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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 電液伺服閥調(diào)試過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)控制方法

0.?引言???電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵元件和接口，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊等許多優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)和其他工業(yè)控制領(lǐng)域。伺服閥調(diào)試過(guò)程作為整個(gè)生產(chǎn)周期的最后環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制對(duì)于保證伺服閥動(dòng)、靜態(tài)性能，提高工作穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的意義。

1. ?伺服閥工作原理???電液伺服閥是電液伺服控制系統(tǒng)中的重要控制元件，在系統(tǒng)中起著電液轉(zhuǎn)換和功率放大作用，它能將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殚y的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓伺服系統(tǒng)執(zhí)行器的流量以及壓力控制。?

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???以在工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的兩級(jí)電液伺服閥為例，伺服閥一般由力矩馬達(dá)、前置級(jí)液壓放大器和功率級(jí)滑閥組成。圖1和圖2分別為噴嘴擋板型、偏導(dǎo)射流型電液伺服閥原理圖。力矩馬達(dá)由永久磁鐵、導(dǎo)磁體、線圈及彈簧管、銜鐵、反饋桿、擋板等組成，反饋桿小球插在閥芯中間的槽內(nèi)；前置級(jí)液壓放大器由節(jié)流孔、噴嘴（或射流盤）、回油阻尼器等組成。????當(dāng)線圈輸入控制電流信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生電磁力矩，使銜鐵帶動(dòng)與其剛性聯(lián)接的擋板產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。兩噴嘴腔壓差改變時(shí)，閥芯即在壓差驅(qū)動(dòng)下作用，帶動(dòng)小球運(yùn)動(dòng)使彈性反饋桿變形，從而向銜鐵組件施加一個(gè)反饋力矩，直到這個(gè)反饋力矩與力矩馬達(dá)的電磁力矩平衡，銜鐵停留在某個(gè)相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角上。此時(shí)反饋桿的變形使擋板被部分地拉回中位，最終閥芯的驅(qū)動(dòng)力與液動(dòng)力平衡，閥芯停留在相應(yīng)的位移上，此時(shí)伺服閥輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的流量，實(shí)現(xiàn)了由控制電流對(duì)輸出流量的控制。

