射流管伺服比例閥

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射流管伺服比例閥
金瑤蘭  方群  章敏瑩  渠立鵬  王亞鴻
(中船重工集團(tuán)第七〇四研究所伺服閥產(chǎn)業(yè)部 上海 200070 )

摘要：文中對伺服閥與比例閥的結(jié)構(gòu)、性能、抗污染能力及價(jià)格等多方特點(diǎn)進(jìn)行了比較。并介紹了中船重工集團(tuán)第七O四研究所在三十多年生產(chǎn)射流管伺服閥基礎(chǔ)上研制的射流管伺服比例閥。其采用了前置獨(dú)立式直桿型射流放大器、外接式濾油器及過濾模塊等新技術(shù)，進(jìn)一步提高了整閥的抗污染性能并降低了生產(chǎn)成本。安裝接口按ISO4401的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；該閥的控制性能及精度完全等同于伺服閥，但對油液的要求等同于比例閥，成本只為國外同類伺服比例閥的三分之一到三分之二，可廣泛運(yùn)用于航空航天及各類工業(yè)控制場合。
關(guān)鍵詞：射流管伺服比例閥  比例閥  伺服閥  抗污染
中圖分類號(hào)：TH137


0  前言
    伺服閥是二戰(zhàn)期間出現(xiàn)的，主要是為滿足軍事領(lǐng)域的需要[1]，故價(jià)格比較貴。60年代為了滿足工業(yè)場合可靠、廉價(jià)的需要，在傳統(tǒng)的工業(yè)用液壓閥的基礎(chǔ)上發(fā)展出了比例閥。早期的比例閥只是將比例電磁鐵用于控制閥，性能較差。頻率低，滯環(huán)大，死區(qū)大，只能用于開環(huán)系統(tǒng)。目前，隨著內(nèi)外反饋、電校正、比例電磁鐵和比例放大器技術(shù)的運(yùn)用及成熟，使閥的性能有了進(jìn)一步的提高，出現(xiàn)了伺服比例閥。同時(shí)，伺服閥的技術(shù)也有了發(fā)展，特別是射流管伺服閥在抗污染能力上相當(dāng)于比例閥，在此基礎(chǔ)上研制的射流管伺服比例閥性能和控制精度優(yōu)于一般的伺服比例閥，而抗污染能力等可靠性指標(biāo)相當(dāng)于一般伺服比例閥[2]。伺服閥、比例閥、伺服比例閥性能特點(diǎn)比較詳見表一。


1  射流管伺服比例閥工作原理
    中船重工集團(tuán)第七〇四研究所在CSDY射流管伺服閥的基礎(chǔ)上研制了射流管伺服比例閥，采用前置獨(dú)立式直桿型射流放大器、旁置式過濾器及過濾模塊等新技術(shù)，進(jìn)一步提高了整閥的抗污染性能并降低了生產(chǎn)成本。其工作原理基本和射流管伺服閥相同，為力反饋兩級流量控制閥，結(jié)構(gòu)原理見圖1。
    力矩馬達(dá)采用永磁結(jié)構(gòu)，彈簧管支承著銜鐵射流管組件，并使馬達(dá)與液壓部分隔離，所以力矩馬達(dá)是干式的。前置級為射流放大器，它由射流管與接受器組成。經(jīng)過過濾模塊過濾后的液壓油,一路進(jìn)入閥體，另一路再通過外接式濾器進(jìn)入射流管。當(dāng)當(dāng)馬達(dá)線圈輸入控制電流，在銜鐵上生成的控制磁通與永久磁通相互作用，于是銜鐵上產(chǎn)生一個(gè)力矩，促使銜鐵、彈簧管、噴嘴組件偏轉(zhuǎn)一個(gè)正比于力矩
     
