一种液压伺服阀的复位机构.pdf

2 0 1 3年 1 月 第 4 1卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAUL I C S J a n ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 4 1 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 3 3 一 种液压伺服阀的复位机构 康多祥’ ，赵金 阳 ，金遥兰 ，翟天奎 ，常军刺 ， 孙建军 ，杨帆 ，边山成 ，马春梅 ，黄增 1 ．西安陕鼓动力股份有限公司，陕西西安 7 1 0 0 7 5 ； 2 ．上海衡拓实业发展有限公司，上海 2 0 0 0 3 1 摘要 介绍了一种液压伺服阀的复位机构。该复位机构至少包括伺服阀的功率级滑阀阀芯和功率级滑阀控制腔，在功 率级滑阀阀芯与功率级滑阀控制腔之间安装一压缩弹簧 ， 该压缩弹簧一端与功率级滑阀阀芯的端侧面相对接，另一端与功 率级滑阀控制腔内端面相对接。该复位机构可使得伺服油缸的活塞杆在出现伺服阀内部反馈杆发生断裂、伺服阀的喷嘴因 污染被堵、或伺服阀的供油液压源突然掉压 ， 伺服阀失去先导压力等故障时处于预知、安全的工作位置。 关键词 伺服阀；压缩弹簧；安全复位；射流管 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 2 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1{ 2 0 1 3 2 0 9 3 3 A Re s e t M e c ha n i s m f o r Hy d r a ul i c Se r v o Va l v e s K ANG Du o x i a n g ，Z HAO J i n y a n g ，J I N Ya o l a n ，Z HAI T i a n k u i ，C HANG J u n l i ， S U N J i a n j u n ，Y A N G F a n ，B I A N S h a n c h e n g ，MA C h u n m e i ，H U A N G Z e n g 1 ． X i ’ a n S h a a n g u P o w e r C o ． ， L t d ． ， X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 7 5 ，C h i n a ； 2 ． S h a n g h a i He n g t u o I n d u s t r i a l D e v e l o p me n t C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t A r e s e t m e c h a n i s m f o r h y d r a u l i c v a l v e s w a s i n t r o d u c e d ．T h i s r e s e t m e c h a n s m w a s i n c l u d e d o f a t l e a s t t h e p o w e r s t a g e s l i d e v a l v e c o r e a n d p o w e r s t a g e s l i d e v a l v e c h a mb e r o f t h e s e r v o v a l v e ，a n d a c o mp r e s s i o n s p ri n g wa s e q u i p p e d b e t we e n t h e v a l v e c o r e a n d t h e c o n t r o l c h a mb e r w i t h o n e e n d o f t h e s p ri n g c o n n e c t e d w i t h t h e e n d s i d e f a c e o f the p o w e r s t a g e v a l v e c o r e a n d t h e o t h e r e n d w i t h t h e i n t e r n a l e n d o f t h e c o n t r o l c h a m b e r o f t h e s l i d e v a l v e ．