《电液伺服与比例控制》电液伺服与比例控制》
第2讲电液伺服阀机械工程系机电教研室
Wenzhou Vocational & Technical College
第2讲电液伺服阀
•电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。输出。
•电液伺服阀控制精度高、响应速度快，是一种高性能的电液控制元件，是一种高性能的电液控制元件，在液压伺服系统中得到了广泛的应用。伺服系统中得到了广泛的应用。
航天十八所伺服阀产品
喷嘴挡板伺服阀三级电液伺服阀
一、电液伺服阀的工作原理
电液伺服阀的工作原理
•在没有控制信号的情况下，力矩马达的衔铁处于平衡位置，力矩马达的衔铁处于平衡位置，挡板停在两喷咀中间。挡板停在两喷咀中间。高压油自油口流入，高压油自油口流入，经油滤后分四路流出。流出。其中两路流经左、其中两路流经左、右固定节流孔，右固定节流孔，到阀芯左、到阀芯左、右两端，右两端，再经左、再经左、右喷嘴喷出，右喷嘴喷出，汇集在流溢腔内，汇集在流溢腔内，然后经回油节流孔从回油口流出。从回油口流出。另外两路高压油分别流到阀套上被阀芯左、另外两路高压油分别流到阀套上被阀芯左、右两凸肩盖住的窗口处，右两凸肩盖住的窗口处，而不能流入负载油路(与作动筒相通的油路)。
•当有控制信号时，力矩马达衔铁带动挡板组件偏转一个角度，力矩马达衔铁带动挡板组件偏转一个角度，致使阀芯偏离中间位置(如向右移动)。结果阀芯的右凸肩将窗孔打开，窗孔打开，使高压油与作动筒进油管路接通，使高压油与作动筒进油管路接通，阀芯的中间凸肩左端将回油窗口打开，肩左端将回油窗口打开，使之与作动筒的回油接通，使之与作动筒的回油接通，这样，这样，伺服阀就可控制作动筒运动。伺服阀就可控制作动筒运动。
•当控制信号改变极性，则伺服阀控制的负载油路的高压油路和回油路对换，和回油路对换，使作动筒运行改变方向。使作动筒运行改变方向。
力反馈式电液伺服阀的方框图
电液伺服阀图形符号
二、电液伺服阀的组成
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
LL12力矩马达（力马达）力马达）液压放大器反馈机构（平衡机构）平衡机构）
1—信号线; 2—永磁体; 3—线圈; 4—衔铁; 5—弹簧管; 6—喷嘴; 7—挡板; 8—反馈弹簧杆; 9—阀芯; 10—固定阻尼孔; 11—过滤器; 12—阀体
力反馈两级电液伺服阀结构原理图
力矩马达（力矩马达（或力马达）或力马达）：将电气信号转换为力矩或力液压放大器：液压放大器：控制流向液压执行机构的流量或压力阀流量较大时，阀流量较大时，采用两级或三级电液伺服阀的形式。采用两级或三级电液伺服阀的形式。包括液压前置级和功率级
液压前置级：液压前置级：单（双）喷嘴挡板阀、喷嘴挡板阀、滑阀、滑阀、射流管阀、射流管阀、射流元件
功率级：功率级：滑阀
反馈机构（反馈机构（或平衡机构）或平衡机构）：使伺服阀的输出压力或流量与输入电气控制信号成比例，电气控制信号成比例，使伺服阀本身成为闭环系统平衡机构：平衡机构：用于单级伺服阀和两级弹簧对中式伺服阀，用于单级伺服阀和两级弹簧对中式伺服阀，通常为各种弹性元件，各种弹性元件，为一力-位移转换元件
力反馈——反馈弹簧杆动作示意图
三、电液伺服阀的分类
1.按放大器的级数分：按放大器的级数分：
单级伺服阀：单级伺服阀：结构简单、结构简单、价格低廉、价格低廉、输出流量小、输出流量小、稳定性差两级伺服阀：两级伺服阀：最常用
三级伺服阀：三级伺服阀：两级伺服阀+功率滑阀，功率滑阀，电反馈，电反馈，流量大于200L/min
2.按第一级阀（按第一级阀（放大器）放大器）的结构形式分：的结构形式分：
滑阀、滑阀、单（双）喷嘴挡板阀、喷嘴挡板阀、射流管阀、射流管阀、偏转板射流阀
3.按反馈形式分：按反馈形式分：
位置反馈、位置反馈、负载流量反馈、负载流量反馈、负载压力反馈
四、力矩马达
电气-机械转换器
利用电磁原理工作
1.力矩马达的分类及要求
（1）分类
1）可动件运动形式：可动件运动形式：直线位移式（直线位移式（力马达）、力马达）、角位移式力矩马达））、角位移式（角位移式（力矩马达）
2）可动件结构形式：可动件结构形式：动铁式（动铁式（衔铁）、衔铁）、动圈式）、动圈式（动圈式（控制线圈）控制线圈）
