus閥本(ben)質上是以(yi)閉(bi)環方(fang)式(shi)進(jin)行控制(zhi)的,線(xian)性(xing)度(du)相(xiang)當(dang)好。此外(wai),由於(yu) VCD驅動器(qi)的運動零件(jian)只是移動線(xian)圈(quan),慣量極小,相對(dui)運動的零(ling)件(jian)之(zhi)間也(ye)沒有任何支承(cheng),DFplus閥的全部(bu)支承(cheng)就是閥芯和(he)閥體間的配(pei)合面,大(da)大減(jian)小了(le)摩擦這(zhe)壹非(fei)線性因(yin)素(su)對(dui)控制(zhi)品(pin)質(zhi)的影響。綜合上(shang)述(shu)的技術特點,配合內(nei)置的數(shu)字(zi)控制(zhi)模(mo)塊(kuai),使(shi)DFplus閥的控制(zhi)性(xing)能(neng)佳(jia),尤(you)其在(zai)頻率響應方(fang)面更是*,可(ke)達(da) 400Hz。從(cong)發(fa)展(zhan)趨勢(shi)來看,新型直動型(xing)電液(ye)伺(si)服(fu)閥在某些行業有替(ti)代傳(chuan)統(tong)伺(si)服(fu)閥特別是噴嘴擋(dang)板(ban)式(shi)伺(si)服(fu)閥的趨向,但(dan)它(ta)的大(da)問題(ti)在(zai)於(yu)體積(ji)大(da)、重(zhong)量重(zhong),只適(shi)用於(yu)對場地要求較低的工(gong)業伺(si)服(fu)控制(zhi)場合。如能(neng)減(jian)輕其(qi)重(zhong)量、減(jian)小其體(ti)積(ji),在(zai)航空、航天等軍(jun)工(gong)行業(ye)亦具有極大(da)的發(fa)展(zhan)潛(qian)力。
阿托(tuo)斯(si)伺(si)服(fu)閥研究(jiu)現(xian)狀:
當(dang)前(qian)電(dian)液(ye)伺(si)服(fu)閥的研(yan)究(jiu)主(zhu)要集(ji)中在(zai)結構(gou)及(ji)加工(gong)工(gong)藝的改(gai)進(jin)、材(cai)料(liao)的更替(ti)及(ji)測試(shi)方(fang)法(fa)的改(gai)變(bian)。
1)在(zai)結(jie)構(gou)改(gai)進(jin)上,主(zhu)要是利用(yong)冗余(yu)技術對伺(si)服(fu)閥的結(jie)構(gou)進(jin)行改(gai)造(zao)。由(you)於(yu)伺(si)服(fu)閥是伺(si)服(fu)系統的核心(xin)元(yuan)件(jian),伺(si)服(fu)閥性能(neng)的優(you)劣直接代表著伺(si)服(fu)系統的水(shui)平。另(ling)外(wai),從(cong)可(ke)靠性(xing)角(jiao)度(du)分(fen)析(xi),伺(si)服(fu)閥的可(ke)靠性(xing)是伺(si)服(fu)系統中重(zhong)要的壹(yi)環。由於(yu)伺(si)服(fu)閥被汙(wu)染(ran)是導(dao)致伺(si)服(fu)閥失效的主(zhu)要原(yuan)因(yin)。對(dui)此,國(guo)外(wai)的許(xu)多(duo)廠(chang)家(jia)對(dui)伺(si)服(fu)閥結構(gou)作了(le)改(gai)進(jin),先後(hou)發(fa)展(zhan)出(chu)了(le)抗汙(wu)染(ran)性(xing)較好的射流管式(shi)、偏導(dao)射流式(shi)伺(si)服(fu)閥。而(er)且(qie),俄(e)羅斯(si)還(hai)在其研制(zhi)的射流管式(shi)伺(si)服(fu)閥閥芯兩端(duan)設(she)計了(le)雙(shuang)冗余(yu)位(wei)置傳感(gan)器,用(yong)來檢(jian)測(ce)閥芯位(wei)置。壹旦(dan)出(chu)現(xian)故(gu)障信(xin)號可(ke)立即(ji)切換備用伺(si)服(fu)閥,大大提(ti)高了(le)系統的可(ke)靠性(xing),此種兩余(yu)度(du)技術已(yi)廣泛(fan)的應(ying)用(yong)於(yu)航空行業。而(er)且(qie),美國(guo)的Moog公司和俄(e)羅斯(si)的沃(wo)斯(si)霍(huo)得工(gong)廠(chang)均已(yi)研制(zhi)出(chu)四(si)余(yu)度(du)的伺(si)服(fu)機(ji)構(gou)用於(yu)航天行業(ye)。我(wo)國(guo)的航天系統有關單位(wei)早在90年(nian)代就已(yi)進(jin)行三(san)余(yu)度(du)等多余(yu)度(du)伺(si)服(fu)機(ji)構(gou)的研(yan)制(zhi),將伺(si)服(fu)閥的力(li)矩(ju)馬(ma)達(da)、反(fan)饋(kui)元(yuan)件(jian)、滑閥副做成(cheng)多套,發(fa)生(sheng)故(gu)障可(ke)隨時切換,保(bao)證系統的正常工(gong)作。此外(wai)多線(xian)圈(quan)結構(gou)、或在結構(gou)上帶(dai)零(ling)位(wei)保護裝置、外(wai)接式(shi)濾器(qi)等型式(shi)的伺(si)服(fu)閥亦已(yi)在冶(ye)金、電(dian)力、塑料等行業(ye)得到了(le)廣泛的應(ying)用(yong)。
