新型三級電反饋伺服閥性能參數
(1)功率級滑閥。由于三級伺服閥的功率級流量較大,其控制節(jié)流邊按全周邊節(jié)流邊設計。閥心行程為2mm。按設計的空載流量,從下式中計算出閥心的直徑為28mm。由于閥的流量能通過改變閥心的行程來確定,為試驗留有充分的空間,將閥心直徑確定為30mm。
式中:D為閥心直徑;Q為額定流量;Cd為滑閥流量系數;XY為先導級閥閥心的最大位移;P-為額定壓力;ρ為油液密度。
由于三級滑閥的摩擦力將影響閥的靜態(tài)特性,故摩擦力應盡可能小。因此三級滑閥的形位公差和表面粗糙度與一般兩級滑閥的要求一樣?;y設計成稍有正重疊,以減少閥在零位時由于閥心抖動對系統(tǒng)產生的影響。
三級閥的流量曲線如圖16所示。在遮蓋量為0.6mm時,三級閥的流量曲線有約5%左右的死區(qū);縮小遮蓋量到0.4mm時,其三級閥流量曲線的死區(qū)范圍約為3%左右;縮小遮蓋量到0.2mm時,三級閥流量曲線已基本無死區(qū),如圖17所示。經過多次試驗,將遮蓋量確定為單邊0.2mm,達到設計要求。
(2)先導級閥。三級閥的靜、動態(tài)性能很大程度上是由前置閥的靜、動態(tài)性能決定,因此要求前置閥的分辨率高,一般應小于0.3%。如果分辨率較差,則在閥的位置回路中易形成非線性,導致三級閥產生不規(guī)則漂移,從而影響系統(tǒng)在靜態(tài)或低頻狀態(tài)下的正常工作。另外,前置閥的負載中位壓力應平穩(wěn),無抖動現象,否則將引起三級閥中位壓力變化。
前置閥的額定流量是由三級閥的功率級滑閥尺寸、閥心行程以及要求閥的頻率響應所決定的。按功率級滑閥的直徑為3cm,閥心行程為0.18cm,閥的幅頻寬為100Hz來計算,要求的前置級提供的負載流量應為8L/min。而通常檢測前置級的動態(tài)特性時,一般是以輸入信號的幅值為額定電流的1/4,故將流量乘以4倍作為選定的前置級額定流量。通過計算選用了額定流量為30L/min的閥作為前置閥。試驗證明,如選用流量比30L/min更大的閥,當然也能滿足三級閥的要求,然而流量增大了,即前置閥提供的流量增益也將增大,而三級閥整個回路增益是一定的,流量增益增大,放大器的增益相應降低,由此導致電器部分可調增益減小,以致回路參數變化較為靈敏,故確定用額定流量為30L/min,并且分辨率小于0.3%,閥的幅頻寬為lOOHz以上的閥為前置級閥。
(3)液動力。二級閥的閥心較小,其液動力的影響在研制時往往忽略不計。但三級閥的閥心較粗,其液動力的影響較大。為減少滑閥流道內液動力的影響,增加閥心兩端頸部的直徑或使用回流凸肩補償液動力的方法,將主閥心截流邊設計成帶有弧度的形狀,來補償液動力對伺服閥性能的影響。
(4)閥體流道及材料,在設計中考慮到閥體流道的暢通及主閥心的驅動力,將閥體結構設計得很大。國外產品一般采用鑄件,由于是試制產品,批量較小,單件澆鑄成本較高,目前考慮采取購買能實現類似功能的大流量電磁換向閥的閥體鑄件,再根據要求自行加工的方法來解決。其閥體中各油路之間需用工藝孔溝通,在試制時各工藝孔用球堵將其密封。在試驗過程中,壓力升至23MPa時,在工藝孔處出現漏油現象。通過密封工藝上的改進解決此類問題。在以后的再加工中,將閥體的材料改用鑄鋼,以確保密封的可靠性。
(5)位移傳感器。位移傳感器是電反饋伺服閥的關鍵部件。采用位移傳感器反饋電液伺服閥的閥心位移信號,構成閉環(huán)控制,可大大提高伺服閥的響應速度和控制精度,對提高伺服閥的整體性能起到重要作用。由于位移傳感器要內置于閥體內,所以傳感器的體積是選擇條件之一。另外行程范圍、線性度及分辨率都是要考慮的因素。位移傳感器的靈敏度要高,行程范圍主要根據三級閥的閥心最大位移來選擇,其線性度要求小于等于0.1%,體積越小越好。為確保產品研制成功,選擇了高性能、價格相對便宜的Schaevitz傳感器。根據三級閥的計算,其閥心行程在±1.8mm范圍內,采用的位移傳感器是HCA 125。
(6)電路控制器。電路控制器的設計主要包括線性差動變壓器(LVDT)調制解調電路設計和放大器電路設計兩部分。整個電路控制器設計可以單獨進行調試,系統(tǒng)調試時通過修改參數,能夠改變各環(huán)節(jié)增益。電路設計預留多處電位器調節(jié),方便增益參數的改變。調制解調電路和放大器電路分別獨立設計,所有印制電路板設計中均采用分立元件。