3）极化磁场产生的方式：极化磁场产生的方式：非激磁式（非激磁式（控制线圈差动连接）、控制线圈差动连接）、固定电流激磁）、固定电流激磁（激磁线圈，激磁线圈，大的极化磁通，大的极化磁通，结构复杂，结构复杂，体积大）、体积大）、永磁式）、永磁式（永磁式（永久磁铁，永久磁铁，结构简单、结构简单、重量轻、重量轻、获得的极化磁通小）获得的极化磁通小）
（2）对力矩马达的要求
1）产生足够的力或行程，产生足够的力或行程，体积小、体积小、重量轻
2）动态性能好、动态性能好、响应速度快
3）直线性好、直线性好、死区小、死区小、灵敏度高、灵敏度高、磁滞小
4）特殊情况下，要求抗振、要求抗振、抗冲击、抗冲击、不受环境温度和压力影响
2.力矩马达工作原理
用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，弹簧管，2——液压放大元件
永磁动铁式力矩马达
在零位时，衔铁
正好处于四个气隙的
中间位置，中间位置，弹簧管也
正好在正中零位。正好在正中零位。当
输入∆i而产生电磁力
矩后，矩后，电磁力矩使衔
铁偏转，铁偏转，弹簧管也受
力歪斜变形，力歪斜变形，作用在
衔铁上的电磁力矩与
弹簧管变形时的弹性
力矩平衡，平衡，也就是电
磁力矩Td通过弹簧管
弯曲变形而转化为衔
铁的角位移。铁的角位移。用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，2——
液压放大元件
例：带钢恒张力控制系统
1张力调节液压缸；2牵引辊；3热处理炉；4、4’转向辊；5力传感器；
6浮动阀；7电液伺服阀；8加载装置；9电放大器
在带钢生产过程中，在带钢生产过程中，要求控制带钢的张力。要求控制带钢的张力。牵引辊2牵引辊2牵引带钢移动，牵引带钢移动，加载装置8加载装置8使带钢保持一定的张力。一定的张力。当张力由于某种干扰发生波动，当张力由于某种干扰发生波动，通过设置在转向辊4’通过设置在转向辊4’轴承上的力传感器4’轴承上的力传感器5轴承上的力传感器5检测带钢的张力，带钢的张力，并和给定值进行比较，并和给定值进行比较，得到偏差值，通过电放大器9通过电放大器9放大后，放大后，控制电液伺服阀7控制电液伺服阀7，进而控制输入液压缸1进而控制输入液压缸1的流量，的流量，驱动浮动辊6驱动浮动辊6来调节张力，调节张力，使张力回复到原来给定之值。使张力回复到原来给定之值。
《电液伺服与比例控制》电液伺服与比例控制》
第2讲电液伺服阀机械工程系机电教研室
Wenzhou Vocational & Technical College
第2讲电液伺服阀
•电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。输出。
•电液伺服阀控制精度高、响应速度快，是一种高性能的电液控制元件，是一种高性能的电液控制元件，在液压伺服系统中得到了广泛的应用。伺服系统中得到了广泛的应用。
航天十八所伺服阀产品
喷嘴挡板伺服阀三级电液伺服阀
一、电液伺服阀的工作原理
电液伺服阀的工作原理
•在没有控制信号的情况下，力矩马达的衔铁处于平衡位置，力矩马达的衔铁处于平衡位置，挡板停在两喷咀中间。挡板停在两喷咀中间。高压油自油口流入，高压油自油口流入，经油滤后分四路流出。流出。其中两路流经左、其中两路流经左、右固定节流孔，右固定节流孔，到阀芯左、到阀芯左、右两端，右两端，再经左、再经左、右喷嘴喷出，右喷嘴喷出，汇集在流溢腔内，汇集在流溢腔内，然后经回油节流孔从回油口流出。从回油口流出。另外两路高压油分别流到阀套上被阀芯左、另外两路高压油分别流到阀套上被阀芯左、右两凸肩盖住的窗口处，右两凸肩盖住的窗口处，而不能流入负载油路(与作动筒相通的油路)。
•当有控制信号时，力矩马达衔铁带动挡板组件偏转一个角度，力矩马达衔铁带动挡板组件偏转一个角度，致使阀芯偏离中间位置(如向右移动)。结果阀芯的右凸肩将窗孔打开，窗孔打开，使高压油与作动筒进油管路接通，使高压油与作动筒进油管路接通，阀芯的中间凸肩左端将回油窗口打开，肩左端将回油窗口打开，使之与作动筒的回油接通，使之与作动筒的回油接通，这样，这样，伺服阀就可控制作动筒运动。伺服阀就可控制作动筒运动。
•当控制信号改变极性，则伺服阀控制的负载油路的高压油路和回油路对换，和回油路对换，使作动筒运行改变方向。使作动筒运行改变方向。
力反馈式电液伺服阀的方框图
电液伺服阀图形符号
二、电液伺服阀的组成
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