表 1 伺服閥、比例閥、伺服比例閥性能特點(diǎn)比較
    電－機(jī)械
轉(zhuǎn)換器    頻響    零位死區(qū)    加工精度    過濾精度    滯環(huán)（%）    價(jià)格因子    使用場合   
比例閥    比例電磁鐵    低    有    10級    25    4～7    1    開環(huán)   
伺服比例閥    比例電磁鐵力矩馬達(dá)    中
高    無    級    25    1～3    2～5    開環(huán)
閉環(huán)   
普通伺服閥    力馬達(dá)或
力矩馬達(dá)    高    無    級    3～10    1～3    3    開環(huán)
閉環(huán)   
射流管
伺服比例閥    力矩馬達(dá)    高    無    級    10～30    1～3    2    開環(huán)
閉環(huán)   



的小角度。液壓油經(jīng)過噴嘴高速射流的偏轉(zhuǎn)，使得接受器一腔壓力升高，另一腔壓力降低，連接這兩腔的閥芯兩端形成壓差，閥芯運(yùn)動(dòng)直到反饋組件產(chǎn)生的力矩與馬達(dá)力矩相平衡，使噴嘴又回到兩接受器的中間位置為止。這樣閥芯的位移與控制電流的大小成正比，閥的輸出流量就比例于控制電流了[3]。

圖 1 伺服比例閥結(jié)構(gòu)原理圖
2 射流管伺服比例閥關(guān)鍵技術(shù)
    下面分別對射流管伺服比例閥的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和介紹。
2.1前置獨(dú)立式直桿型射流放大器[* 該項(xiàng)技術(shù)中船重工第七〇四研究所已申請專利。]*
    傳統(tǒng)射流管伺服閥將接受器安裝在閥套上，通過閥套上的長孔將接受器的油液引入控制閥芯兩端。然它具有如下缺點(diǎn)：在伺服閥裝配調(diào)試過程中，馬達(dá)、噴嘴、閥芯零位調(diào)整時(shí)相互影響，調(diào)試難度大；加工閥套長孔非常困難，易產(chǎn)生偏差，使接受器孔無法與閥套長孔溝通或溝通面積不夠，影響前置級的恢復(fù)效率；反饋桿為彎桿結(jié)構(gòu)，加工難度大，且受力情況不太理想；維修時(shí)，如閥產(chǎn)生零偏，故障原因判斷較復(fù)雜，維修工作量大。
    前置獨(dú)立式射流管技術(shù)是把射流管閥前置級中的射流管、噴嘴及接受器做成一個(gè)獨(dú)立的整體，見圖2。這項(xiàng)新技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：射流管前置級是獨(dú)立的，在安裝調(diào)試時(shí)可單獨(dú)調(diào)整噴嘴的零位，不會(huì)與閥芯閥套的零位相互干涉；由于前置獨(dú)立式放大器是安裝在閥體上的，其接受孔與閥芯兩端控制腔是通過閥體上的引孔溝通，降低了加工難度，保證前置級的恢復(fù)效率；采用了獨(dú)立的前置級使在結(jié)構(gòu)上采用直桿式反饋桿成為可能，降低了零部件的加工難度；在維修時(shí)，可方便地區(qū)分產(chǎn)生零偏的原因，縮短了維修周期。
   

圖 2 前置獨(dú)立結(jié)構(gòu)示意圖
    采用前置獨(dú)立射流管技術(shù)后，方便了射流管伺服閥的制造、安裝、調(diào)試及維修，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
2.2外接式濾油器
    目前電液伺服閥中普遍采用把馬達(dá)供油濾油器安裝在閥體內(nèi)部，見圖3。此種方式雖具有結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡單的特點(diǎn)，然具有如下缺點(diǎn)：受閥體結(jié)構(gòu)的限制，濾油器的過油面積比較小；濾油器堵死后，更換、清洗比較困難。
   

圖 3 內(nèi)接濾油器
1-閥體   2-濾器
    外接式濾油器技術(shù)是指在閥體外接一閥塊，把濾器安裝在閥塊內(nèi)，通過進(jìn)油孔與出油孔與閥體相通，見圖4。與濾器安裝在閥體內(nèi)部相比，它有如下優(yōu)勢：濾器的大小不受閥體的限制，可大大增加過油面積，提高閥的抗污染能力；濾油器安裝在外接閥塊上后，即使發(fā)生濾油器堵死現(xiàn)象，用戶也可自行更換裝有濾油器的小閥塊即可。



