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射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电液伺服阀比较

作者:匿名    访问量:1429    发布时间:2016-5-9
 摘 要:射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电液伺服阀是现在世界上运用最遍及的典型两级流量操控伺服阀。该文对两种阀的构造、作业原理及特色作了对比与介绍。并侧重剖析了射流管式伺服阀在可靠性及作业功能方面的一些优势。
关键字:射流管、喷嘴挡板、伺服阀、力矩马达、先导级、滑阀

1 序文
射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电液伺服阀是现在世界上运用最遍及的典型两级流量操控伺服阀。因为射流管式电液伺服阀在国外属高端商品,首要运用于航空、航天、军事等职业,对国内引入实施约束,现在国内除少数电厂随设备引入较大流量的射流管阀外,通常很少见到该型阀。国内成规划出产该型阀的单位也只需中国船舶重工集团公司第七O 四研究所。而喷嘴挡板式电液伺服阀国内外运用得对比遍及,国内出产该型阀的单位也对比多。这篇文章将对两种阀的构造与特色作一简略介绍。

2 作业原理
2.1 喷嘴挡板式伺服阀的原理
 为喷嘴挡板式伺服阀的原理图。它首要由力矩马达、喷嘴挡板式液压扩大器、滑阀式功率级及反应杆组件构成。
 双喷嘴挡板式力反应电液流量伺服阀
其作业进程为:输入到力矩马达线圈的电气操控信号在衔铁两头发作磁力,使衔铁挡板组件偏转。挡板的偏移将一侧喷嘴挡板可变节省口减小,液流阻力增大,喷嘴的背压添加;而另一侧的可变节省口增大,液流阻力减小,液流的背压下降。这么可得到与挡板方位改变相对应的喷嘴背压,此背压加到与与喷嘴腔相通的阀芯端部,推进阀芯移动。而阀芯又推进反应杆端部的小球,发作反应力矩效果在衔铁挡板组件上。当反应力矩逐步等于电磁力矩时,衔铁挡板组件被逐步移回到对中的方位。所以,阀芯停留在某一方位。在该方位上,反应杆的力矩等于输入操控电流发作的的力矩,因而,阀芯方位与输入操控电流巨细成正比。当供油压力及负载压力为一守时,输出到负载的流量与阀芯方位成正比。

2.2 射流管式伺服阀的原理

 为射流管式伺服阀的原理图。力矩马达选用永磁构造,绷簧管支承着衔铁射流管组件,并使马达与液压有些阻隔,所以力矩马达是干式的。前置级为射流扩大器,它由射流管与接受器构成。当马达线圈输入操控电流,在衔铁上生成的操控磁通与永磁磁通相互效果,所以衔铁上发作一个力矩,促使衔铁、绷簧管、喷嘴组件偏转一个正比于力矩的小视点。经过喷嘴的高速射流的偏转,使得接受器一腔压力添加,另一腔压力下降,衔接这两腔的阀芯两头构成压差,阀芯运动直到反应组件发作的力矩与马达力矩相平衡,使喷嘴又回到两接受器的中间方位停止。这么阀芯的位移与操控电流的巨细成正比,阀的输出流量就份额于操控电流了。
 射流管式力反应电液流量伺服阀
3 首要特色

射流管式与喷嘴挡板式最大不同在于喷嘴挡板式以改变流体回路上所经过的阻抗来进行力的操控。相反,射流管式是靠射流喷嘴喷发作业液,将压力能变成动能,操控两个接受孔取得能量的份额来进行力的操控。这种方法的阀与喷嘴挡板式对比因射流喷嘴大,由污粒等作业液中杂物导致的损害小,抗污染才能强。且射流管式液压扩大器的压力功率及容积功率高,通常为70%以上,有时也可到达90%以上的高功率。输出操控力(滑阀驱动力)大,进一步进步了抗污染才能。相同其灵敏度、分辨率及低压作业功能大大优于喷嘴挡板阀。别的,因为射流管式因为在喷嘴的下游进行力操控,当喷嘴被杂物完全堵死时,因两个接受孔均无能量输入,滑阀阀芯的两头面也没有油压的效果,反应绷簧的弯曲变形力会使阀芯回到零位上,伺服阀可防止过大的流量输出,具有“失效对中”才能,并不会发作所谓的“满舵”景象。但射流管式液压扩大器及全部阀的功能不易理论核算和预计,力矩马达的构造及技术杂乱,加工难度大。

