新型三級(jí)電反饋伺服閥性能參數(shù)
(1)功率級(jí)滑閥。由于三級(jí)伺服閥的功率級(jí)流量較大，其控制節(jié)流邊按全周邊節(jié)流邊設(shè)計(jì)。閥心行程為2mm。按設(shè)計(jì)的空載流量，從下式中計(jì)算出閥心的直徑為28mm。由于閥的流量能通過(guò)改變閥心的行程來(lái)確定，為試驗(yàn)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(shù)；XY為先導(dǎo)級(jí)閥閥心的最大位移；P-為額定壓力；ρ為油液密度。
由于三級(jí)滑閥的摩擦力將影響閥的靜態(tài)特性，故摩擦力應(yīng)盡可能小。因此三級(jí)滑閥的形位公差和表面粗糙度與一般兩級(jí)滑閥的要求一樣。滑閥設(shè)計(jì)成稍有正重疊，以減少閥在零位時(shí)由于閥心抖動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。
三級(jí)閥的流量曲線如圖16所示。在遮蓋量為0.6mm時(shí)，三級(jí)閥的流量曲線有約5%左右的死區(qū)；縮小遮蓋量到0.4mm時(shí)，其三級(jí)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(shí)，三級(jí)閥流量曲線已基本無(wú)死區(qū)，如圖17所示。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，將遮蓋量確定為單邊0.2mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
(2)先導(dǎo)級(jí)閥。三級(jí)閥的靜、動(dòng)態(tài)性能很大程度上是由前置閥的靜、動(dòng)態(tài)性能決定，因此要求前置閥的分辨率高，一般應(yīng)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(dǎo)致三級(jí)閥產(chǎn)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(fù)載中位壓力應(yīng)平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，否則將引起三級(jí)閥中位壓力變化。
前置閥的額定流量是由三級(jí)閥的功率級(jí)滑閥尺寸、閥心行程以及要求閥的頻率響應(yīng)所決定的。按功率級(jí)滑閥的直徑為3cm，閥心行程為0.18cm，閥的幅頻寬為100Hz來(lái)計(jì)算，要求的前置級(jí)提供的負(fù)載流量應(yīng)為8L/min。而通常檢測(cè)前置級(jí)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，一般是以輸入信號(hào)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(jí)額定流量。通過(guò)計(jì)算選用了額定流量為30L/min的閥作為前置閥。試驗(yàn)證明，如選用流量比30L/min更大的閥，當(dāng)然也能滿足三級(jí)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(jí)閥整個(gè)回路增益是一定的，流量增益增大，放大器的增益相應(yīng)降低，由此導(dǎo)致電器部分可調(diào)增益減小，以致回路參數(shù)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(jí)閥。
(3)液動(dòng)力。二級(jí)閥的閥心較小，其液動(dòng)力的影響在研制時(shí)往往忽略不計(jì)。但三級(jí)閥的閥心較粗，其液動(dòng)力的影響較大。為減少滑閥流道內(nèi)液動(dòng)力的影響，增加閥心兩端頸部的直徑或使用回流凸肩補(bǔ)償液動(dòng)力的方法，將主閥心截流邊設(shè)計(jì)成帶有弧度的形狀，來(lái)補(bǔ)償液動(dòng)力對(duì)伺服閥性能的影響。
(4)閥體流道及材料，在設(shè)計(jì)中考慮到閥體流道的暢通及主閥心的驅(qū)動(dòng)力，將閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得很大。國(guó)外產(chǎn)品一般采用鑄件，由于是試制產(chǎn)品，批量較小，單件澆鑄成本較高，目前考慮采取購(gòu)買能實(shí)現(xiàn)類似功能的大流量電磁換向閥的閥體鑄件，再根據(jù)要求自行加工的方法來(lái)解決。其閥體中各油路之間需用工藝孔溝通，在試制時(shí)各工藝孔用球堵將其密封。在試驗(yàn)過(guò)程中，壓力升至23MPa時(shí)，在工藝孔處出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。通過(guò)密封工藝上的改進(jìn)解決此類問(wèn)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(guān)鍵部件。采用位移傳感器反饋電液伺服閥的閥心位移信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制，可大大提高伺服閥的響應(yīng)速度和控制精度，對(duì)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(nèi)置于閥體內(nèi)，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(jù)三級(jí)閥的閥心最大位移來(lái)選擇，其線性度要求小于等于0.1%，體積越小越好。為確保產(chǎn)品研制成功，選擇了高性能、價(jià)格相對(duì)便宜的Schaevitz傳感器。根據(jù)三級(jí)閥的計(jì)算，其閥心行程在±1.8mm范圍內(nèi)，采用的位移傳感器是HCA 125。
(6)電路控制器。電路控制器的設(shè)計(jì)主要包括線性差動(dòng)變壓器(LVDT)調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)和放大器電路設(shè)計(jì)兩部分。整個(gè)電路控制器設(shè)計(jì)可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通過(guò)修改參數(shù)，能夠改變各環(huán)節(jié)增益。電路設(shè)計(jì)預(yù)留多處電位器調(diào)節(jié)，方便增益參數(shù)的改變。調(diào)制解調(diào)電路和放大器電路分別獨(dú)立設(shè)計(jì)，所有印制電路板設(shè)計(jì)中均采用分立元件。