T h i s r e s e t m e c h a n i s m c a n b ri n g t h e p i s t o n r 0 d o f t h e s e r v o c y l i n d e r i n t o t h e f o r e s e e n a n d s a f e p o s i t i o n，w h e n a c c i d e n t s h a p p e n e d s u c h a s t h ee d b a c k r o d i n t h e s e r v o v a l v e i s b r o k e n，the n o z - z l e s o f t h e v a l v e s a r e b l o c k e d d u e t o p o l l u t i o n，s u d d e n l o s s o f s u p p l y o f h y d r a u l i c p r e s s u r e o f t h e s e r v o v a lye o r l O S S o f l e a d i n g p r e s s u r e o f s e r v o v a l v e，a n d e t c ． Ke y wo r d s S e r v o v alv e ；Co mp r e s s i o n s p ri n g；S a f e r e s e t ；J e t p i p e 射流管伺服阀主要 由阀体、阀芯、阀套、喷嘴、 接受器、衔铁、线圈、反馈杆等组成。 当出现伺服阀内部反馈杆发生断裂故障、伺服阀 的喷嘴受污染堵住、伺服阀的供油液压源突然掉压等 以上几种失效模式时 ，都会使伺服油缸的活塞杆处于 不确定的位置，在某些场合会对人员和设备的安全产 生严重影响，是不允许的。实际上，常常要求伺服油 缸的活塞杆在上述故障模式下要处于预知的、安全的 工作位 置 。 1 伺服阀的工作原理及其故障形式 现常用的液压伺服阀主要有射流管伺服阀和喷嘴 挡板形式的伺服阀，二者的先导级结构工作原理不 同，但功率级滑阀阀芯和伺服油缸的工作情况是完全 相同的。 以射流管伺服阀为例，如图 1 所示，在正常工作 情况下，伺服阀没有控制电流 1 1 时，射流管 7和喷 嘴 6处于中间位置，接受器 8的两个接受孑 L 压力相 等，功率级滑阀阀芯 2两端的压力相等，处于中间位 置，各个油路孔 P T 、P 、P 。 之间互相切断； 伺服阀线圈 l 0输入控制电流 l l 之后 ，衔铁 9在固定 磁通和控制磁通的综合作用下发生偏转，带动射流管 7和喷嘴 6偏转 ，接受器 8的两个接受孔 出现压力 差，使功率级滑阀阀芯2两端出现压差 ，这个压差推 动功率级滑阀阀芯 2移动，同时带动反馈杆 5移动， 当衔铁 9的偏转力矩与力矩马达中的弹性零件的复位 力矩、反馈杆 5的复位力矩达到平衡时，伺服阀的功 率级滑阀阀芯 2 停留在一个工作位置上，控制 口保持 一 定的开度，输出一定的流量，这个流量与伺服阀的 输入电流存在连续的、一一对应的线性比例关系。当 伺服阀内部反馈杆5发生断裂 、伺服阀的喷嘴 6因污 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 2 作者简介康多祥 1 9 6 4 一 ，男 ，本科 ，高级工程 师，从事工业流程 自动化设计工作。Em a i l K D X 0 5 1 2 S H A A N ． GU．t o mo 9 4 机床与液压 第 4 1 卷 染被堵，接受器的两个接受孑 L 均没有压力或伺服阀的 供油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力而发生故 障的情况下，喷嘴6位于中间位置，功率级滑阀阀芯 2两端没有控制压力差，从而导致功率级滑阀阀芯 2 处于不确定的位置，随之伺服油缸活塞杆的后续工作 也处于未知状态，非常不利于生产的安全顺利进行。 1 0 1 1 Ps 口援 供油T口擐 凹捆P 援 伺服 抽缸 的 一腔P b 搂伺 服 油缸 的 另一腔 l 一压缩弹簧2 ～阀芯3 ～功率级滑阀控制腔 4 一弹簧底 座5 一反馈杆6 一喷嘴卜 射流管8 一接受器 一衔铁 1 O ～线圈 l 1 一 控制 电流 图 1 射流管伺服阀 对于喷嘴挡板形式的伺服阀，因与上述射流管伺 服阀功率级滑阀阀芯和伺服油缸的工作情况是完全相 同的，因此当喷嘴挡板形式的伺服阀出现内部反馈杆 发生断裂或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失 去先导压力时，也会出现上述同样的生产事故。 2 液压伺服阀复位机构的结构及工作原理 针对现有技术的缺陷或不足，提出采用一种液压 伺服阀的复位机构 ，使得液压伺服油缸的活塞杆在出 现伺服阀内部反馈杆发生断裂 、伺服阀的喷嘴因污染 被堵或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失去先 导压力等故障时可处于预知、安全的工作位置。 