喷嘴挡板式的阀与射流管阀对比增益特性对比平整、整阀功能可核算及猜测、并能做得比射流管式小。但按其特性,喷嘴与挡板的空隙不能超过喷嘴直径的1/4,这就决议了该阀的最小尺度较小,易被污物卡住,运用时有必要坚持油液的清洁度。通常状况下运用喷嘴挡板阀的油液清洁度请求到达NAS6 级,并要在阀的进油口前设置过滤精度小于10􀂵m 的滤器。而在运用射流管阀的场合下,用NAS8 级现已足够,且滤器用25􀂵m 也够了。并且,因为喷嘴挡板式伺服阀是运用两个喷嘴的背压作为操控力,在作业时如有一侧发作杂物阻塞喷嘴挡板的状况,会形成一侧压力上升,使阀芯向一边移动,阀芯的偏移会构成单方向的流量输出,使执行机构(如舵机)向一边偏移直到最大方位,即所谓的 “满舵”景象。别的,喷嘴挡板阀的压力功率和容积功率约为50%,比射流管低,其操控力较小,因而,其灵敏度、分辨率及低压作业功能不及射流管阀。

4 构造与可靠性

4.1 先导级最小尺度

伺服阀抗作业液污染的才能通常由其最小尺度所决议,格外关于先导级型的伺服阀,其先导有些油路中的最小尺度通常变成决议性的因素。因为从外部来的输入电控信号是在先导有些进行变换的,输出有些滑阀的动作是由先导级的动作`决议的。射流管阀中的最小尺度在先导级射流管式液压扩大器中的喷嘴处(见图3)。喷嘴挡板式伺服阀的最小尺度在先导级喷嘴与挡板的空隙( 见图4 ),约为0.03mm~0.05mm,污染颗粒通常很简单在此阻塞、卡死。
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而射流管阀的最小尺度在喷嘴处为0.2mm~0.4mm,是喷嘴挡板阀的最小尺度的5~10倍,0.2mm 的颗粒很简单经过,所以说射流管式比喷嘴挡板式抗污染才能进步了一个数量级。

4.2 先导级的磨蚀

伺服阀的先导级在作业时会发作磨蚀,但射流管式与喷嘴挡板式对比,其磨蚀的发作与功能改变的程度低于喷嘴挡板阀。这是因为在射流管场合下,喷嘴端面与接受孔间的间隔为喷嘴直径的1.5~2.5 倍,从特性上讲,此间隔到达喷嘴直径的3.5 倍也完全能够运用。与此相反,在喷嘴挡板场合下,喷嘴挡板间的空隙在特性上的上限为直径的1/4,要想增大最小尺度,只能做到1/4 的极限值上,因而简单发作磨蚀及特性改变。并且在双喷嘴挡板式的场合下,两个喷嘴及挡板摆布侧所发作的磨蚀不一定对称,简单发作零位偏移。而射流管式的喷发流是由单喷嘴喷发的,且被接受孔分红两股,磨蚀的发作通常是对称的,发作的磨蚀量也比喷嘴挡板式少。再加上其接受器的尖边即便经高压油长时刻冲刷洼陷下去,但仍其着分水岭的效果,只需其与喷嘴的间隔不大于喷嘴直径的3.5 倍,对伺服阀功能的影响十分小,故其安稳性、可靠性高于双喷嘴挡板阀。

4.3 力矩马达的构造

射流管式伺服阀的力矩马达零件全部选用压配及焊接结组成一体,并经严厉的时效处理消除内应力,构造牢固安稳,零位漂移小,更能接受强冲击及振荡。而双喷嘴挡板阀的力矩马达只靠4 个M3 的小螺钉固定,在螺钉应力分散和遭到强冲击、振荡、颠振后,零位漂移大。别的,射流管式力矩马达的衔铁处有一对支持簧片,衔铁偏转时只需转角,没有挠度,大大改进了绷簧管的受力,抗疲劳功能大大增强,确保了伺服阀的长寿数运用。

