1　引言

　　傳統(tǒng)的電液伺服閥中zui典型也zui常用的是雙噴嘴擋板式滑閥力反饋伺服閥，它采用力矩馬達作為電-機械轉換裝置，雙噴嘴擋板閥為液壓放大元件，力反饋桿與彈簧管構成機械反饋。雖然力矩馬達具有固有頻率高、結構緊湊等優(yōu)點，但為了限制非線性，力矩馬達銜鐵的輸出位移一般都很小，制造精度要求高，力反饋桿與彈簧管構成的機械反饋使得力矩馬達的抗污染性差，價格高。
　　動圈式力馬達在氣隙中運動時不改變氣隙的長度，具有位移量大的特點，用力馬達直接驅動滑閥，可以增加閥的抗污染能力。早期的動圈式力馬達伺服閥，由于為了充分利用力馬達的線性，閥芯行程大，對中彈簧的剛度一般較小，而動圈與先導閥芯連接在一起，運動部分質量大，致使力馬達的頻率低，響應速度慢。隨著電子技術與傳感器技術的發(fā)展，通過提高動圈式力馬達的驅動電流來加大力馬達的輸出力已不再困難，利用*的位移檢測技術實現(xiàn)閥芯位置的高精度檢測不僅可行而且經濟，因此近年來，數(shù)百赫茲以上高頻響大流量伺服閥幾乎都采用動圈式力馬達結構。本文以日本KYB工業(yè)株式會社生產的MK伺服閥為例，分析動圈式伺服閥的特點及其檢測問題。

2　MK閥及其放大器的特點

　　MK電液伺服閥是一種全電反饋、二級驅動、雙位置閉環(huán)的電液伺服閥。它具有高頻響、高精度、抗污染性好、性能穩(wěn)定等特點。與力反饋相比，采用電反饋不僅簡化了伺服閥的結構，而且為用電氣參數(shù)來改變閥的特性提供了技術基礎。

　　伺服閥由先導閥、主閥和減壓閥等組成。先導級主要有：動圈力馬達、滑閥以及電渦流位移傳感器等組成，電氣部分是*干式，動圈運動時直接推動閥芯移動，閥芯的位移由嵌入式電渦流位移傳感器檢測反饋到放大器的輸入端形成電氣閉環(huán)。這種直動加電氣反饋的方式，使得其結構特別簡單，大大提高了可靠性。主閥由先導級驅動，主閥芯與嵌入式差動變壓器位移傳感器的鐵芯相連接，主閥芯的位移由差動變壓器位移傳感器檢測，反饋到放大器的輸入端形成第二級反饋。減壓閥位于主閥與先導閥之間，以保證先導閥能得到穩(wěn)定的供油壓力。伺服放大器由功率放大、主閥環(huán)路、加算電路、直流電源以及檢測電路等部分組成，其電流驅動能力為±3.5 A＠±48V。傳感器、放大器緊靠伺服閥放置，負責先導閥、主閥閥芯位移信號的處理與放大，并將位移信號轉換為4～20 mA的電信號。這種電流傳輸方式，大大提高了系統(tǒng)的抗*力。

　　這種全電反饋、二級驅動、雙位置閉環(huán)的電液伺服閥本身是一個機、電、液一體化的復雜精密控制系統(tǒng)，對其進行性能參數(shù)、品質指標的檢測不僅是衡量其性能優(yōu)劣的重要手段，也是調節(jié)電氣參數(shù)保證其正常、、穩(wěn)定運行和強化維修的必要手段。

3　自動檢測系統(tǒng)組成原理

　　從上述分析可知：動圈式全電反饋MK閥的性能檢測實際上是對全電反饋電液伺服系統(tǒng)的性能檢測。為了保證檢測系統(tǒng)的阻抗效應不影響MK閥的性能及其參數(shù)的調整，檢測系統(tǒng)除完成先導閥、主閥的流量特性、壓力泄漏特性、閥芯位移特性以及頻率特性等檢測功能外，還應采取隔離措施和有效的抗干擾技術，保證閥的性能不受影響。
　　圖2為自動檢測系統(tǒng)組成原理框圖。系統(tǒng)軟件在WINDOWS環(huán)境下實現(xiàn)，具有良好的人機界面和可操作性。系統(tǒng)硬件主要由監(jiān)控計算機、激勵信號發(fā)生單元、傳感器及其變送單元、信號采集與處理單元、檢測結果輸出單元以及試驗裝置和被試伺服閥等組成。
　　(1) 監(jiān)控計算機

