如何選擇MOOG穆格伺服閥

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對于伺服閥的選取,有許多因素可考慮,但有兩點是設計者必須認真對待的。

1 　閥的類型

在滿足系統最重要指標(如閥的頻寬、流量特性等) 的前提下,盡量考慮選用對油的污染敏感度低的伺服閥(而不是比例閥) 。實踐證明,80 %以上伺服閥的故障與70 %以上的伺服系統的故障來自于油的污染,而油的污染最容易堵塞的是伺服閥的流道(如噴嘴擋板閥的噴嘴與擋板間的間隙,通常其間隙量小于0. 1mm) 。

就閥本身而言,一般情況下,其對油的污染的不敏感性為:大流量閥優于小流量閥(結構形式和放大級數相同前提下) ,動圈式力馬達(推力或力矩大) 優于動鐵式力矩馬達,滑閥式(取消固定節流孔后流道變大) 和射流管式(噴嘴及其與接受孔間的距離大) 優于噴嘴擋板式,比例閥(其滑閥行程xv 大) 優于伺服閥,比例壓力閥或比例拆裝閥優于比例方向閥。如噴嘴擋板式伺服閥,對油的精度要求為優于NAS1638 標準的6 級( ISO4406 標準的14/ 11 級) ,而動圈式力馬達式伺服閥或比例方向閥,對油的精度要求為NAS1638 標準的7 級( ISO4406 標準的15/ 12 級) 即可。而比例壓力閥或比例拆裝閥對油的精度要求還可再低一個等級,如NAS1638 標準的8 級( ISO 標準的16/ 13 級) ,已接近普通拖動系統對油的使用要求。

有一種考慮是設計中盡量選用比例閥,其依據是既可使系統對油的精度要求降低,又可降低成本。筆者認為這種想法是不足取的。因為比例閥不僅頻響低(一般低于10 赫芝,新設計概念的“比例閥"另當別論,因其已超出了傳統比較閥的范疇,且價格不菲) ,更要緊的是,由于結構原理和加工精度等原因,它的非線形區(死區) 范圍大。所以選用比例閥作閉環控制的直接后果是:

(1) 使整個系統的頻響大大降低。由控制理論分析知,即使執行機構(即缸) 的頻響再高,整個系統的頻寬也不會大于10 赫芝。

(2) 有可能使控制系統不穩定(由控制理論非線形分析可知) ,造成伺服液壓缸無法正常工作。所以,在選用比例閥時應慎重。一般認為,在滿足頻響(由分析知,當閥的頻響大于3 倍缸的頻響時,系統動特性就由缸的頻響決定) 的前提下,對于中小流量(小于100 升/ 分) 情況,建議選用單級動圈式馬達驅動滑閥式伺服閥(如Moog633 、634 等,其頻響很易做到80 - 100 赫芝) 。對于大流量(100 升/ 分以上) ,建議選用動圈式力馬達為先導級的滑閥式多級伺服閥(如上海液壓件一廠的DY系列、北京機械工業自動化所的SV 系列等,其頻響可達50 - 80 赫芝) 。

這種僅供參考的選取,可以兼顧伺服缸對動態性能的要求和對油的污染度的要求。

2 　閥的流量

一般選取的順序是,先由執行機構最大負載pL下應達到的速度確定負載流量QL ,再由QL 確定系統的空載流量QS ,即

QS = QL

pS

pS - pL

式中: pS -系統供油壓力;

pL -負載壓力

定出QS 后,再由樣本選取規定閥壓降ΔpN (一般為7MPa) 下的空載流量QR ,即:

QR = QS

ΔpN

pS

這樣,閥的流量就可以初步確定下來了。

但是,考慮到輸入信號的多變性(常會大于預計輸入信號的最大值,此時會引起流量飽和,劣化系統的品質指標) ,為使控制系統具有較強的適應性,建議實際選用的伺服閥的空載流量QR應大于或等于2 倍的計算空載流量QR 。閥的規格過大的不足是響應慢(因慣量大) ,且閥的大行程得不到經常有效的工作和磨合,系統的靈敏度也差。

改善這種狀況有效的做法是,選用兩個較小規格的伺服閥,其流量之和等于所需的一個大規格閥的流量,將其并聯使用,這可在幾乎不增加成本的前提下明顯改善伺服缸的動特性。