2.?伺服閥調(diào)試過(guò)程關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其????控制方法???伺服閥作為高精度、高靈敏度的液壓控制元件，要求具備較好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性以及穩(wěn)定性，而伺服閥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，也決定了調(diào)試過(guò)程的精細(xì)化，為了保證伺服閥性能滿足要求，需要在調(diào)試過(guò)程中對(duì)影響整閥動(dòng)、靜態(tài)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行識(shí)別并加以控制，伺服閥調(diào)試過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要有如下幾點(diǎn)。
2.1??油路沖洗????目前航天使用的電液伺服閥，為適應(yīng)航天型號(hào)重量輕、安裝空間小、工作環(huán)境惡劣的需求采取集成、緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中節(jié)流孔、射流盤等核心組件尺寸小，具有精密微小孔和微小型腔結(jié)構(gòu)特征，尺寸一般在0.10～0.80mm之間；閥套類零件則為精密深孔且具有通油環(huán)槽、密封槽結(jié)構(gòu)，如圖5所示；殼體類零件則多為形狀復(fù)雜的異形槽、盲孔、斜孔、階梯孔等，如圖6所示。????電液伺服閥以液壓油作為工作介質(zhì)，在工作過(guò)程中對(duì)于多余物的存在十分敏感，多余物來(lái)源可分為外部引入、內(nèi)部產(chǎn)生[2]，存在于液壓系統(tǒng)內(nèi)部的死角，如盲孔、小孔、配合表面縫隙以及各密封結(jié)構(gòu)處，直接影響產(chǎn)品的性能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致伺服閥工作失效，多余物可能存在于零件制造、裝配及調(diào)試各個(gè)環(huán)節(jié)，零件加工過(guò)程和裝配前均要求進(jìn)行清洗，為了預(yù)防多余物殘留，在調(diào)試前需進(jìn)一步進(jìn)行高壓液流沖洗沖洗油路時(shí)，為了有效去除內(nèi)部殘留物需分別對(duì)帶有噴嘴、射流盤等微小結(jié)構(gòu)的底座和殼體進(jìn)行沖洗，并且采用正沖和反沖相結(jié)合的方式，所謂正沖即高壓油流經(jīng)油濾組件進(jìn)入噴嘴或射流盤兩腔，再經(jīng)伺服閥回油腔返回試驗(yàn)臺(tái)回油；而反沖正好相反，試驗(yàn)臺(tái)油液通過(guò)工裝進(jìn)入伺服閥的回油油路，反向進(jìn)入伺服閥噴嘴最后從測(cè)壓孔兩腔流出返回試驗(yàn)臺(tái)回油。采用正沖和反沖方式?jīng)_洗油路有利于去除存在于噴嘴擋板間隙、射流盤射流口以及閥套均壓槽中的多余物。
2.2??前置級(jí)性能穩(wěn)定性篩選????無(wú)論是噴嘴擋板式還是射流管式伺服閥，其前置級(jí)都是基于噴射射流的基本原理，形成射流流場(chǎng)。由于從噴嘴和射流管噴出的油液速度非?？?，而流場(chǎng)的尺度又很小，因此該射流流場(chǎng)中常常伴隨有較強(qiáng)的剪切流動(dòng)，甚至在某些特定的工況下，伺服閥會(huì)產(chǎn)生高頻的自激噪聲，并伴隨著強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)[3]，前置級(jí)性能穩(wěn)定性直接影響伺服閥的壓力零漂、溫度零漂以及抖動(dòng)等，為了保證伺服閥調(diào)試合格率，因而需要對(duì)前置級(jí)性能穩(wěn)定性進(jìn)行初步篩選，通過(guò)壓力對(duì)稱性篩選檢測(cè)射流盤的兩個(gè)接收腔的壓力對(duì)稱性和壓力穩(wěn)定性，如圖7所示，p1、p2為兩個(gè)接收腔的壓力。前置級(jí)篩選時(shí)，需要保證額定工作壓力范圍內(nèi)噴嘴或射流盤兩腔壓力差值滿足設(shè)計(jì)要求，并將壓力抖動(dòng)幅度控制在一定范圍內(nèi)，避免工作時(shí)壓力脈動(dòng)太大引起前置級(jí)不穩(wěn)定。?
2.3??調(diào)整零位??伺服閥的零位由液壓零位、機(jī)械零位和電磁零位三個(gè)零位組成，零位一致性好壞直接影響伺服閥的靜態(tài)特性和零區(qū)特性以及環(huán)境適應(yīng)性，也是后續(xù)調(diào)試的基礎(chǔ)與前提。三個(gè)零位的調(diào)整順序依次為液壓零位、機(jī)械零位、電磁零位。????液壓零位是指在工作壓力下伺服閥前置級(jí)左右兩腔控制壓力的對(duì)稱情況，調(diào)整液壓零位時(shí)應(yīng)避免反饋桿小球與閥芯之間無(wú)作用力，需要將反饋桿小球脫離閥芯，調(diào)整噴嘴或?qū)Я靼逦恢脮r(shí)應(yīng)緩慢施加作用力避免出現(xiàn)應(yīng)力集中。機(jī)械零位是指反饋桿在自由狀態(tài)下閥芯的位置，調(diào)試過(guò)程中通過(guò)微調(diào)底座安裝螺釘與螺釘孔之間的間隙達(dá)到調(diào)整機(jī)械零位的目的。電磁零位是指力矩馬達(dá)無(wú)電流信號(hào)輸入時(shí)，電磁回路使銜鐵偏轉(zhuǎn)為零，調(diào)整電磁零位時(shí)首先檢查力矩馬達(dá)四個(gè)氣隙基本均勻一致，將磁鋼充磁至飽和程度再退磁至工作點(diǎn)附近，調(diào)整或修研調(diào)整墊片觀察氣隙厚度應(yīng)基本一致，并保證力矩馬達(dá)4個(gè)安裝螺釘?shù)臄Q緊力矩盡量一致避免應(yīng)力分布不均導(dǎo)致電磁零位發(fā)生變化。
