精密反馈弹簧及射流管电液伺服阀的挠性管的有限元刚度分析及实验验证
M. Singaperumal*, Somashekhar. S. Hiremath* R. Krishna Kumar**
*Precision Engineering and Instrumentation Laboratory
**Manufacturing Engineering Section
Indian Institute of Technology Madras
Chennai - 6000 36 (India).
摘要：电液伺服阀在反馈控制系统中扮演着重要的角色，伺服阀的工作特性取决于反馈弹簧和弯曲管的特性。如果这些元素的设计合理，可以改进自动伺服阀其刚度及动态性能。因此，有限元分析已被尝试使用来预测这些元素的刚度。在IDEAS主模块，这些组件的固体模型在适当的边界条件下进行模拟。我们设计并制作了一个实验样机模型，对试验结果进行了验证。在附加载荷的条件下，有限元分析法给出了这些组件完整的受力行为及相关的应力集中区。
关键词：射流管伺服阀 实体模型 刚度模拟
- 简介
流体动力控制，即通过改变流体压力来传输并控制流体能量，是一门源远流长的学术研究。随着我们对速度和动力的控制越来越准确，流体动力控制得到了飞速的发展。更具体地说，在精确的动力控制过程中，要求设备的空间和重量是十分有限的，功率与重量的比值越高，电液伺服阀的控制越理想。为了实现对高功率设备更精确的控制，尤其是在机床及飞行控制等领域，电液伺服阀的自动消防控制系统起到了关键的作用。信息更容易在电子媒介产生并处理相比于纯机械或流体的场所，而在高转速下的电力输送系统下，电液伺服阀可能是最好的实现机构。密切结合电流和液压的电液伺服阀解决了现有的控制问题，成为了一个全新的应变元件[ 1 ]。电液伺服阀是一种传感器，它将电信号转换成液压功率，这不是直接完成的过程。首先通过电磁转矩电机来实现机械运动的中间转换，然后用它来驱动阀门的机械控制元件。紧接着电磁阀产生上移，但这是一个比较长的过程。它还需要较大的动力来克服摩擦和流动阻力。为了确保能在短时间内完成，电液伺服阀通常只是非常小的系统，必要时需使用转矩电机来驱动或者采用液压放大器改善信号，再反馈给电源阀芯[ 2 ]。一个由Shute和 Turnbull[ 3 ]和[ 4 ]研制、Himmler [5]绘制的电液伺服阀已广泛投入使用。现代阀门是一个具备两种阶段的设备，总是由电动转矩电机控制从第二阶段反馈到第一阶段。分析阀是一种两级射流管电液流量控制阀，将电气信号的精确比例液压流。射流管伺服阀用于将压力能量转换成射流的动能，并将此射流指向接收块中的两个紧密间隔的接收器孔[ 6 ]。当流体冲击阀的接收器时，其动能以压力的形式恢复。如果流体恰好在接收孔之间的中间，则两个孔中的压力将相等;因此，压差为零。当喷射管偏转时，更多的油将被引导到一个孔处，从而提高该孔处的压力，并且减小另一个孔上的压力，从而产生压差输出。由于这个压差，阀芯移动并打开压力端口P到一个控制端口C1;打开其他控制端口C2返回线R。在阀芯移动期间，它推动反馈弹簧的端部，在喷射管上产生恢复扭矩。由于反馈扭矩等于磁力的扭矩，喷射管移回到中心位置（零位置）。由于输入电流，反馈扭矩停在反馈弹簧扭矩等于扭矩的位置。因此，阀芯位置与输入电流成正比。接收孔中的静态恢复压力是喷射管喷嘴相对于接收器板的位移的函数。回收压力取决于腹板厚度、喷嘴管嘴直径、接收孔直径、喷嘴偏移和喷嘴间距。考虑了腹板厚度、喷嘴直径、
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