为达到上述 目的，采取如下的技术解决方案 如图 1 所示，作者所介绍的液压伺服阀的复位机 构至少包括液压伺服阀的功率级滑阀阀芯 2和功率级 滑阀控制腔3 ，并在功率级滑阀阀芯 2与功率级滑阀 控制腔 3 之间安装一压缩弹簧 1 ，该压缩弹簧 1 一端 与功率级滑阀阀芯2的端侧面相对接，另一端与功率 级滑阀控制腔 3内端面相对接。为了更好地限制压缩 弹簧的安装位置，保证其彻底不干扰其他元件的工 作，压缩弹簧 1与功率级滑阀控制腔 3内端面之间设 一 弹簧底座4 ，弹簧底座4上与压缩弹簧 1 对接的位 置处有凹槽。在实际的生产过程中，弹簧底座 4或安 装于压缩弹簧 1 与功率级滑阀控制腔 3内端面之间， 或与功率级滑阀控制腔 3内端壁制作成为一体。 以射流管伺服阀为例 ， 如图 1所示，在功率级滑 阀控制腔 3的一内端面对接一压缩弹簧 1 ，该压缩弹 簧 1 的另一端与功率级滑阀阀芯 2侧端面相对接。为 了达到更好的技术效果，可在压缩弹簧 1 与功率级滑 阀控制腔 3内端面之间设一弹簧底座 4，弹簧底座 4 上与压缩弹簧 1 对接的位置处有凹槽。其中的弹簧底 座 4或安装于压缩弹簧 1 与功率级滑阀控制腔 3内端 面之间，或与功率级滑阀控制腔 3内端壁为一体。在 伺服阀正常工作情况下，因所用压缩弹簧 1的弹力通 常只有几十牛顿的力，其弹力相对于液压力很小，压 缩弹簧 1对功率级滑 阀阀芯 2的弹力作用可忽略不 计 。 当伺服阀内部反馈杆 5 发生断裂 ，功率级滑阀阀 芯2两端有几乎相同的控制压力，衔铁 9的偏转力矩 与力矩马达中的弹性零件的复位力矩相平衡或伺服阀 的喷嘴6因污染被堵，衔铁 9的偏转力矩与力矩马达 中的弹性零件的复位力矩相平衡、伺服阀的供油液压 源突然掉压 ，反馈杆 5的复位力矩加上衔铁 9的偏转 力矩，与力矩马达中的弹性零件 的复位力矩相平衡 ， 而使得功率级滑阀阀芯 2两端没有控制压力的情况 下 ，喷嘴6位于中间位置，功率级滑阀阀芯 2两端没 有控制压力差，功率级滑阀阀芯 2的受力主要为压 缩弹簧 1的弹力，功率级滑阀阀芯 2在压缩弹簧 1 弹 力的作用下被推到另一端 ，进而保证伺服阀从一个预 先可知的控制油 口出油 ，使执行机构 如伺服油缸 保持在安全的位置上。该伺服阀的复位机构可依据伺 服油缸的实际工作要求选择性地装配在功率级滑阀阀 芯的任一端。 如图 1 所示 ，当压缩弹簧 1安装在左边位置的 时候 ，在压缩弹簧 1弹力作用下 ，功率级滑阀阀芯 2会被推到右端 ，此状态下 P 口与 P 口相通 ，P 口和 T口相通。当压缩弹簧 1安装在右边位置的时 候，在压缩弹簧 1弹力作用下 ，功率级滑 阀阀芯 2 会被 推到左 端 ，此 状 态下 P 口与 T 口相 通 ，P 口 和 P 口相 通 。 对于喷嘴挡板形式的伺服阀，其功率级滑阀阀芯 和伺服油缸的工作情况是完全相同的，当喷嘴挡板形 式的伺服阀出现内部反馈杆发生断裂，或伺服阀的供 油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力时，同样可 以使用上述解决方案来提高液压系统的工作安全性。 3 总结 该液压伺服阀的复位机构至少包括液压伺服阀的 功率级滑阀阀芯 2和功率级滑阀控制腔 3 ，在功率级 滑阀阀芯 2与功率级滑阀控制腔 3之间安装一压缩弹 簧 1 ，压缩弹簧 1 一端与功率级滑阀阀芯 2的端侧面 相对接，另一端与功率级滑阀控制腔 3内端面相对 接。 该液压伺服阀的复位机构的压缩弹簧 1与功率级 第 2 期 康多祥 等 一种液压伺服阀的复位机构 9 5 滑阀控制腔 3内端面之间设一弹簧底座 4 ，弹簧底座 4上与压缩弹簧 1 对接的位置处有凹槽。 液压伺服阀的复位机构的弹簧底座 4或安装于压 缩弹簧 1 与功率级滑阀控制腔 3内端面之间，或与功 率级滑阀控制腔 3内端壁为一体。 参考文献 【 1 】 姚建庚． 直动式电液伺服阀的开发与应用[ J ] ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 4 2 61 0 ． 【 2 】 胡建军， 杨尚平， 赵光波． 直动式比例阀控液压马达数学 建模及研究[ J ] ． 现代制造工程 ， 2 0 0 8 6 9 91 0 2 ． 【 3 】刘庆和． 新型高效电动静压飞行模拟器运动系统[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 2 4 3 4 5 ． 【 4 】黄效师， 渠立鹏， 眭志方． 三级电反馈伺 服阀的研制 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 2 5 3 5 5 ． 【 5 】阉耀保 ， 孟伟． 