???為了消除和釋放零位調(diào)整過(guò)程中的內(nèi)部殘余應(yīng)力需要進(jìn)行時(shí)效處理，目前普遍采用熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效，熱時(shí)效存在能耗大、成本高、材料機(jī)械性能下降等弊端，振動(dòng)時(shí)效又稱振動(dòng)消除應(yīng)力法，將產(chǎn)品在其固有頻率下進(jìn)行數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘的振動(dòng)處理，消除其殘余應(yīng)力，使尺寸精度獲得穩(wěn)定的一種方法[4]。熱時(shí)效能消除50%～80%的內(nèi)部殘余應(yīng)力，振動(dòng)時(shí)效能夠消除20%～80%，但振動(dòng)時(shí)效所的消耗能源僅為熱時(shí)效的5%[5]。這種工藝耗能少、時(shí)間短、效果顯著，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空、化工器械、動(dòng)力機(jī)械等行業(yè)中。
2.4??充退磁對(duì)銜鐵進(jìn)行限位保護(hù)當(dāng)給線圈加載電流信號(hào)時(shí)，力矩馬達(dá)在固定磁通和控制磁通作用下銜鐵組件發(fā)生偏轉(zhuǎn)，前置級(jí)左右兩腔形成壓差推動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，調(diào)試過(guò)程中一般通過(guò)充退磁儀改變力矩馬達(dá)控制磁通，充磁至飽和瞬間銜鐵會(huì)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)甚至出現(xiàn)高頻振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)致與銜鐵過(guò)盈連接的彈簧管產(chǎn)生較大的彈性變形，降低彈簧管使用壽命，因此，調(diào)試充磁時(shí)為了保護(hù)銜鐵在氣隙中需塞入隔離保護(hù)工裝進(jìn)行限位。
2.5??前置級(jí)壓力增益對(duì)穩(wěn)定性的影響???前置級(jí)壓力增益反映了噴嘴兩腔或射流盤兩接收腔的輸出壓差驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的能力，若是噴嘴擋板間隙過(guò)小，或者偏導(dǎo)板在射流盤中的位置靠近回油側(cè)，則噴嘴兩腔、射流盤兩接收腔壓力增大，前置級(jí)壓力增益升高，容易引起伺服閥壓差振蕩、零漂隨壓力和溫度變化大；反之噴嘴擋板間隙過(guò)大，或者偏導(dǎo)板在射流盤中的位置靠近供油側(cè)，壓力增益過(guò)低則導(dǎo)致伺服閥動(dòng)態(tài)低、分辨率差，響應(yīng)能力下降。
????為了保證伺服閥具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，在調(diào)試過(guò)程中通過(guò)撥動(dòng)銜鐵使其在一定位移范圍內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，觀察前置級(jí)兩腔壓力隨銜鐵偏轉(zhuǎn)的變化情況，調(diào)整導(dǎo)流板在射流盤中前后位置、噴嘴中位壓力高低的方法尋找最佳工作點(diǎn)。
2.6??殼體剩磁對(duì)分辨率和滯環(huán)的影響???伺服閥殼體目前普遍采用鋁合金和不銹鋼材料，電磁零位調(diào)整時(shí)需在殼體上通過(guò)對(duì)力矩馬達(dá)部分進(jìn)行充退磁至工作狀態(tài)，不銹鋼材料作為一種鐵磁材料具有較高的磁導(dǎo)率，在外加磁場(chǎng)作用下極易磁化，并且不可逆轉(zhuǎn)，殼體磁化后影響閥芯在閥套中的運(yùn)動(dòng)靈活性，最終導(dǎo)致伺服閥分辨率、滯環(huán)等性能指標(biāo)變差。
???為了消除殼體剩磁對(duì)伺服閥性能的影響，調(diào)試過(guò)程中可采用兩種方法調(diào)整前置級(jí)，其一是將前置級(jí)和殼體進(jìn)行隔離，在工裝上單獨(dú)對(duì)前置級(jí)進(jìn)行充退磁，其二，前置級(jí)和殼體整體充磁后單獨(dú)對(duì)殼體進(jìn)行退磁，通過(guò)給殼體加載反向磁場(chǎng)，同時(shí)逐漸減小磁化電流，達(dá)到完全退磁。

3.?結(jié)論?????本文基于伺服閥工作原理并結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)辨識(shí)伺服閥調(diào)試過(guò)程中影響產(chǎn)品性能穩(wěn)定性的若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出了行之有效的控制方法，上述控制方法已經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)于提高伺服閥性能穩(wěn)定性和可靠性效果顯著。

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