2)在加(jia)工(gong)工(gong)藝的改(gai)進(jin)方(fang)面,采用新型的加(jia)工(gong)設(she)備和工(gong)藝來提(ti)高伺(si)服(fu)閥的加(jia)工(gong)精(jing)度(du)及(ji)能(neng)力(li)。如在(zai)閥芯閥套配磨(mo)方(fang)法(fa)上(shang),上(shang)海交通大學(xue)、哈(ha)爾(er)濱(bin)工(gong)業大(da)學(xue)均研(yan)制(zhi)出(chu)了(le)智能(neng)化(hua)、全自動(dong)的配(pei)磨(mo)系統。特別是哈(ha)爾(er)濱(bin)工(gong)業大(da)學(xue)的配(pei)磨(mo)系統改(gai)變(bian)了(le)傳統的氣動(dong)配(pei)磨的模(mo)式(shi),采用液(ye)壓(ya)油(you)作(zuo)為(wei)測量介質(zhi),更直接地反(fan)應了(le)所測(ce)滑(hua)閥副的實(shi)際(ji)情況(kuang),提(ti)高了(le)測量結果(guo)的準(zhun)確(que)性與精(jing)度(du)。在(zai)力(li)矩(ju)馬(ma)達(da)的焊(han)接方(fang)面中船(chuan)重(zhong)工(gong)第704研(yan)究(jiu)所與德國(guo)廠(chang)家(jia)合作(zuo),采用了(le)*的焊(han)接工(gong)藝取(qu)得了(le)良(liang)好的效(xiao)果(guo)。另(ling)外(wai),哈(ha)爾(er)濱(bin)工(gong)業大(da)學(xue)還研(yan)制(zhi)出(chu)智(zhi)能(neng)化(hua)的伺(si)服(fu)閥力矩(ju)馬(ma)達(da)彈(dan)性元(yuan)件(jian)測量裝置。解決了(le)原(yuan)有手(shou)動測(ce)量法中存(cun)在的測(ce)量精(jing)度(du)低(di)、操作復(fu)雜(za)、效(xiao)率(lv)低(di)等問題(ti)。對(dui)彈(dan)性元(yuan)件(jian)能(neng)高效(xiao)完(wan)成(cheng)剛(gang)度(du)測(ce)量、得到完(wan)整的測(ce)量曲線,且(qie)不重(zhong)復(fu)性測(ce)量誤差不大(da)於(yu)1%。
3)在材(cai)料(liao)的更替(ti)上(shang)方(fang)面。除了(le)對某些零件(jian)采用了(le)強(qiang)度(du)、彈(dan)性、硬(ying)度(du)等機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)更*的材(cai)料(liao)外(wai)。還對(dui)特別用途(tu)的伺(si)服(fu)閥采用了(le)特殊(shu)的材(cai)料(liao)。如德國(guo)有關公司用紅寶石(shi)材(cai)料(liao)制(zhi)作(zuo)噴嘴檔(dang)板(ban),防止(zhi)因(yin)氣饋(kui)造(zao)成檔(dang)板(ban)和噴嘴的損(sun)傷(shang),而(er)降低動靜態性(xing)能(neng),使(shi)工(gong)作壽命(ming)縮(suo)短(duan)。機(ji)械(xie)反(fan)饋(kui)桿頭部(bu)的小球(qiu)也(ye)用紅寶石(shi)制(zhi)作(zuo),防(fang)止(zhi)小球(qiu)和(he)閥芯小槽之(zhi)間的磨(mo)損(sun),使(shi)閥失控,並產生(sheng)尖(jian)叫。航空六O九所、中船(chuan)重(zhong)工(gong)第七(qi)O四(si)研(yan)究(jiu)所等單位(wei)均采用新材(cai)料(liao)研制(zhi)了(le)能(neng)以(yi)航空煤(mei)油(you)、柴(chai)油(you)為介質的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)伺(si)服(fu)閥。此外(wai)對密封圈(quan)的材(cai)料(liao)也進(jin)行了(le)更替(ti),使(shi)伺(si)服(fu)閥耐(nai)高壓(ya)、耐(nai)腐(fu)蝕(shi)的性(xing)能(neng)得到提(ti)高。
4)在(zai)測試(shi)方(fang)法(fa)改(gai)進(jin)方(fang)面,隨(sui)著計算機(ji)技術的高速發(fa)展(zhan)生(sheng)產(chan)單位(wei)均采用計算機(ji)技術對伺(si)服(fu)閥的靜、動(dong)態性(xing)能(neng)進(jin)行測(ce)試(shi)與計算。某些單位(wei)還對如何(he)提(ti)高測(ce)量精(jing)度(du),降(jiang)低(di)測(ce)量儀器(qi)本(ben)身的振(zhen)動、熱噪聲(sheng)和(he)外(wai)界的高頻(pin)幹(gan)擾對(dui)測(ce)量結果(guo)的影響,作了(le)深入的研(yan)究(jiu)。如采用測(ce)頻/測(ce)周法(fa)、尋(xun)優(you)信號測試(shi)法、小波消噪法、正弦(xian)輸(shu)入(ru)法(fa)及(ji)數(shu)字(zi)濾波等新技術對伺(si)服(fu)閥測試(shi)設(she)備及(ji)方(fang)法(fa)進(jin)行了(le)研制(zhi)和(he)改(gai)進(jin)。
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