　　監(jiān)控計算機采用工業(yè)控制機，是整個測試系統(tǒng)的主控機。通過友好的人機界面，負責接收用戶指令，根據試驗目的監(jiān)視、管理程控信號發(fā)生器、BCDGPIB數(shù)據轉換單元、1253增益相位分析儀、PM3384四通道數(shù)字-模擬組合式示波器等智能儀器的工作狀態(tài)，并負責控制DS P接口板完成被測量的模擬采集、分析與處理等。同時，監(jiān)控計算機通過大屏幕顯示器和打印機實現(xiàn)測試狀態(tài)和結果的顯示、打印輸出。

　　通過IEEE488總線，監(jiān)控計算機與程控信號發(fā)生器、BCDGPIB數(shù)據轉換單元、1253增益相位分析儀、PM3384四通道數(shù)字-模擬組合式示波器等智能儀器進行通信，完成這些智能儀器工作模式和量程等工作狀態(tài)的設置、試驗數(shù)據的獲得等工作。

　　(2) 激勵信號發(fā)生單元

　　激勵信號發(fā)生單元包括兩部分，一為程控信號發(fā)生器，二為1253增益相位分析器的激勵信號輸出部分。程控信號發(fā)生器可以產生正弦波、三角波、偽隨機信號、階躍信號等，1253增益相位分析器的激勵信號輸出為正弦波。監(jiān)控計算機通過IEEE488總線操作激勵信號發(fā)生單元，設置信號的類型、幅值等參數(shù)，產生試驗項目所需的各種激勵信號。

　　(3) 傳感器及其變送單元

　　傳感器及其變送單元是伺服閥檢測系統(tǒng)的重要部件。表征被試伺服閥的性能或狀態(tài)的物理量，如壓力、流量、溫度等參量，都需要由相應的傳感器轉換為電信號，然后經變送器或二次儀表進行處理、顯示，并送到信號采集與處理單元進行分析處理。

　　壓力檢測采用英國DRUCK公司的PDCR-961壓力傳感器和DPI-280數(shù)字壓力顯示儀表，量程為0～35 MPa，準確度為±0.1%；流量測量采用德國VSE GmbH公司生產的VSE1、VSE 2、VC0.2和VSE0.04 4種型號的齒輪流量傳感器，二次儀表采用MFI數(shù)字流量顯示儀，流量傳感器的性能參數(shù)見表1；溫度測量采用半導體熱敏傳感器，變送及數(shù)字儀表自行開發(fā)，測溫范圍：－50～150℃，準確度0.5℃。

　　壓力、流量數(shù)字顯示儀表在顯示的同時還可輸出模擬量(4～20 mA／0～10 V)和BCD 數(shù)字量。

　　型號 VSE2 VSE1 VC0.2 VSE0. 04 
　　線性(%) 0.3 0.3 1 0.3 
　　測量范圍(L／min) 1.5～125 0.8～16 0.2～16 0.04～4 
　　應用場合 流量特性 流量特性 泄漏特性 泄漏特性

　　(4) 信號采集與處理單元

　　信號采集與處理單元主要由信號調理器、DSP接口板、BCDGPIB數(shù)據轉換單元、1 253增益相位分析儀、PM3384四通道數(shù)字-模擬組合式示波器以及監(jiān)控計算機等組成，負責來自傳感器信號的隔離、放大、濾波、采集、處理等功能。

