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速度快、價(jià)格便宜、經(jīng)驗(yàn)豐富,并提供完整曲線報(bào)告和保養(yǎng)建議.閥的一些設(shè)計(jì),特別兩級(jí)電液伺服閥。單級(jí)閥,也就是直動(dòng)式或者比例閥的發(fā)展,在工業(yè)上而不是航空方面的應(yīng)用,也做了簡(jiǎn)單回顧。接著,討論了目前關(guān)于伺服閥技術(shù)的一些研究,特別是壓電驅(qū)動(dòng)以及增材制造。
伺服閥
是閉環(huán)電液運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要元件。“伺服閥”是指主閥芯位置與電信號(hào)成比例,而閥芯運(yùn)動(dòng)是由內(nèi)部液動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的。閥芯的運(yùn)動(dòng)改變節(jié)流口的大小,因此控制了流量;然而,流量取決于節(jié)流口壓差,除非使用了壓力補(bǔ)償器。常見的伺服閥設(shè)計(jì)就是帶機(jī)械反饋的兩級(jí)噴嘴擋板伺服閥(圖1)
主要元件有:
· 力矩馬達(dá)作為電氣與機(jī)械的轉(zhuǎn)換器,由彈簧管支撐,其無摩擦偏轉(zhuǎn),隔離了力矩馬達(dá)與液壓油(圖2a)。
· 擋板由力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng),可以限制通過噴嘴的流量(圖2b);擋板行程~0.1mm。也可以用單個(gè)噴嘴(圖2c),其只能用于調(diào)節(jié)閥芯一側(cè)的壓力。但是由于液動(dòng)力的不平衡,其對(duì)力矩馬達(dá)有更高的要求。
· 級(jí)形成H型液壓橋式回路,其中一對(duì)噴嘴是可變節(jié)流器,當(dāng)擋板偏轉(zhuǎn)的時(shí)候,會(huì)在閥芯兩端產(chǎn)生壓差。
· 反饋彈簧桿帶動(dòng)閥芯移動(dòng)(行程大約~1mm),直到擋板的反饋力與力矩馬達(dá)的力相平衡,擋板將再回到中心位置。
壓電元件的特點(diǎn)是“壓電效應(yīng)”:在一定的電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化,在一定范圍內(nèi),形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷(PZT)、電致伸縮材料(PMN)等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動(dòng)式伺服閥的原理是:在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板,由壓電疊堆的伸、縮實(shí)現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減,使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)。壓電式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點(diǎn),伺服閥頻寬甚至能達(dá)到上千赫茲,但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點(diǎn),制約了壓電元件在電液伺服閥上的進(jìn)一步應(yīng)用。
伺服閥的故障常常在電液伺服系統(tǒng)調(diào)試或工作不正常情況下發(fā)現(xiàn)的。所以這里有時(shí)是系統(tǒng)問題包括放大器、反饋機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等故障,有時(shí)確是伺服閥問題。所以首先要搞清楚是系統(tǒng)問題、還是伺服閥問題。
解決這疑問的常用辦法是:
一、有條件的將閥卸下,上實(shí)驗(yàn)臺(tái)復(fù)測(cè)一下即可。
二、大多數(shù)情況無此條件,這時(shí)一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是將系統(tǒng)開環(huán),備用獨(dú)立直流電源、經(jīng)萬用表再給伺服閥供正負(fù)不同量值電流,從閥的輸出情況來判斷閥是否有毛病,是什么毛病。閥問題不大,再找系統(tǒng)問題,例如:執(zhí)行機(jī)構(gòu)的內(nèi)漏過大,會(huì)引起系統(tǒng)動(dòng)作變慢,滯環(huán)嚴(yán)重、甚至不能工作;反饋信號(hào)斷路或失常等等,放大器問題有輸出信號(hào)畸變或不工作,系統(tǒng)問題這里不祥談,下面主要談?wù)勯y的故障。
?。?)閥不工作原因有:
馬達(dá)線圈斷線,脫焊;還有進(jìn)油或進(jìn)出油口接反。再有可能是前置級(jí)堵塞,使得閥芯正好卡在中間死區(qū)位置,閥芯卡在中間位置當(dāng)然這種幾率較少。馬達(dá)線圈串聯(lián)或并聯(lián)兩線圈接反了,兩線圈形成的磁作用力正好抵消。
?。?)閥有一固定輸出:
但已失控原因:前置級(jí)噴嘴堵死,閥芯被贓物卡著及閥體變形引起閥芯卡死等,或內(nèi)部保護(hù)濾器被贓物堵死。要更換濾芯,返廠清洗、修復(fù)。
?。?)閥反應(yīng)遲鈍、響應(yīng)變慢等:
有系統(tǒng)供油壓力降低,保護(hù)濾器局部堵塞,某些閥調(diào)零機(jī)構(gòu)松動(dòng),及馬達(dá)另部件松動(dòng),或動(dòng)圈閥的動(dòng)圈跟控制閥芯間松動(dòng)。系統(tǒng)中執(zhí)行動(dòng)力元件內(nèi)漏過大,又是一個(gè)原因。此外油液太臟,閥分辨率變差,滯環(huán)增寬也是原因之一。
(4)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率較高的振動(dòng)及噪聲:
油液中混入空氣量過大,油液過臟;系統(tǒng)增益調(diào)的過高,來自放大器方面的電源噪音,伺服閥線圈與閥外殼及地線絕緣不好,是通非通,顫振信號(hào)過大或與系統(tǒng)頻率關(guān)系引起的諧振現(xiàn)象,再則相對(duì)低的系統(tǒng)而選了過高頻率的伺服閥。
?。?)閥輸出忽正忽負(fù),不能連續(xù)控制,成“開關(guān)”控制:
伺服閥內(nèi)反饋機(jī)構(gòu)失效,或系統(tǒng)反饋斷開,不然是出現(xiàn)某種正反饋現(xiàn)象。
?。?)漏油:
安裝座表面加工質(zhì)量不好、密封不住。閥口密封圈質(zhì)量問題,閥上堵頭等處密封圈損壞。馬達(dá)蓋與閥體之間漏油的話,可能是彈簧管破裂、內(nèi)部油管破裂等。伺服閥故障排除,有的可自己排除,但許多故障要將閥送到生產(chǎn)廠,放到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上返修調(diào)試,再強(qiáng)調(diào)一遍:不要自己拆閥,那是很容易損壞伺服閥零部件的。用伺服閥較多的單位可以自己裝一個(gè)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)臺(tái)來判斷是系統(tǒng)問題還是閥的問題,閥有什么問題,可否再使用。
1.閥不工作原因有:馬達(dá)線圈斷線,脫焊;還有進(jìn)油或進(jìn)出油口接反。再有可能是前置級(jí)堵塞,使得閥芯正好卡在中間死區(qū)位置,閥芯卡在中間位置當(dāng)然這種幾率較少。馬達(dá)線圈串聯(lián)或并聯(lián)兩線圈接反了,兩線圈形成的磁作用力正好抵消。 2.閥有一固定輸出,但已失控原因:前置級(jí)噴嘴堵死,閥芯被贓物卡著及閥體變形引起閥芯卡死等,或內(nèi)部保護(hù)濾器被贓物堵死。要更換濾芯,返廠清洗、修復(fù)。 3.閥反應(yīng)遲鈍、響應(yīng)變慢等原因:有系統(tǒng)供油壓力降低,保護(hù)濾器局部堵塞,某些閥調(diào)零機(jī)構(gòu)松動(dòng),及馬達(dá)另部件松動(dòng),或動(dòng)圈伺服閥的動(dòng)圈跟控制閥芯間松動(dòng)。系統(tǒng)中執(zhí)行動(dòng)力元件內(nèi)漏過大,又是一個(gè)原因。此外油液太臟,閥分辨率變差,滯環(huán)增寬也是原因之一。 4.系統(tǒng)出現(xiàn)頻率較高的振動(dòng)及噪聲原因:油液中混入空氣量過大,油液過臟;系統(tǒng)增益調(diào)的過高,來自放大器方面的電源噪音,伺服閥線圈與閥外殼及地線絕緣不好,是通非通,顫振信號(hào)過大或與系統(tǒng)頻率關(guān)系引起的諧振現(xiàn)象,再則相對(duì)低的系統(tǒng)而選了過高頻率的伺服閥。 5.閥輸出忽正忽負(fù),不能連續(xù)控制,成開關(guān)控制。 原因:伺服閥內(nèi)反饋機(jī)構(gòu)失效,或系統(tǒng)反饋斷開,不然是出現(xiàn)某種正反饋現(xiàn)象。 6.漏油原因:安裝座表面加工質(zhì)量不好、密封不住。閥口密封圈質(zhì)量問題,閥上堵頭等處密封圈損壞。馬達(dá)蓋與閥體之間漏油的話,可能是彈簧管破裂、內(nèi)部油管破裂等。伺服閥故障排除,有的可自己排除,但許多故障需返廠或到有能力的單位調(diào)試。 伺服閥的故障常常在電液伺服系統(tǒng)調(diào)試或工作不正常情況下發(fā)現(xiàn)的。所以這里有時(shí)是系統(tǒng)問題包括放大器、反饋機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等故障,有時(shí)確是伺服閥問題。所以首先要搞清楚是系統(tǒng)問題、還是伺服閥問題。