电液伺服与比例阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。根据输出液压信号的不问，电液伺服阀与比例阀可分为电液流量控制伺服阀与比例阀和电液压力控制伺服阀与比例阀两大类。

在电液伺服系统中，电液伺服阀与比例阀将系统的电气部分与液压部分连接起来，实现电、液信号的转换与放大以及对液压执行元件的控制。电液伺服阀与比例阀是电液伺服系统和比例系统的关键部件．它的性能及正确使用，直接关系列整个系统的控制精度和响应速度，也直接影响到系统丁作的可靠性和寿命。

电液伺服阀与比例阀控制精度高、响应速度快，是一种高性能的电液控制元件，在液压伺服系统中得到了广泛的应用。

5 1电液伺服阀的组成和分类

5.1.1 电液伺服阀的组成

电液伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。

5.1.2 电液伺服阀的分类

5.1.2.1按液压放大级数分

单级伺服阀  此类阀结构简单、价格低廉，但由于力矩马达或力马达输出力矩或力小、定

位刚度低，使阀的输出流量有限，对负裁动态变化敏感，阀的稳定性在很大程度上取决1：负

载动态，容易产生不稳定状态。只适用于低压、小流量和负载动态变化不大的场合。

两级伺服阀  此类阀克服了单级伺服阀缺点，是最常用的型式。

三级伺服阀  此类阀通常是由一个两级伺服阀作前置级控制第三级功率滑阀．功率级滑阀阀芯位移通过电气反馈形成闭环控制，实现功率级滑阀阀芯的定位。三级伺服阀通常只用在大流量的场合。

5.1.2.2按第一级阀的结构形式分类

可分为：滑阀、单喷嘴挡板阀、双喷嘴挡板阀  射流管阀和偏转板射流阀。

分别介绍各自的优缺点

5.1.2.3按反馈形式分类

可分为滑阀位置反嫂、负载流量反馈和负载压力反馈三种

5.1.2.4按力矩马达是否浸泡在油中分类

湿式的可使力矩马达受到油液的冷却，但油液中存在的铁污物使力短马达持性变坏，干式的则可使力矩马达不受油液污染的影响，目前的伺服阀都采用干式的。

5 2力矩马达

在电液伺服阀中力矩马达的作用是将电信号转换为机械运动，因而是一个电气—机械转换器。电气—机械转换器是利用电磁原理工作的。它由永久磁铁或激隘线圈产生极化磁场。电气控制信号通过控制线圈产生控制磁场，两个磁场之间相互作用产生与控制信号成比例并能反应控制信号极性的力或力矩，从而使其运动部分产直线位移或角位移的机械运动。

5.2.1 力矩马达的分类及要求

5.2.1.1力矩马达的分类

1)根据可动件的运动形式可分为：直线位移式和角位移式，前者称力马达，后者称力矩马达。

2)按可动件结构形式可分为：动铁式和动圈式两种。前者可动件是衔铁，后者可动件是控制线圈。

3)按极化磁场产生的方式可分为：非激磁式、固定电流激磁和永磁式三钟。

5.2.1.2对力矩马达的要求

作为阀的驱动装置，对它提出以下要求；

1)能够产生足够的输出力和行程，问时体积小、重量轻。

2)动态性能好、响应速度快。

3)直线件好、死区小、灵敏度高和磁滞小。

4)在某些使用情况下，还要求它抗振、抗冲击、不受环境温度和压力等影响。

5.2.2 永磁力矩马达

5.2.2.1力矩马达的工作原理

用挂图表示为一种常用的永磁动铁式力矩马达工作原理图，它由永久磁铁、上导磁体、下导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧管的转动中心作微小的转动。衔铁两端与上、下导磁体(磁极)形成四个工作气隙①、②、⑤、①。两个控制线圈套在衔铁之上。上、下导磁体除作为磁极外，还为永久磁铁产生的极化磁通和控制线圈产生的控制磁通提供磁路。

5.2.2.2力矩马达的电磁力矩

通过力矩马达的磁路分析可以求出电磁力矩的计算公式。从磁路分析知电磁力矩是非线性的，因此为保证输出曲线的线性，往往设计成可动位移和气隙长度只比小于三分之一，控制磁通远远小于极化磁通。

5.2.3 永磁动圈式力马达

用挂图说明常见的永磁动式力马达的结构原理。力马达的可动线圈悬置于作气隙中，永久磁铁在工作气隙中形成极化磁通，当控制电流加到线圈上时，线圈就会受到电磁力的作用而运动。线圈的运动方向可根据磁通方向和电流方向按左手定则判断。线圈上的电磁力克服弹簧力和负载力，使线圈产生一个与控制电流成比例的位移。

