伺服阀、电液伺服阀的选型

对于伺服阀的选取,有许多因素可考虑,但有两点是设计者必须认真对待的。

1 　阀的类型

在满足系统最重要指标(如阀的频宽、流量特性等) 的前提下,尽量考虑选用对油的污染敏感度低的伺服阀(而不是比例阀) 。实践证明,80 %以上伺服阀的故障与70 %以上的伺服系统的故障来自于油的污染,而油的污染最容易堵塞的是伺服阀的流道(如喷嘴挡板阀的喷嘴与挡板间的间隙,通常其间隙量小于0. 1mm) 。

就阀本身而言,一般情况下,其对油的污染的不敏感性为:大流量阀优于小流量阀(结构形式和放大级数相同前提下) ,动圈式力马达(推力或力矩大) 优于动铁式力矩马达,滑阀式(取消固定节流孔后流道变大) 和射流管式(喷嘴及其与接受孔间的距离大) 优于喷嘴挡板式,比例阀(其滑阀行程xv 大) 优于伺服阀,比例压力阀或比例拆装阀优于比例方向阀。如喷嘴挡板式伺服阀,对油的精度要求为优于NAS1638 标准的6 级( ISO4406 标准的14/ 11 级) ,而动圈式力马达式伺服阀或比例方向阀,对油的精度要求为NAS1638 标准的7 级( ISO4406 标准的15/ 12 级) 即可。而比例压力阀或比例拆装阀对油的精度要求还可再低一个等级,如NAS1638 标准的8 级( ISO 标准的16/ 13 级) ,已接近普通拖动系统对油的使用要求。

有一种考虑是设计中尽量选用比例阀,其依据是既可使系统对油的精度要求降低,又可降低成本。笔者认为这种想法是不足取的。因为比例阀不仅频响低(一般低于10 赫芝,新设计概念的“比例阀”另当别论,因其已超出了传统比较阀的范畴,且价格不菲) ,更要紧的是,由于结构原理和加工精度等原因,它的非线形区(死区) 范围大。所以选用比例阀作闭环控制的直接后果是:

(1) 使整个系统的频响大大降低。由控制理论分析知,即使执行机构(即缸) 的频响再高,整个系统的频宽也不会大于10 赫芝。

(2) 有可能使控制系统不稳定(由控制理论非线形分析可知) ,造成伺服液压缸无法正常工作。所以,在选用比例阀时应慎重。一般认为,在满足频响(由分析知,当阀的频响大于3 倍缸的频响时,系统动特性就由缸的频响决定) 的前提下,对于中小流量(小于100 升/ 分) 情况,建议选用单级动圈式马达驱动滑阀式伺服阀(如Moog633 、634 等,其频响很易做到80 - 100 赫芝) 。对于大流量(100 升/ 分以上) ,建议选用动圈式力马达为先导级的滑阀式多级伺服阀(如上海液压件一厂的DY系列、北京机械工业自动化所的SV 系列等,其频响可达50 - 80 赫芝) 。

这种仅供参考的选取,可以兼顾伺服缸对动态性能的要求和对油的污染度的要求。

2 　阀的流量

一般选取的顺序是,先由执行机构最大负载pL下应达到的速度确定负载流量QL ,再由QL 确定系统的空载流量QS ,即

QS = QL

pS

pS - pL

式中: pS -系统供油压力;

pL -负载压力

定出QS 后,再由样本选取规定阀压降ΔpN (一般为7MPa) 下的空载流量QR ,即:

QR = QS

ΔpN

pS

这样,阀的流量就可以初步确定下来了。

但是,考虑到输入信号的多变性(常会大于预计输入信号的最大值,此时会引起流量饱和,劣化系统的品质指标) ,为使控制系统具有较强的适应性,建议实际选用的伺服阀的空载流量QR应大于或等于2 倍的计算空载流量QR 。阀的规格过大的不足是响应慢(因惯量大) ,且阀的大行程得不到经常有效的工作和磨合,系统的灵敏度也差。

改善这种状况有效的做法是,选用两个较小规格的伺服阀,其流量之和等于所需的一个大规格阀的流量,将其并联使用,这可在几乎不增加成本的前提下明显改善伺服缸的动特性。