圖 4 外接濾油器
1-閥體   2-外接閥塊   3-濾器
    采用濾器外接后，在客戶維修不便或生產(chǎn)條件不允許停機(jī)的情況下，客戶可自行卸下濾器清洗后迅速換上，最快速度滿足客戶生產(chǎn)需求，故適用于惡劣的工況環(huán)境
2.3過濾模塊
    伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題一般都是伺服閥的故障，而伺服閥的故障很大一部分是由于油液不清潔導(dǎo)致的。對于噴擋閥一般要求油液的清潔度等級為NAS6級，射流管閥對油液的清潔度要求為NAS8級。然而在很多在工業(yè)應(yīng)用場合，使用環(huán)境非常惡劣，極易發(fā)生閥噴嘴堵塞、閥芯卡死的現(xiàn)象[4]。
    過濾模塊技術(shù)是指在伺服閥前安裝一個(gè)過濾模塊，該模塊由三個(gè)截止閥，一個(gè)10~20的濾器和一個(gè)污染發(fā)訊器組成，如圖5所示。在正常工作時(shí)，截止閥1和2打開，截止閥3關(guān)閉，油液通過濾器進(jìn)入到伺服閥。當(dāng)濾器進(jìn)出口的壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，污染發(fā)訊器報(bào)警。這時(shí)，先打開截止閥3，然后關(guān)閉截止閥1和2，就可以在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下更換濾器。
     

圖5 過濾模塊原理圖

    該過濾模塊的優(yōu)點(diǎn)：在油液進(jìn)閥前增加了一道過濾保護(hù)，延長閥的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；具有在線更換濾芯的功能，方便系統(tǒng)的工作和維護(hù)。
4 結(jié)論
    七〇四所在原有射流管伺服閥的基礎(chǔ)上，通過上述的一系列技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，開發(fā)射流管伺服比例閥，安裝接口按ISO4401標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明，由于采用外接濾器和過濾模塊，其抗污染能力強(qiáng)，對油液的清潔度要求等同于比例閥；同時(shí)，該閥的設(shè)計(jì)上主要通過改善工藝性來降低成本，并不降低加工精度，故其控制性能及精度完全等同于伺服閥，但與同規(guī)格伺服閥相比體積稍大。射流管伺服比例閥的研制解決了伺服控制對油液過濾要求苛刻、制造和維護(hù)費(fèi)用高和比例閥響應(yīng)快速性差的問題，迎合了目前市場的需求，在航空航天及各類工業(yè)控制場合都有廣闊的應(yīng)用前景。
   
參考文獻(xiàn)
R.H.Maskrey, W.J.Thayer. A brief history of electrohydraulic servomechanisms [J]. In：ASME Journal of Dynamic Systems Measurement and Control, June 1978
吳根茂 等.新編實(shí)用電液比例技術(shù)[M].浙江大學(xué)出版社，2006
雷天覺 主編.新編液壓工程手冊（上）[M].北京理工大學(xué)出版社，1998
黃增 等.射流管式電液伺服閥與噴嘴擋板式電液伺服閥比較[J].流體傳動(dòng)與控制，2007（4）：43-45

JET PIPE SERVO
PROPORTIONAL VALVE

JIN Yaolan  FANG Qun  
ZHANG Minying  QU Lipeng  WANG Yahong
(The No.704 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation , Shang Hai 200070, China)

Abstract：In this peper, the configuration, performance and contamination resistance of servovalve and proportional valve have been compared. The No.704 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation has developed jet pipe servo proportional valve on the basis of jet pipe servovalve. This servo proportional valve uses prepositive independent jet amplifier, straight feedback spring, external filter and filter-module, improves the anti-contamination capability and reduces cost farther. The performance of the jet pipe servo proportional valve is equal to servovalve, however its contamination resistance is equal to proportional valve, and the cost is only 1/3~2/3 of import servo proportional valve.
Key words： jet pipe servo proportional valve   servovalve proportional valve   contamination resistance
作者簡介：金瑤蘭，女，1982年出生，工程師，主要研究方向?yàn)樯淞鞴芩欧y及伺服控制系統(tǒng)。
E-mail：[email]cradle_888@yahoo.com.cn[/email]