LL12力矩马达（力马达）力马达）液压放大器反馈机构（平衡机构）平衡机构）
1—信号线; 2—永磁体; 3—线圈; 4—衔铁; 5—弹簧管; 6—喷嘴; 7—挡板; 8—反馈弹簧杆; 9—阀芯; 10—固定阻尼孔; 11—过滤器; 12—阀体
力反馈两级电液伺服阀结构原理图
力矩马达（力矩马达（或力马达）或力马达）：将电气信号转换为力矩或力液压放大器：液压放大器：控制流向液压执行机构的流量或压力阀流量较大时，阀流量较大时，采用两级或三级电液伺服阀的形式。采用两级或三级电液伺服阀的形式。包括液压前置级和功率级
液压前置级：液压前置级：单（双）喷嘴挡板阀、喷嘴挡板阀、滑阀、滑阀、射流管阀、射流管阀、射流元件
功率级：功率级：滑阀
反馈机构（反馈机构（或平衡机构）或平衡机构）：使伺服阀的输出压力或流量与输入电气控制信号成比例，电气控制信号成比例，使伺服阀本身成为闭环系统平衡机构：平衡机构：用于单级伺服阀和两级弹簧对中式伺服阀，用于单级伺服阀和两级弹簧对中式伺服阀，通常为各种弹性元件，各种弹性元件，为一力-位移转换元件
力反馈——反馈弹簧杆动作示意图
三、电液伺服阀的分类
1.按放大器的级数分：按放大器的级数分：
单级伺服阀：单级伺服阀：结构简单、结构简单、价格低廉、价格低廉、输出流量小、输出流量小、稳定性差两级伺服阀：两级伺服阀：最常用
三级伺服阀：三级伺服阀：两级伺服阀+功率滑阀，功率滑阀，电反馈，电反馈，流量大于200L/min
2.按第一级阀（按第一级阀（放大器）放大器）的结构形式分：的结构形式分：
滑阀、滑阀、单（双）喷嘴挡板阀、喷嘴挡板阀、射流管阀、射流管阀、偏转板射流阀
3.按反馈形式分：按反馈形式分：
位置反馈、位置反馈、负载流量反馈、负载流量反馈、负载压力反馈
四、力矩马达
电气-机械转换器
利用电磁原理工作
1.力矩马达的分类及要求
（1）分类
1）可动件运动形式：可动件运动形式：直线位移式（直线位移式（力马达）、力马达）、角位移式力矩马达））、角位移式（角位移式（力矩马达）
2）可动件结构形式：可动件结构形式：动铁式（动铁式（衔铁）、衔铁）、动圈式）、动圈式（动圈式（控制线圈）控制线圈）
3）极化磁场产生的方式：极化磁场产生的方式：非激磁式（非激磁式（控制线圈差动连接）、控制线圈差动连接）、固定电流激磁）、固定电流激磁（激磁线圈，激磁线圈，大的极化磁通，大的极化磁通，结构复杂，结构复杂，体积大）、体积大）、永磁式）、永磁式（永磁式（永久磁铁，永久磁铁，结构简单、结构简单、重量轻、重量轻、获得的极化磁通小）获得的极化磁通小）
（2）对力矩马达的要求
1）产生足够的力或行程，产生足够的力或行程，体积小、体积小、重量轻
2）动态性能好、动态性能好、响应速度快
3）直线性好、直线性好、死区小、死区小、灵敏度高、灵敏度高、磁滞小
4）特殊情况下，要求抗振、要求抗振、抗冲击、抗冲击、不受环境温度和压力影响
2.力矩马达工作原理
用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，弹簧管，2——液压放大元件
永磁动铁式力矩马达
在零位时，衔铁
正好处于四个气隙的
中间位置，中间位置，弹簧管也
正好在正中零位。正好在正中零位。当
输入∆i而产生电磁力
矩后，矩后，电磁力矩使衔
铁偏转，铁偏转，弹簧管也受
力歪斜变形，力歪斜变形，作用在
衔铁上的电磁力矩与
弹簧管变形时的弹性
力矩平衡，平衡，也就是电
磁力矩Td通过弹簧管
弯曲变形而转化为衔
铁的角位移。铁的角位移。用弹簧管支承衔铁的力矩马达
1——弹簧管，2——
液压放大元件
例：带钢恒张力控制系统
1张力调节液压缸；2牵引辊；3热处理炉；4、4’转向辊；5力传感器；
6浮动阀；7电液伺服阀；8加载装置；9电放大器
在带钢生产过程中，在带钢生产过程中，要求控制带钢的张力。要求控制带钢的张力。牵引辊2牵引辊2牵引带钢移动，牵引带钢移动，加载装置8加载装置8使带钢保持一定的张力。一定的张力。当张力由于某种干扰发生波动，当张力由于某种干扰发生波动，通过设置在转向辊4’通过设置在转向辊4’轴承上的力传感器4’轴承上的力传感器5轴承上的力传感器5检测带钢的张力，带钢的张力，并和给定值进行比较，并和给定值进行比较，得到偏差值，通过电放大器9通过电放大器9放大后，放大后，控制电液伺服阀7控制电液伺服阀7，进而控制输入液压缸1进而控制输入液压缸1的流量，的流量，驱动浮动辊6驱动浮动辊6来调节张力，调节张力，使张力回复到原来给定之值。使张力回复到原来给定之值。