带补偿节流器的电液伺服阀特性分析 [ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 2 1 21 4 ． 【 6 】杨学财． 电液伺服阀的应用和故障分析[ J ] ． 机电信息， 2 0 1 0 1 8 2 6 0 ． 【 7 】洪祺桢． 汽轮机电气 一 液压油系统故障处理 [ J ] ． 广东 电力 ， 2 0 1 0 2 7 1 7 4 ． 上接第 7 1页 试验研究发现 ，将电液比例技术用于冷却风扇液压传 动系统，风扇控制盒可根据需要 ，从车辆总线上采集 多点温度，可实现对车辆冷却系统的多参数控制，使 冷却风扇的排风量与发动机的散热要求达到最佳匹 配，有利于提高发动机的可控性、灵敏性及经济性。 此外，该系统冷却风扇转速可不受发动机转速变 化的影响，在发动机低速、大负荷或高速、中小负荷 的时候，都可满足发动机的散热需求 ，并且通过修改 风扇控制盒里的控制程序，还可实现手动控制以及失 效安 全功能等 。 参考文献 【 1 】 权龙 ， 李凤兰． 电液比例技术控制发动机冷却风扇的原 理及特征[ J ] ． 汽车技术 ， 1 9 9 5 7 1 01 3 ． 【 2 】 张洪信 ， 张铁柱， 万福君， 等． 发动机液驱风扇系统的设 计及性能研究[ J ] ． 汽车工程， 2 0 0 1 ， 2 3 4 2 4 4 2 4 6 ． 【 3 】田小燕， 徐诗辉， 于艳秋， 等． 电液比例液压系统在车辆冷 却风扇上的应用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 1 1 1 3 1 1 4 ． 【 4 】 朱颜 ， 李和言 ， 马彪． 静液驱动技术在高速履带车辆底盘 上的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 6 3 43 7 ． 【 5 】路华鹏， 马彪 ， 孙宪林 ， 等． 静液传动系统容积效率试验 研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 3 7 1 7 3 ． 上接第 7 3页 果两个马达在分流工况因供油不足出现气蚀，分流集 流阀中单向溢流阀通过 S口给马达补油，防止气蚀的 发生 。 3结束语 分流集流阀方案具有结构简单、易于操作、可靠 性高等优点 ，很好地解决了框架车在矿井下出现打滑 的问题 ，由于分流集流阀工作时具有节流压力损失 ， 选择带有 自由轮回路的分流集流阀克服了这一问题 ， 在车辆打滑时操作换 向阀使分流集流阀处于工作状 态，提高了工作效率 ，延长了轮胎使用寿命 ，改善了 整机性能 。 参考文献 【 1 】 安光明． 框架式支架搬运车的闭式回路静液压传动系统 探讨[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0 1 2 1 2 8 1 2 9 ． 【 2 】赵静一， 刘雅俊 ， 王智勇． 分流集流阀在 1 0 0 0 K N液压载 重车中的应用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 4 1 5 5 1 5 6 ． 【 3 】 姚怀新． 工程机械底盘及其液压传动理论[ M] ． 北京 人 民交通出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 4 】 刘宏社． 一种分流集流阀同步回路的接法分析[ J ] ． 机 械研究与应用 ， 2 0 0 6 5 2 O一 2 1 ． 【 5 】 靳占雷． 分流集流阀在木工机械中的应用 [ J ] ． 林业机 械与木工设备 ， 2 0 0 4， 3 2 1 O 4 8 ． 上接 第 9 2页 2 依据流体力学中的续性方程和伯努利方程， 并通过试验进行适当修正 ，成功研制出系列液压虹吸 阀，适用于不同类别和不同机型机器的液压系统的补 油装置 。 参考文献 【 1 】 陈长植． 工程流体力学[ M] ． 武汉 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 8 2 4 9 2 8 4 ． 【 2 】柯葵， 朱立明． 流体力学与流体机械[ M] ． 上海 同济大 学出版社 ， 2 0 0 9 3 0 83 1 1 ． 【 3 】李立国， 张靖周． 航空用引射混合器 [ M] ． 北京 国防工 业出版社， 2 0 0 7 l 一1 2 ． 【 4 】陆宏圻． 射流泵技术的理论及应用[ M] ． 北京 水利电力 出版社， 1 9 8 9 ． 【 5 】张师帅． 计算流体动力学及其应用 C A D软件的愿理与 应用[ M] ． 武汉 华中科技大学出版社， 2 0 1 1 ． 【 6 】闻建龙． 流体力学试验 [ M] ． 镇江 江苏大学出版社 ， 2 01 0．