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2023-06-15
液压放大器的结构形式在伺服阀中的应用
【摘要】：液压伺服阀中常用的液压放大器的结构有滑阀、射流管和喷嘴挡板三种。由此可见，单边、双边和四边滑阀的控制作用是相同的。滑阀式伺服阀装配精度要求较高，价格较贵，对油液的污染也较敏感。可见，在这种伺服元件中，液压缸运动的方向取决于输入信号的方向。因此，这种伺服元件主要用于多级伺服阀的第一级。如果射流管或喷嘴-挡板装置作为伺服阀的第一级使用，则受其控制的不是液压缸，而是伺服阀的第二放大级。
液压伺服阀中常用的液压放大器的结构有滑阀、射流管和喷嘴挡板三种。
1.滑阀
滑阀按工作边数（起控制液流作用的阀芯台肩的控制边数）可分为单边滑阀、双边滑阀和四边滑阀（见图4-72）。
图4-72 单边、双边和四边滑阀
图4-72a所示为单边滑阀，它有一个控制边。活塞上的阻尼孔使液压缸左右两腔相通。控制了边的开口量x1便控制了液压缸中油液的压力和流量，从而改变了液压缸的运动速度和方向。图4-72b所示为双边滑阀，它有两个控制边，液压油一路进入液压缸左腔，另一路经滑阀控制边（x1）的开口和液压缸右腔相通，并经控制边（x2）的开口流回油箱，当滑阀移动时x1增大（x2减小），或相反，这样就控制了液压缸右腔的压力，因而改变了液压缸的运动速度和方向。液压缸在初始平衡状态下，p1A1=p2A2，对应此时阀的开口量为x10和x20（零位工作点），而p2=ps。当阀芯向右移动时，开口x10增大，开口x20减小，p1增大，于是p1A1＞psA2，缸体向右运动。反之，若阀芯向左移动，则缸体亦向左运动。
图4-72c所示为四边滑阀控制式，它有四个控制边，边的开口量x1和x2是控制液压油进入液压缸左、右油腔的，x3和x4是控制左、右油腔通向油箱的。当滑阀移动时，x1和x4增大，x2和x3减小，或相反，这样就控制了进入液压缸左、右腔的油液压力和流量，从而控制了液压缸的运动速度和方向。
由此可见，单边、双边和四边滑阀的控制作用是相同的。单边式、双边式只用以控制单杆的液压缸，四边式用来控制双杆的液压缸。控制边数多时控制质量好，但结构工艺性差。一般说来，四边式控制用于精度和稳定性要求较高的系统，单边式、双边式控制则用于一般精度的系统。滑阀式伺服阀装配精度要求较高，价格较贵，对油液的污染也较敏感。
四边滑阀根据在平衡位置时阀口初始开口量x0的不同，可以分为三种类型，即负开口、零开口和正开口，如图4-73所示。
图4-73 滑阀的开口形式
a）负开口，x0＜0 b）零开口，x0=0 c）正开口，x0＞0
2.射流管
射流管装置的工作原理如图4-74所示。它由射流管3、受流板2以及液压缸1组成，其中液压缸1的缸体和受流板2固定连接，液压缸1的活塞固定不动。射流管3可绕垂直于图面的轴线左右摆动一个不大的角度。受流板2上有两个并列着的受流孔道a和b，它们把射流管3端部锥形喷嘴中射出的液压油分别通向液压缸1左右两腔。当射流管3处于两个受流孔道的中间位置时，两个受流孔道内油液的压力相等，液压缸1不动。当有输入信号使射流管3向左偏转一个很小的角度时，两个受流孔道内的压力不相等，液压缸1左腔的压力大于右腔的，液压缸1便向左移动，直到固连在液压缸体上的受流板2的移动使射流孔又处于两受流孔道的中间位置时为止；反之亦然。可见，在这种伺服元件中，液压缸运动的方向取决于输入信号（射流管3绕轴线左右摆动）的方向。
射流管装置的优点是：结构简单，元件加工精度要求低；射流管出口处面积大，抗污染能力强；射流管上没有不平衡的径向力，不会产生“卡住”现象。它的缺点是：射流管运动部分惯量较大，工作性能较差；射流能量损失大，零位无功损耗亦大，效率较低；供油压力高时容易引起振动，且沿射流管轴向有较大的轴向力。因此，这种伺服元件主要用于多级伺服阀的第一级。
图4-74 射流管装置的工作原理
1—液压缸 2—受流板 3—射流管
3.喷嘴-挡板
喷嘴-挡板装置的工作原理如图4-75所示。它由喷嘴2和3、挡板1、固定节流孔4和5等组成。挡板与喷嘴之间形成两个可变节流缝隙δ1和δ2。当挡板处于中间位置时，两缝隙所形成的节流阻力相等，两喷嘴内的油液压力也相等，即p1=p2，液压缸不动，液压油经固定节流孔4和5、节流缝隙δ1和δ2流回油箱。当输入信号使挡板向左摆动时，缝隙δ1变小，δ2变大，p1上升，p2下降，液压缸缸体向左移动。因机械负反馈作用，当喷嘴跟随缸体移动到挡板两边缝隙对称时，液压缸停止运动。
图4-75 喷嘴-挡板装置的工作原理
1—挡板 2、3—喷嘴 4、5—固定节流孔
喷嘴-挡板式装置的优点是：结构简单，运动部分惯性小，位移小，反应快，精度和灵敏度高，加工要求不高，没有径向不平衡力，不会发生“卡住”现象，因而工作较可靠。它的缺点是：无功损耗大，喷嘴-挡板间距离很小时抗污染能力差。因此，这种装置宜在多级放大式伺服元件中用作第一级（前置级）控制装置。
如果射流管或喷嘴-挡板装置作为伺服阀的第一级使用，则受其控制的不是液压缸，而是伺服阀的第二放大级。一般第二放大级是滑阀。
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