　　信號調理器除完成來自傳感器或二次儀表模擬信號的放大、隔直、濾波等功能外，它還提供模擬信號的隔離功能，有效地消除了由于傳感器地網絡對測試系統(tǒng)的影響。伺服放大器的輸入、輸出及先導閥閥芯位移、主閥閥芯位移信號通過調理器隔離后與測試系統(tǒng)相連，從而避免了測試系統(tǒng)對伺服閥及伺服放大器的影響，保證了伺服閥和伺服放大器的正常工作及參數(shù)調節(jié)的獨立性。　　在DSP接口板采集來自信號調理器的模擬信號的同時，監(jiān)控計算機通過BCDGPIB 數(shù)據轉換單元采集來自二次儀表的BCD數(shù)字量，這樣可以方便地實現(xiàn)模擬量的在線校準和調零。伺服閥的靜態(tài)特性曲線使用數(shù)字量校準后的模擬量來繪制，從而既保證了伺服閥靜態(tài)特性的數(shù)據準確性，又保證了伺服閥靜態(tài)特性曲線的分辨率和完整性。

　　頻率特性可以由1253增益相位分析儀完成，結果通過IEEE488總線傳送到監(jiān)控計算機進行二次處理后由監(jiān)控計算機進行顯示、打印等輸出。

　　階躍特性由PM3384四通道-模擬組合式示波器采集，然后通過監(jiān)控計算機分析處理后顯示、打印等。

　　(5) 檢測結果輸出單元

　　X-Y記錄儀、大屏幕顯示器、打印機以及PM3384四通道-模擬示波器等構成測試系統(tǒng)的檢測結果輸出單元。 
4　試驗回路及實驗

　　(1) 靜態(tài)特性試驗回路及實驗

　　電液伺服閥的靜態(tài)特性試驗主要包括無載控制流量特性、壓力增益特性以及內泄漏特性等內容，從這3條特性曲線上，可以求得電液伺服閥的流量增益、線性度、滯環(huán)、對稱度、極性、壓力增益、零偏以及內泄漏等特性參數(shù)。

　　圖3為電液伺服閥靜態(tài)特性試驗環(huán)路圖。為了保證閥芯移動時，試驗系統(tǒng)不受擾動，用比例放大器、比例閥、伺服閥P、T口壓力傳感器以及PI調節(jié)器等構成試驗環(huán)路的壓力閉環(huán)，從而滿足了流量特性試驗中伺服閥閥壓降基本保持恒定的要求。無載控制流量特性試驗時，打開截止閥1、3、5、6、7，關閉截止閥8。壓力增益特性以及內泄漏特性試驗時，打開截止閥 1、3、8，關閉截止閥5、6、7。

　　試驗信號采用頻率為25 mHz三角波，在供油溫度44.2℃、先導環(huán)路增益3.0、主閥環(huán)路增益3.0、速度阻尼增益6.0、閥壓降為6.6 MPa條件下，對某MK閥無載控制流量特性曲線、主閥芯位移特性曲線的測試。

　　試驗信號采用頻率為20 mHz三角波，在供油溫度40.2℃、先導環(huán)路增益3.0、主閥環(huán)路增益3.0、速度阻尼增益6.0、供油壓力為21.2 MPa條件下，對某MK閥壓力增益特性曲線、內泄漏特性曲線的測試結果如圖5所示。

　　(2) 動態(tài)特性試驗環(huán)路及實驗
　　圖6為電液伺服閥頻率特性試驗環(huán)路圖，試驗時，關閉截止閥6、7，打開其他截止閥。

　　在系統(tǒng)壓力為11.7 MPa、供油溫度40.9℃、先導環(huán)路增益3.0、主閥環(huán)路增益3.0 、速度阻尼增益6.0、輸入幅值為0.35 V條件下，使用頻率響應法得到的某MK閥的頻率特性。
5　結　論

　　動圈式全電反饋伺服閥自動檢測系統(tǒng)有以下特點：(1)利用數(shù)字量在線自動校準模擬量的技術，保證了電液伺服閥靜態(tài)特性測試的準確性；(2)為了保證無載流量控制試驗閥壓降恒定的條件，使用比例閥構成了壓力閉環(huán)；(3)系統(tǒng)采用了隔離等抗干擾措施，保證了測試系統(tǒng)的準確度和全電反饋伺服閥正常工作；(4)多臺智能儀器通過IEE488總線與監(jiān)控機通信，數(shù)據傳輸可靠、速度快；(5)軟件在WINDOWS環(huán)境下設計，具有友好的人機界面。
　　通過在上海寶鋼集團近一年的實踐證明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，操作方便，實驗數(shù)據準確、可靠。

EAZ63-25,EAZ63-63,溢流閥,

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