新型三级电反馈伺服阀性能参数
(1)功率级滑阀。由于三级伺服阀的功率级流量较大,其控制节流边按全周边节流边设计。阀心行程为2mm。按设计的空载流量,从下式中计算出阀心的直径为28mm。由于阀的流量能通过改变阀心的行程来确定,为试验留有充分的空间,将阀心直径确定为30mm。
式中:D为阀心直径;Q为额定流量;Cd为滑阀流量系数;XY为先导级阀阀心的最大位移;P-为额定压力;ρ为油液密度。
由于三级滑阀的摩擦力将影响阀的静态特性,故摩擦力应尽可能小。因此三级滑阀的形位公差和表面粗糙度与一般两级滑阀的要求一样。滑阀设计成稍有正重叠,以减少阀在零位时由于阀心抖动对系统产生的影响。
三级阀的流量曲线如图16所示。在遮盖量为0.6mm时,三级阀的流量曲线有约5%左右的死区;缩小遮盖量到0.4mm时,其三级阀流量曲线的死区范围约为3%左右;缩小遮盖量到0.2mm时,三级阀流量曲线已基本无死区,如图17所示。经过多次试验,将遮盖量确定为单边0.2mm,达到设计要求。
(2)先导级阀。三级阀的静、动态性能很大程度上是由前置阀的静、动态性能决定,因此要求前置阀的分辨率高,一般应小于0.3%。如果分辨率较差,则在阀的位置回路中易形成非线性,导致三级阀产生不规则漂移,从而影响系统在静态或低频状态下的正常工作。另外,前置阀的负载中位压力应平稳,无抖动现象,否则将引起三级阀中位压力变化。
前置阀的额定流量是由三级阀的功率级滑阀尺寸、阀心行程以及要求阀的频率响应所决定的。按功率级滑阀的直径为3cm,阀心行程为0.18cm,阀的幅频宽为100Hz来计算,要求的前置级提供的负载流量应为8L/min。而通常检测前置级的动态特性时,一般是以输入信号的幅值为额定电流的1/4,故将流量乘以4倍作为选定的前置级额定流量。通过计算选用了额定流量为30L/min的阀作为前置阀。试验证明,如选用流量比30L/min更大的阀,当然也能满足三级阀的要求,然而流量增大了,即前置阀提供的流量增益也将增大,而三级阀整个回路增益是一定的,流量增益增大,放大器的增益相应降低,由此导致电器部分可调增益减小,以致回路参数变化较为灵敏,故确定用额定流量为30L/min,并且分辨率小于0.3%,阀的幅频宽为lOOHz以上的阀为前置级阀。
(3)液动力。二级阀的阀心较小,其液动力的影响在研制时往往忽略不计。但三级阀的阀心较粗,其液动力的影响较大。为减少滑阀流道内液动力的影响,增加阀心两端颈部的直径或使用回流凸肩补偿液动力的方法,将主阀心截流边设计成带有弧度的形状,来补偿液动力对伺服阀性能的影响。
(4)阀体流道及材料,在设计中考虑到阀体流道的畅通及主阀心的驱动力,将阀体结构设计得很大。国外产品一般采用铸件,由于是试制产品,批量较小,单件浇铸成本较高,目前考虑采取购买能实现类似功能的大流量电磁换向阀的阀体铸件,再根据要求自行加工的方法来解决。其阀体中各油路之间需用工艺孔沟通,在试制时各工艺孔用球堵将其密封。在试验过程中,压力升至23MPa时,在工艺孔处出现漏油现象。通过密封工艺上的改进解决此类问题。在以后的再加工中,将阀体的材料改用铸钢,以确保密封的可靠性。
(5)位移传感器。位移传感器是电反馈伺服阀的关键部件。采用位移传感器反馈电液伺服阀的阀心位移信号,构成闭环控制,可大大提高伺服阀的响应速度和控制精度,对提高伺服阀的整体性能起到重要作用。由于位移传感器要内置于阀体内,所以传感器的体积是选择条件之一。另外行程范围、线性度及分辨率都是要考虑的因素。位移传感器的灵敏度要高,行程范围主要根据三级阀的阀心最大位移来选择,其线性度要求小于等于0.1%,体积越小越好。为确保产品研制成功,选择了高性能、价格相对便宜的Schaevitz传感器。根据三级阀的计算,其阀心行程在±1.8mm范围内,采用的位移传感器是HCA 125。
(6)电路控制器。电路控制器的设计主要包括线性差动变压器(LVDT)调制解调电路设计和放大器电路设计两部分。整个电路控制器设计可以单独进行调试,系统调试时通过修改参数,能够改变各环节增益。电路设计预留多处电位器调节,方便增益参数的改变。调制解调电路和放大器电路分别独立设计,所有印制电路板设计中均采用分立元件。