射流管式电液压力伺服阀技术研究.pdf

2 0 1 3年 5月 第 4 l卷 第 1 0 期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAULI CS Ma v 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 2 0 射流管式电液压力伺服阀技术研究 何学工 ，黄增 ，金瑶兰。 ，闵丽 4 1 ．西安航 空制动科技有限公 司，陕西西安 7 1 0 0 6 5 ；2 ．中船重工第七零四研究所 ，上海 2 0 0 0 7 0 摘要喷嘴挡板式电液压力电液伺服阀是 目前防滑刹车系统中运用最普遍的一种两级压力控制伺服阀。为提高其抗污 染能力，研制出一种射流管式电液压力伺服阀。比较了两种阀的结构、工作原理及特点，并对射流管式压力伺服阀在防滑 刹车系统中应用进行了验证，为射流管技术在压力伺服阀中应用提供了参考依据。 关键词喷嘴挡板；射流管；压力伺服阀；力矩马达 ；先导级；滑阀 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 21 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 0 0 6 0 3 Te c h n i c a l Re s e a r c h o n J e t Pi p e Ty p e El e c t r o h y d r a u I i c Pr e s s u r e S e r v o Va l v e HE Xu e g o n g ，HU ANG Z e n g ，J I N Ya o l a n ，MI N L i 1 ． X i ’ a n A v i a t i o n B r a k e T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 ，C h i n a ； 2 ． T h e N o ． 7 0 4 R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h i n a S h i p b u i l d i n g I n d u s t r y C o r p o r a t i o n ，S h a n g h a i 2 0 0 0 7 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e fl a p p e r n o z z l e t y p e e l e e t r o h y d r a u l i c p r e s s u r e s e r o v Mv e i s a k i n d o f t w o s t a g e p r e s s u r e c o n t r o l s e r v o v a l v e mo s t c o m mo n l y u s e d i n a n t i s k i d b r a k e s y s t e m．I n o r d e r t o i m p r o v e i t s c a p a b i l i t y o f a n t i c o n t a m i n a t i o n ，a j e t p i p e t y p e e l e c t r o h y d r a u l i c p r e s s u r e s e n o v a l v e w a s r e s e a r c h e d a n d d e v e l o p e d ． F r o m t h e i r s t r u c t u r e ． o p e r a t i o n a l p ri n c i p l e a n d c h ara c t e ri s t i c s ． t h e t wo k i n d s o f v al v e s w e r e c o m p are d ．M o r e o v e r ，t h e a p p l i c a t i o n o f j e t p i p e p r e s s u r e s e n ro v a l v e h a s b e e n v a l i d a t e d i n a n t i s k i d b r a k e s y s t e m．A l l t h e s e p r o v i d e r e f e r e n c e b a s i s f o r t h e a p p l i c a t i o n o f j e t p i p e t e c h n o l o g y o n p r e s s u r e s e r v o v a l v e ． Ke y wo r d s F l a p p e r - n o z z l e ；J e t p i p e；S e r v e v a l v e；Mo me n t mo t o r ；P r e c u r s o r s t a g e ；S p o o l v a l v e 目前国产飞机电子刹车系统大都采用喷嘴挡板式 电液压力伺服阀为控制元件 ，在实 际使用过程 中喷嘴 挡板式 电液压力伺服 阀的较易堵塞 ，使得刹车系统 故 障发生率较高。