5.2.4 动铁式力矩马达与动圈式力矩马达的比较

动铁式力矩马达与动圈式力马达相比较有：

1)动铁式力矩马达因磁滞影响而引起的输出位移滞后比动圈式力马达大。

2)动圈式力马达的线性范围比动铁式力矩马达宽。因此．动圈式力马达的工作行程大，而动铁式力矩马达的工作行程小。

3)在同样的惯性下，动铁式力矩马达的输出力矩大，而动圈式力马达的输出力小。动铁式力矩马达因输出力矩大，支承弹簧刚度可以取得大，使衔铁组件的固有频率高，而力马达的弹簧刚度小，动圈组件的固有频率低。

4)减小工作气隙的长度可提高动圈式力马达和动铁式力矩马达的灵敏度。但动圈式力马达受动圈尺寸的限制，而动铁式力矩马达受静不稳定的限制。

5)在相同功率情况下，动圈式力马达比动铁式力矩马达体积大，但动圈式力马达的造价低。

5 3力反馈两级电液伺服阀（50分钟）（第十三次课）

用挂图说明力反馈两级电液伺服阀的结构原理，这是目前广泛应用的一种结构形式。其第—级液压放大器为双喷嘴挡板阀，由永磁动铁式力矩马达控制，第二级液压放大器为四通滑阀，阀芯位移通过反馈杆与衔铁挡板组件相连，构成滑阀位移力反馈回路。

5.3.1 工作原理

无控制电流时，衔铁由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，挡板也处于两个喷嘴的中间位置，滑阀阀芯在反馈杆小球的约束下处于中位，阀无液压输出。当有差动控制电流输入时．在衔铁上产生逆时针方向的电磁力矩，使衔铁挡板组件绕弹簧转动中心逆时针方向偏转，弹簧管和反馈杆产生变形，挡板偏离中位。这时，喷嘴挡板阀右间隙减小而左间隙增大，引起滑阀左腔控制压力增大，右腔控制压力减小，推动滑阀阀芯左移。同时带动反馈杆端部小球左移，使反馈杆进一步变形。当反馈杆和弹簧管变形产生的反力矩与电磁力矩相平衡时，衔铁挡板组件便处于一个平衡位旨。在反馈杆端部左移进一步变形时，使挡板的偏移减小，趋于中位。这使左腔控制压力又降低，右腔控制压力增高，当阀芯两端的液压力与反馈杆变形对阀芯产生的反作用力以及滑阎的液动力相平衡时，阀芯停止运动，其位移与控制电流成比例。在负载压差—定时，阀的输出流量也与控制电流成比例。所以这是一种流量控制伺服阀。

5.3.2 基本方程与方框图

5.3.2.1力矩马达的运动方程

包括基本电压方程，衔铁和挡板组件的运动方程，挡板位移于转角之间的关系，喷嘴挡板至滑阀的传递函数，阀控液压缸的传递函数，以及作用在挡板上的压力反馈方程，根据这些方程可以画出电液伺服阀的方框图。

5.3.3 力反馈伺服阀的稳定性分析

5.3.3.1力反馈回路的稳定性分析

给出稳定性条件

5.3.3.2压力反馈回路的稳定性分析

给出稳定性条件

5.3.4 力反馈伺服阀的传递函数

给出的传递函数是一个惯性加振荡的环节，重点介绍近似的传递函数：在大多数电液伺服系统中，伺服阀的动态响应往往高于动力元件的动态响应。为了简化系统的动态持性分析与设计，伺服阀的传递函数可以进一步简化，一般可用二阶振荡环节表示。如果伺服阀二阶环节的固有频率高于动力元件的固有频率，伺服阀传递函数还可用一阶惯性环节表示，当伺服阀的固有频率远大于动力元件的固有频率，伺服阀可看成比例环节。

5.3.5 力反馈伺服阀的频宽

给出计算力反馈伺服阀的频宽的表达式

5.3.6 力反馈伺服阀的静态特性

稳态时，伺服阀的阀芯位移正比于输入电流，伺服阀的流量可用滑阀的流量公式表示，只不过用电流代替了阀芯位移值。

5.3.7 力反馈伺服阀的设计计算

给出一个实例设计力反馈两级电液伺服阀。

5 4直接反馈两级滑阀式电液伺服阀

5.4.1 结构及工作原理

用挂图说明其工作原理。

5.4.2 动圈式两级电液伺服阀的方框图

根据控制线圈的电压平衡方程和线圈组件的力的平衡方程，前置级滑阀的开口量和阀控缸的方程，可以得到直接位置反馈滑阀式伺服阀的方框图。

5.4.3 动圈式两级电液伺服阀的传递函数

通过对方框图的简化可得到其传递函数。该阀由动圈式力马达和两级滑阀式液压放大器组成。前置级是带两个固定节流孔的四通阀(双边滑阎)，功率级是零开口四边滑阀。功率级阀芯也是前置级的阀套，构成直接位得反馈。

