电液比例控制技术讲义2.doc

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第二章电—机械转换器

§2.1引论

电——机械转换器是电液控制元件的输入单元，它将控制放大器输入的电信号转换为机械量，即力（力矩）和位移。

作为电液放大器的前置级，它的性能对整个元件的特性有十分重要的影响。

它影响稳态控制精度、动态响应性能、抗干扰能力、工作可靠性。

常见的有六种电——机械转换器：

即直流和交流伺服电机；步进电机；动圈式力马达；动铁式力马达；力矩马达；比例电磁铁。

表2-1电——机械转换器对比表

型式

比例电磁铁

动圈式力马达

力矩马达

伺服电机

工作原理

利用磁路中磁通力图缩短其长度或磁场使磁路中磁阻减小的特性，使衔铁和轭铁间产生吸力，输出机械力。

导体（线圈）在磁场中受力，使线圈相对轭铁移动输出机械力。

控制磁场和永磁场相互作用，衔铁相对轭铁转动，输出机械力矩。

载流导体在磁场中受电磁力。

特点

一般材料，工艺性好，输出力大，动态性能较差。

贵重材料，工艺性尚好，机械力较大，动态性能好。

结构复杂，贵重材料，动态性能好。

结构复杂，动态性能一般。

应用

比例压力阀，比例流量阀，比例方向阀，比例复合阀。

压力阀，流量阀。

压力阀，方向流量阀。

流量阀，压力阀。

§2.2比例电磁铁

能够把输入的直流电流信号，连续地、按比例地转换成机械力输出，推动液压阀芯位移。

§2.2.1分类

力调节型比例电磁铁——具有特定的力电流特性

行程调节型比例电磁铁——具有模拟形式的位移电流特性

表2-2比例电磁铁对比表

项目

力调节型比例电磁铁

行程调节型比例电磁铁

基本

特性

电流----力特性

位移----电流特性

工作

原理

衔铁行程没有明显的变化时，改变电流I，就可调节其输出的电磁力。

衔铁的位置由一个闭环调节回路进行调节。

只要电磁铁在其允许的工作区域内工作，其衔铁位置就保持不变，而与所受反力无关。

反馈

环节

由于电子放大器中设置电流反馈环节，在电流值恒定不变时，可使磁通量进而使电磁力保持不变。

配上电反馈环节后，电磁铁的滞环及重复误差均较小。

此外，作用在阀芯上的液动力也受到控制（与各种可能产生的干扰力相比，电磁力较小）。

工作

行程

在控制电流不变时，电磁力在其工作行程内保持恒定，其有效工作行程约1.5mm。

电磁铁的行程，因其规格而异，一般在3~5mm之间。

应用

行程较小，结构很紧凑，故可用于比例方向阀和比例压力阀的先导级，将电磁力转换为液压力。

它是一种可调节型直流比例电磁铁，在其衔铁中充满工作油液。

能够直接推动诸如比例方向阀、流量阀及压力阀的阀芯，并将其控制在任意位置上。

其主要用来控制直接作用式四通比例方向阀。

§2.2.2结构及工作原理

（1）力调节型比例电磁铁

图2-1力调节型比例电磁铁结构图

图2-2力调节型比例电磁铁原理图

（2）行程调节型比例电磁铁

图2-3行程调节型比例电磁铁结构图

图2-4行程调节型比例电磁铁原理图

（3）磁路分析

前端盖极靴

工作气隙

衔铁

非工作气隙

导套

导磁外壳

图2-5比例电磁铁磁路图

（4）反馈特性

加上电感式位移传感器构成闭环控制，可改善滞环特性和非线性。

带电流反馈提高了快速响应性能，显著缩短了时间常数。

§2.2.3技术要求

（1）应具有水平的吸力——位移特性

即力的大小只与电流信号的大小有关，而与阀可动部分的位置无关（可参见图2-1）。

（2）磁化曲线是非线性的，应尽量使其呈线性

磁化曲线是磁场强度与磁感应强度的关系曲线。

输入控制电流决定磁场强度，磁感应强度决定输出电磁吸力。

所以输入控制电流与输出电磁吸力存在非线性，应当改善其特性，使之具有良好的线性。

（3）要减少滞环误差

输出力与输入电流的关系特性或稳态特性，存在明显的滞环，这是由磁滞和电磁衔铁运动的摩擦力所造成的，应力求减少。

（4）承压能力

衔铁腔应能承受35MPa以上的油压；

同时应对油液污染不敏感；

油温范围为-20—70度。