为了提高电液压力伺服阀的可靠性和 安全性及 电液压力伺服阀的抗 污染性 ，在分析 国外飞 机刹车系统压力伺服阀的基础上，提出一种射流管式 电液压力伺服阀。 1 双喷嘴挡板及射流管式电液压力伺服阀结构及 工作 原理 喷嘴挡 板式电液压力如 图 1 所示。 H S Jl J 2 图 1 喷嘴挡板式电液压力伺服阀原理图 喷嘴挡板式 电液压力伺服 阀在结构上通常为两级 阀，其与流量阀的区别 在于阀内部无反馈杆和弹簧管 相 连 ，且不像流量 阀那样可 以通过插在阀芯 中的反馈 杆形成对力矩马达的力反馈 ，而是通过 内部油路将负 载压力反馈到前置级或功率级 的运动件上 ，形成压力 反馈 ，保证被控制压力与控制电流成比例关系。它由 永磁 力矩 马达 、喷 嘴、挡板 、阀芯等组成。 当力矩马达线 圈得 到正控制 电流信号时 ，在磁路 上产生一控制磁通 ，该磁 通与永久磁铁产生 的极化磁 通相互作用 ，在衔铁上产生一控制力矩 ， 使衔铁组件 顺 时针偏转 ，挡板 向左偏移 ，在 阀芯两端产生控制压 差，使阀芯向右移动，回油窗口趋向关闭、刹车进油 窗 口趋 向开启 ，刹车腔压力增加 直至作 用在 阀芯上反 馈力与控制力平衡为止 ，从而伺服 阀输 出一个与输入 电流成 比例的刹车压力。 当力矩马达线圈得到负控制电流信号 时 ，挡板 向 右偏移 ，在 阀芯两端产生控制压差 ，使 阀芯向左移动 直到限位 为止 ，回油窗 口开启 、进油窗 口关闭 ，刹车 腔压力等于回油压力。 射流管式电液压力伺服阀 图2 和流量 阀一 样 ，不但有反馈杆 和发射器相连 ，通过插在 阀芯 中的 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 3 1 作者简介 何学工 1 9 6 8 一 ，男 ，硕士 ，高级工程师 ，主要从事机轮刹车液压系统的研究。E m a i l h e x g 0 2 0 4 2 2 1 6 3 ． c o m。 第 1 0期 何学工 等射流管式电液压力伺服阀技术研究 6 1 反馈杆形成对力矩马达的力反馈 ，而且在前置级和功 率级之间还有控制级 ，内部油路将刹车压力反馈到反 馈 活塞上 ，形成压力反馈 ，保证被控制压力 与控制 电 流成 比例关系。 控 制级 反 馈 活塞 回 油I} 刹 车f 进油 图 2 射流管式电液压力伺服阀结构图 射流管式电液压力伺服阀主要由力矩马达、射流 放大器、反馈活塞、控制级、功率级等部分组成。 其工作原理为无控制 电流输入时，喷嘴偏向 接收器 回油腔 ，控制腔无恢复压力，在复位弹簧的 作用下刹车口与回油 口相通 ，输出压力等于回油压 力。当马达线圈输入控制 电流时，产生的控制力矩 使衔铁射流管组件逆时针偏转 ，使喷嘴偏 向接收器 控 制腔 ，接收器控 制腔 产生 恢 复压 力 ，在 主 阀芯 上 形成一个推力 ，使主阀芯左移 ，进油 口和刹车口相 通 ，同时刹车 口压 力反馈 到 反馈 阀芯 上形 成 一个 反 馈 力 。主 阀 芯 达 到 力 平 衡 后 ，输 出压 力 稳 定 。因 此 ，刹车 口压力与控制腔恢复压力成正比，即与输 入 电流大小成正比。 2 射流管式电液压力伺服 阀特点分析 射流管式电液压力伺服阀与喷嘴挡板式电液压力 伺服 阀相 比除抗污能力 明显提高外 ，还具有 以下几个 特点 2 ． 1 前置极增加反馈杆 喷嘴挡板 式 电液 压 力 在结 构上 通 常 为 两 级 阀 ， 和流量 阀的区别在 于阀芯上无反馈杆和弹簧管相 连 ，不能 形成对 力矩 马达 的力 反馈 ，而 射 流管 式 电 液压力伺服阀和流量阀一样 ，有反馈杆和弹簧管相 连，可以形成对力矩马达的力反馈，提高了控制精 度 。 2 ． 2 马达带压力负反馈 马达能根据供油压力 、回油压力或输出压力的波 动变化，对射流放大器的输出压力进行适应性调节， 同时负反馈设计能补偿射流放大器在运动过程中的非 线性 ，输 出压力稳定性好 。 2 ． 3 先导级增加 了一个中间反馈级 中间反馈级由阀芯和平衡弹簧组成。接受器两腔 的压差除作用在功率级阀芯的两端面外，同时作用在 中间反馈 级的阀芯上并 产生一定的位移 ，直至液压作 用力与阀芯两端 的平衡弹簧力相平衡为止 。阀芯上 的 位移通过一根连接阀芯和力矩马达的反馈杆，传递至 力矩马达和喷嘴 ，对力矩马达和射流放大器产品一个 负反馈控制 ，有利于提高阀的稳定性。 2 ． 4防爆 胎 能 力 射流管式压力伺服 阀若射流管喷嘴被杂物完全 堵死时，控制腔无压力输人 ，喷嘴在 自然状态下偏 向回油腔 ，刹 车压力 等于 回油 压力 ；而 喷 嘴挡 板压 力伺服 阀若发 生喷 嘴与挡 板 的 间隙被 堵塞 ，有 可 能 导致刹 车压力 满额输 出 ，产生 所谓 的憋压 或带 刹 车 着陆对飞机造成损害。