伺服阀基本概念（四）
文摘
工业农业
2024-09-21 06:00
江苏
问题1：为什么负载压降为供油压力三分之二时，阀的输出功率最大？问题1：为什么负载压降为供油压力三分之二时，阀的输出功率最大？阀的输出功率也即负载的消耗功率。假设系统供油压力为Ps，负载压力为PL=2/3Ps,阀上的压降为△P=Ps-PL=1/3Ps。则阀的输出流量为：![]()
这是流量公式，一定要理解透彻。式中的△P为单个节流边的压降，也就是一个阀口的压降。对于常规伺服阀，P→A和B→T是对称的。所以P→A边的压降=B→T的压降，整阀的压降为P→A边压降+B→T边压降。负载为PL，则整阀的压降为Ps-PL，由于两侧节流边对称，则每个节流边压降为（Ps-PL）/2，这就是式（1）中的△P。此处理解较为困难，如果不理解，对于非对称伺服阀，计算流量就容易出错。下节内容，以A：B面积2:1的伺服阀为例，讲解流量公式的计算。![]()
带领大家推导了一遍基本公式。学习一定不要怕麻烦，每个公式都要自己推演，搞清楚来龙去脉。![]()
在此引申出一个问题，即为什么伺服阀的额定压降定义为7MPa（穆格阀）？伺服阀最初用于航空液压系统，由于以前的飞机液压系统最高工作压力为21MPa，而且航空系统对能源的利用率要求极高，要求最大可能的减轻液压系统重量。因此按照极限功率，阀的压降为系统压力三分之一，也即7MPa；负载压降为系统压力的三分之二，也即14Mpa。7Mpa的压降，在阀上产生的流量输出即为负载要求的流量。7MPa压降点，是阀的最大输出功率点。这样设计出来的液压系统，效率是最高的。分辨率：主要是由于库伦力和滑阀副摩擦力导致。与滑阀的加工质量有很大关系，比如阀芯阀套圆柱度，配合间隙等；也与先导级的压力增益和油温有关。先导级的压力增益越大，启动负载的能力越强；油温越高，黏度越小，库仑力和阻尼系数越小。滞环：严格来说，分辨率是滞环的一部分。影响分辨率的因素也会影响滞环。由于分辨率主要受滑阀副的影响，并且对控制精度影响相对较大，故对分辨率单独要求。除了影响分辨率的那些因素外，导致滞环的原因还包括机械游隙：比如阀套松动，装配螺钉松动；磁性材料的磁滞：比如磁畴的转动和摩擦等；阀芯运动的阻尼：受油温、压力-流量系数以及遮盖的影响。分辨率是滞环的一部分，因此分辨率总是小于滞环。对于流量伺服阀，其本质是一个位置控制系统，因此控制精度与阀的环路增益有关，提高环路增益，分辨率和滞环都会得到改善。由于EFB阀增益可以做得比MFB高很多，因此EFB阀的分辨率和滞环都比MFB的阀小。按照GJB3370-98飞机电液流量伺服阀通用规范要求，伺服阀频域特性定义为输入电流峰间值为50%额定电流下，控制流量的幅值比从+2db衰减至-3db时的频带宽度为伺服阀的幅频宽；相位滞后90°时对应的频率为伺服阀的相频宽。假设伺服阀初始输出为A0,可以为阀芯位移或者流量，-3db时输出为A，则：![]()
在此又涉及一个问题，为什么定义为衰减至0.707？鄙人觉得，这只是一个通用定义。在电子技术中，带宽的截止频率就是定义为幅值的0.707。实际上，也可定义为衰减至0.5。比如穆格公司很多伺服阀，样本中幅频宽的定义范围就是-6db（衰减至0.5A），具体计算可参考式（7）。通过公式（7）的计算，相信很多人都明白了+2db的计算过程。在此解释一下，为什么伺服阀的频域测试时，会出现+db的情况。按理说，随着衰减，幅值会越来越小，怎么还会变大？实际上，这是谐振引起的。在实际测试中，由于油液压缩、系统供油以及伺服阀本身等综合因素影响，伺服阀在幅频特性中可能表现出谐振，在时域特性中可能表现出超调。+2db对应的超调量最大，此时为25.89%。
