一种液压伺服阀的复位机构

2013-03-16康多祥赵金阳金遥兰翟天奎常军利孙建军杨帆边山成马春梅黄增

机床与液压 2013年2期

康多祥，赵金阳，金遥兰，翟天奎，常军利，孙建军，杨帆，边山成，马春梅，黄增

(1.西安陕鼓动力股份有限公司，陕西西安710075;2.上海衡拓实业发展有限公司，上海200031)

射流管伺服阀主要由阀体、阀芯、阀套、喷嘴、接受器、衔铁、线圈、反馈杆等组成。

当出现伺服阀内部反馈杆发生断裂故障、伺服阀的喷嘴受污染堵住、伺服阀的供油液压源突然掉压等以上几种失效模式时，都会使伺服油缸的活塞杆处于不确定的位置，在某些场合会对人员和设备的安全产生严重影响，是不允许的。实际上，常常要求伺服油缸的活塞杆在上述故障模式下要处于预知的、安全的工作位置。

1 伺服阀的工作原理及其故障形式

现常用的液压伺服阀主要有射流管伺服阀和喷嘴挡板形式的伺服阀，二者的先导级结构工作原理不同，但功率级滑阀阀芯和伺服油缸的工作情况是完全相同的。

以射流管伺服阀为例，如图1所示，在正常工作情况下，伺服阀没有控制电流11时，射流管7和喷嘴6处于中间位置，接受器8的两个接受孔压力相等，功率级滑阀阀芯2两端的压力相等，处于中间位置，各个油路孔(PS、T、PA、PB)之间互相切断;伺服阀线圈10 输入控制电流11 之后，衔铁9 在固定磁通和控制磁通的综合作用下发生偏转，带动射流管7 和喷嘴6偏转，接受器8的两个接受孔出现压力差，使功率级滑阀阀芯2两端出现压差，这个压差推动功率级滑阀阀芯2移动，同时带动反馈杆5移动，当衔铁9的偏转力矩与力矩马达中的弹性零件的复位力矩、反馈杆5的复位力矩达到平衡时，伺服阀的功率级滑阀阀芯2停留在一个工作位置上，控制口保持一定的开度，输出一定的流量，这个流量与伺服阀的输入电流存在连续的、一一对应的线性比例关系。当伺服阀内部反馈杆5 发生断裂、伺服阀的喷嘴6 因污染被堵，接受器的两个接受孔均没有压力或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力而发生故障的情况下，喷嘴6位于中间位置，功率级滑阀阀芯2两端没有控制压力差，从而导致功率级滑阀阀芯2处于不确定的位置，随之伺服油缸活塞杆的后续工作也处于未知状态，非常不利于生产的安全顺利进行。

图1 射流管伺服阀

对于喷嘴挡板形式的伺服阀，因与上述射流管伺服阀功率级滑阀阀芯和伺服油缸的工作情况是完全相同的，因此当喷嘴挡板形式的伺服阀出现内部反馈杆发生断裂或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力时，也会出现上述同样的生产事故。

2 液压伺服阀复位机构的结构及工作原理

针对现有技术的缺陷或不足，提出采用一种液压伺服阀的复位机构，使得液压伺服油缸的活塞杆在出现伺服阀内部反馈杆发生断裂、伺服阀的喷嘴因污染被堵或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力等故障时可处于预知、安全的工作位置。

为达到上述目的，采取如下的技术解决方案:

如图1所示，作者所介绍的液压伺服阀的复位机构至少包括液压伺服阀的功率级滑阀阀芯2和功率级滑阀控制腔3，并在功率级滑阀阀芯2与功率级滑阀控制腔3 之间安装一压缩弹簧1，该压缩弹簧1一端与功率级滑阀阀芯2的端侧面相对接，另一端与功率级滑阀控制腔3 内端面相对接。为了更好地限制压缩弹簧的安装位置，保证其彻底不干扰其他元件的工作，压缩弹簧1与功率级滑阀控制腔3 内端面之间设一弹簧底座4，弹簧底座4 上与压缩弹簧1对接的位置处有凹槽。在实际的生产过程中，弹簧底座4或安装于压缩弹簧1与功率级滑阀控制腔3 内端面之间，或与功率级滑阀控制腔3 内端壁制作成为一体。

以射流管伺服阀为例，如图1所示，在功率级滑阀控制腔3的一内端面对接一压缩弹簧1，该压缩弹簧1的另一端与功率级滑阀阀芯2侧端面相对接。为了达到更好的技术效果，可在压缩弹簧1与功率级滑阀控制腔3 内端面之间设一弹簧底座4，弹簧底座4上与压缩弹簧1对接的位置处有凹槽。其中的弹簧底座4或安装于压缩弹簧1与功率级滑阀控制腔3 内端面之间，或与功率级滑阀控制腔3 内端壁为一体。在伺服阀正常工作情况下，因所用压缩弹簧1的弹力通常只有几十牛顿的力，其弹力相对于液压力很小，压缩弹簧1对功率级滑阀阀芯2的弹力作用可忽略不计。

当伺服阀内部反馈杆5 发生断裂，功率级滑阀阀芯2两端有几乎相同的控制压力，衔铁9的偏转力矩与力矩马达中的弹性零件的复位力矩相平衡或伺服阀的喷嘴6 因污染被堵，衔铁9的偏转力矩与力矩马达中的弹性零件的复位力矩相平衡、伺服阀的供油液压源突然掉压，反馈杆5的复位力矩加上衔铁9的偏转力矩，与力矩马达中的弹性零件的复位力矩相平衡，而使得功率级滑阀阀芯2两端没有控制压力的情况下，喷嘴6位于中间位置，功率级滑阀阀芯2两端没有控制压力差，功率级滑阀阀芯2的受力主要为压缩弹簧1的弹力，功率级滑阀阀芯2在压缩弹簧1弹力的作用下被推到另一端，进而保证伺服阀从一个预先可知的控制油口出油，使执行机构(如伺服油缸)保持在安全的位置上。该伺服阀的复位机构可依据伺服油缸的实际工作要求选择性地装配在功率级滑阀阀芯的任一端。

如图1所示，当压缩弹簧1安装在左边位置的时候，在压缩弹簧1弹力作用下，功率级滑阀阀芯2会被推到右端，此状态下PA口与PS口相通，PB口和T口相通。当压缩弹簧1安装在右边位置的时候，在压缩弹簧1弹力作用下，功率级滑阀阀芯2会被推到左端，此状态下PA口与T口相通，PB口和PS口相通。

对于喷嘴挡板形式的伺服阀，其功率级滑阀阀芯和伺服油缸的工作情况是完全相同的，当喷嘴挡板形式的伺服阀出现内部反馈杆发生断裂，或伺服阀的供油液压源突然掉压，伺服阀失去先导压力时，同样可以使用上述解决方案来提高液压系统的工作安全性。