射流管压力伺服阀的失效保 护能力，可避免因先导级失效导致刹车压力无法释 放造成的对刹车系统的较大危害 ，有效防止抱胎 、 爆胎现象。 2 ． 5便 于进行 电气检 测 射流管阀通电、通油没有先后顺序，便于系统运 行前进行电气检查。喷挡阀必需先通油后通电，否则 在电气检查时挡板会不断地碰触喷嘴，对阀不利。射 流管式压力伺服阀电气检测方便可靠。 3 射流管式电液压力伺服阀性能试验分析 为验证射流管电液压力伺服阀的性能是否满足刹 车系统需要 ，以某刹车系统喷嘴挡板 电液压力伺服 阀 性能指标为参照，进行了设计 ，并对射流管电液压力 伺服阀进行静 、动态性能试验，其结果如表 1及图3 所示 。 表 1 静、动态性能试验数据记录表 6 2 机床与液压 第4 1 卷 2 1 爵 杀1 电b jUmA 图 3 射流管电液压力伺服阀静态特性 通过表 1和图 3分析 ，射流管电液压力伺服阀 已 可 以达到性能指标要求 。 4 射流管式电液压力伺服 阀和刹车系统的匹配性 试 验验 证 为了验证射流管电液压力伺服阀与刹车系统的匹 配性 ，将系统中喷嘴挡板电液压力伺服阀用射流管电 液压力伺服阀替换后 ，在惯 性试 验 台上进行 了试验 。 其试验结果见表 2 。 表 2 射流管电液压力伺服阀和刹 车系统的匹配性试验项 目 由表 2可知 刹车 升降 压 时间及 各种 跑道 下着 陆 滑跑距离满足要求 ，在实际刹车过程 中，系统刹车 过程平稳，轮胎磨损均匀 ，证明射流管 电液压力伺 服阀与刹车机轮匹配性 良好 ，系统对各种跑道适应 性 强 。 5结论 通过对射流管电液压力伺服阀理论 的分析 ，以 及对原 理样机进行 的各 项试 验 结果 来看 ，射流 管 电 液压 力伺服 阀的关键技 术指 标 已基本 达 到喷 嘴挡 板 阀的要求。经过静态 、动态以及和刹车系统的匹配 性试 验 ，其 性能指标 可 以满 足 飞机 刹车 系统 的使 用 要求 。 为满足阀在不 同环境下 的使用 ，需对 阀在各种条 件下压力稳定性作进一步研究。 参考文献 【 1 】 苏 智维列夫． 航空机轮和刹车系统设计[ M] ． 北京 国防工业 出版社 ， 1 9 8 0 ． 【 2 】王占林． 液压传动及伺服技术[ M] ． 北京 北京航空航天 大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 3 】田 源道． 电液伺服阀技术[ M] ． 北京 航空工业出版社， 2 oo 8． 【 4 】阔耀保． 极端环境下的电液伺服控制理论及应用技术 [ M] ． 上海 上海科学技术出版社 ， 2 0 1 2 ． 【 5 】 章敏莹， 方群 ， 金瑶兰， 等． 射流管伺服阀在航空航天领 域中的应用 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 9， 3 7 1 1 1 0 0 1 8一 1 0 021 ． 【 6 】 雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 】 9 90． 上接第 2 9页 性化 的设计方案 。该产 品 由某 数控机 床研究所 开发 ， 并 已试制成功 ，试制 品在实 际使用 中各方面性能均满 足客户 提出的设计技 术规范 ，具有定位高精 、使用高 效 、控制人性化等特点。希望该 车载天线倒伏装 置可 以得到市场 的认可并取得进一步 的推广 ，同时也为今 后类似 的车载天线倒伏装 置的改造 和设计 积 累经 验 ， 提供借鉴作用。 参考文献 【 1 】闻邦椿． 机械设计手册[ M] ． 5版． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 1 0 ． 【 2 】杨叔子， 杨克冲． 机械工程控制基础[ M] ． 武汉 华中科 技大学出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 3 】吴狄， 韩国富． 蜗杆传动自锁分析[ J ] ． 沈阳工业大学学 报 ， 1 9 9 5 1 2 1 0 11 0 4 ． 【 4 】伍利群． 齿轮传动间隙的消除方法 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 5 1 8 71 8 8 ． 【 5 】 王洪欣， 梁俊鹏． 1 5 m塔式轻型天线杆倒伏机构[ J ] ． 科 技信息， 2 0 0 9 1 9 6 8 6 9 ． 【 6 】 李舜酩． 机械疲劳与可靠性设计 [ M] ． 北京 科学出版 社 ， 2 0 0 6 ． 【 7 】 伍利群． 齿轮传动间隙的消除方法 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 5 1 8 71 8 8 ． 【 8 】王致坚． 提高齿轮加工精度浅谈 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 3 1 2 3 1 2．