4.4 滑阀级尺度

因为射流管式先导级比喷嘴挡板式的操控力大,所以射流管式伺服阀阀芯的直径和行程,比喷嘴挡板式的大而长。表1为同等级先导级时,其输出有些阀芯的直径、行程及驱动力对比。
阀芯尺度对比表
射流管式 喷嘴挡板式
阀芯直径 mm 6.99 3.96
阀芯行程 mm 0.64 0.13
驱动力 kg(在端面压力40kg/cm2时)15.35 4.92

从上表能够看出射流管阀的阀芯直径显着大于喷嘴挡板阀,而阀芯直径越大,其驱动力也越大,即便有一点杂物和污粒,滑阀级也能顺畅作业,从而进步了可靠性。此外,阀芯行程的加长也能进步伺服阀的寿数。因为伺服阀作业时其高速活动的油液会磨蚀滑阀级作业窗口的棱边,从而导致流量特性的改变。在加长行程后,磨蚀量相关于行程量所占的份额减小,所以作业窗口流转面积的改变减小。这么,流量特性的改变与伺服阀运用时刻的比值减小了,能比阀芯行程短的伺服阀保持更长时刻的安稳性。

5 作业功能
5.1 分辨率

喷嘴挡板阀的先导级在作业时存在压力负反应(即挡板靠向一测喷嘴,因为喷嘴的压力添加,会增大对挡板的推力,阻止其接近),影响其灵敏度及分辨率目标。射流管阀的先导级不存在压力负反应,并且其射流管扩大器的流量效益最高可达90%,压力效益亦可到达80%以上。所以射流管扩大器推进阀芯的力比双喷嘴扩大器高很多,射流管伺服阀的分辨率通常可到达小于0.1%的程度。

5.2 低压作业功能

依据前文所述,射流管阀的阀芯驱动力显着大于双喷嘴阀,故其低压作业功能亦优于双喷嘴挡板阀。经过实验可得:射流管伺服阀在供油压力为1MPa 条件下,其流量曲线的重复性也十分好;在供油压力为0.5MPa 的状况下,也能正常作业;在额外供油压力时,只输入±3%的额外电流其阀芯位移特性曲线的线性度和重复性都十分好。而所有这些都是双喷嘴挡板阀在相同条件下无法到达的。

别的,双喷嘴阀在很多场合需加颤振信号来进步分辨率,而射流管阀在绝大多数运用场合均不需求加颤振信号。

5.3 动态呼应

通常认为射流管阀的动态呼应对比低,本来有所误解。依据
MOOG 公司的观念:射流管式先导级具有很高的无阻尼自然频率,通常可达500Hz~700Hz 以上,只需有足够的先导扩大级流量增益,射流管阀也可到达较高的动态呼应。之所以通常射流管阀商品的增益较低,是因为在国外射流管阀通常运用于航空、航天等高端场合,其对内走漏请求较高,喷嘴直径较小,形成频率特性比双喷嘴阀稍低一些。而在通常运用场合,只需适当添加喷嘴直径,就能大大进步射流管阀的动态呼应。在国内额外流量在30L/min 摆布的射流管伺服阀其频率呼应亦能到达160Hz 以上。

6 结论

综上剖析,射流管伺服阀在抗污染才能等可靠性特性方面高于喷嘴挡板阀,并且在灵敏度、分辨率、滞环、低压作业特性等功能目标亦优于喷嘴挡板阀,但喷嘴挡板阀亦有其长处,在国内实践运用也很多,并不能极点地说喷嘴挡板阀比射流管阀差很多。别的,射流管式伺服阀在国外属对中国约束的商品,国内对其的运用还适当少,了解还不多。现在只能经过国外的某些资料来了解射流管伺服阀实践运用中的可靠性状况。1965 年~1971 年月7年间美国民航公司曾对其运用的9000 个射流管伺服阀进行追踪调查,其平均故障率为115000 小时。

作为国内最大的射流管阀出产单位,七O四所尽管也有所出产的伺服阀在工业场合连续运用十余年的记载,但因为条件约束,还无法对其商品的运用状况作全面精确地计算。但整体来讲,射流管伺服阀的作业安稳性和耐久性是适当高的。信任随着射流管伺服阀的运用越来越广泛,其长处会被充沛了解。
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