液压伺服元件分为液压伺服变量泵和液压伺服阀两大基本类型。液压伺服阀(液压控制阀或液压随动阀)是液压伺服控制系统中最主要的一种控制元件。
液压伺服阀以输入的机械运动控制输出流体的压力和流量,在液压伺服系统中,它是机械-液压转换装置(机-液接口元件)。通过液压伺服阀,可把输入的小功率机械信号转换为大功率的液压信号输出,所以它也是一种功率放大装置,常被称为液压放大元件。
在截流式液压伺服控制系统中,液压伺服阀直接控制液压执行元件的动作,在容积式液压伺服系统中,它控制液压泵的变量机构,改变其输出流量,从而间接地对液压执行元件进行控制,所以,液压伺服阀的性能直接影响系统的工作性能。
液压伺服控制系统中,常用的典型液压伺服阀有圆柱滑阀、喷嘴挡板阀和射流管阀。
(1)圆柱滑阀 这种阀因具有良好的控制性能,在液压伺服控制系统中应用最广。由于使用场合不同,工程上应用的圆柱滑阀具有各种结构形式。
1)根据滑阀控制边(工作截流棱边)的数目,圆柱滑阀可分为单边、双边和四边滑阀,分别如图4-53a、b、c所示。从加工工艺来看,单边滑阀最简单,四边滑阀最复杂;从控制性能来看单边滑阀最差,四边滑阀最好。在要求较高的液压伺服控制系统中,四边滑阀应用最多;在要求不高的机床仿形刀架上,常用单边或双边滑阀。
2)根据滑阀的通道数,圆柱滑阀可分为二通阀、三通阀和四通阀等。二通阀和三通阀只有一个负载通道,只能控制差动液压缸,如图4-53d、e所示。
图4-53 各种圆柱滑阀结构示意图
3)根据滑阀在零位时的开口形式,圆柱滑阀可分为正开口(负重叠t<h)阀,零开口(零重叠t=h)阀和负开口(正重叠t>h)阀,分别如图4-54a、b、c所示。
图4-54 滑阀的不同开口形式
a)正开口 b)零开口 c)负开口(www.daowen.com)
(2)喷嘴挡板阀 喷嘴挡板阀有单喷嘴挡板阀和双喷嘴挡板阀两种结构形式,分别如图4-55a、b所示。主要由喷嘴2、固定截流孔1和挡板3组成。挡板和喷嘴之间形成一个可变截流口,挡板一般由扭轴或弹簧支撑,挡板的位置由输入信号控制。
对于双喷嘴挡板阀(图4-55b),当压力油ps进入阀后,分别通过两个液阻相等的固定截流口1,一部分油液经喷嘴2和挡板3间的可变截流口a、b喷出,流回油箱,在喷嘴腔c、d内分别形成压力p1、p2,分别加在执行液压缸的左、右腔。
图4-55 喷嘴挡板阀
当挡板上没有输入信号时,挡板处于中间位置,喷嘴和挡板间的可变截流口液阻相等,作用在液压缸左右腔压力p1和p2相等,故液压缸不动。当输入信号作用于挡板上时,例如使挡板向左偏转,可变截流口a减小,液阻增大,压力p1增高;相反,可变截流口b增大,液阻减小,压力p2降低,作用在液压缸左右腔压力p1>p2,液压缸向右运动。当输入信号反向时,液压缸向相反方向运动。
喷嘴挡板阀和圆柱滑阀相比较,其突出优点是抗污染能力强,而且不像滑阀那样要求严格的制造精度,另外,惯性小、位移小,响应速度高。主要缺点是零件泄漏量大、因此常用于小功率系统中,通常作为二级或三级电液伺服阀的前置级(第一级)。
图4-56 射流管阀原理图
1—射流管 2—接收器
(3)射流管阀 射流管阀原理图如图4-56所示,它由射流管1、接收器2组成。射流管由轴承支撑,可以摆动。接收器上的两个接收孔a、b分别和液压缸两腔相通。
压力为p2的压力油由射流管射出,被两个接收孔接收,并加在液压缸左、右两腔。在没有输入信号时,射流管处于中间位置,喷嘴对准两接收孔的中间,两接收孔接受的油液相等,加在液压缸两腔的压力相等,液压缸不运动。有输入信号时,射流管偏转,两接收孔接受的油液不相等,加在液压缸两腔压力不相等,液压缸运动。
射流管阀的优点是结构简单、加工精度低、抗污染能力强;缺点是惯性大、响应速度低、工作性能较差、零位功率损耗大。因此,这种阀只适用于低压、小功率的场合,可作为电液伺服阀的前置级。
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