5.5 其它型式的电液伺服阀简介（50分钟）（第十四次课）

5.5.1 弹簧对中式两级电液伺服阀

弹簧对中式伺服阀是早期伺服阀的结构型式，它的第—级是双喷喷挡板阀，第二级是滑阀，阀芯两端各有一根对中弹簧。当控制电流输入时，阀芯在对中弹簧作用下处于中位。当有控制电流输入时，对中弹簧力与喷嘴挡板阀输出的液压力相平衡，使阀芯取得一个相应的位移，输出相应的流量。

这种伺服阀属于开环控制、其性能受温度、压力及阀内部结构参数变化的影响较大；衔铁及挡板的位移都较大．对力矩马达的线件要求较高；对中弹簧要求体积小、刚度大、抗疲劳好，因此制造困难；两端对中弹簧由于制造和安装的误差．易对阀芯产生侧向卡紧力．增加阀芯摩擦力．使阀的滞环增大，分辨率降低。但由于结构简单、造价低，可适用于—般的、性能要求不高的电液伺服系统。

5.5.2 射流管式两级电液伺服阀

用挂图说明射流管式伺服的原理。射流管由力矩马达带动偏转。射流管焊接于衔铁上，并由薄壁弹簧片支承。液压油通过柔性的供压管进入射流管．从射流管喷射出的液压油进入与滑阀两端控制腔分别相通的两个接收孔中，推动阀芯移动。射流管的侧面装有弹簧板板及反馈弹簧丝．共末端插入阀从中的小槽内，阀芯移动推动反馈弹簧丝．构成对力矩马达的力反馈。力矩马达借助于薄壁弹簧片实现对液压部分的密封隔离。

5.5.3 偏转板射流式两级电液伺服阀

用挂图说明其组成和工作原理。

5.5.4 压力流量伺服阀

用挂图说明压力—流量伺服阀的原理，滑阀输出的压力经反馈通道引入滑阀两端的弹簧腔、形成负载压力负反馈。关键介绍其压力流量特性曲线。

5.5.5 动压反馈伺服阀

压力—流量伺服阀虽然增加了系统的阻尼，但降低了系统的静刚度，为了克服这个缺点．出现了功压反馈伺服阀，与压力—流量伺服阀相比。它增加乐由出弹簧活寒和液阻(固定节流孔)所组成的压力微分网络，负载压力通过压力微分网络反馈到滑阀，此阀在动态时，具有压力—流量伺服阀的持性，在稳态时具有流量伺服阀的持性。

5.5.6 电液压力伺服阀

在弹簧对中伺服阀的基础上，把滑阀两端的对中弹簧去掉，就可以得到阀芯力平衡式压力控制伺服阀。

5.6 比例电磁铁和比例阀

5.6.1 比例电磁铁的结构

介绍比例电磁铁的结构，特性曲线。

5.6.2 比例方向阀

介绍其结构组成和工作原理。其结构类似于普通的换向阀，但电磁铁和阀芯阀套的结构加工精度更高，但还有别于伺服阀。主要在阀套窗口和阀芯凸肩的尺寸上。

5.6.3 比例压力阀和比例流量阀

通过挂图讲解其基本结构和和工作原理。

5.7电液伺服阀和电液比例阀的主要性能参数

5.7.1 静态特性

电液流量伺服阀的静态性能，可根据测试所得到负载流量特性、空载流量特性、压力特性、内泄漏特性等曲线等性能指标加以评定。包括

5.7.1.1负载流量特性

5.7.1.2空载流量特性

流量曲线非常有用，它不仅给出阀的极性、额定空载流量、名义流量增益，而且从中还可以得到阀的线性度、对称度、滞环、分辨率，并揭示阀的零区特性。

5.7.1.3压力特性

压力特性曲线是输出流量为零(两个负载油门关闭)时，负载压降与输入电流呈回环状的函数曲线。

5.7.1.4内泄漏特性

衡量阀的性能的一个指标

5.7.1.5零漂

工作条件或环境变化所导致的零偏变化，以其对额定电流的百分比表示。通常规定有供油压力零漂、回油压力零漂、温度零漂、零值电流零漂等。

5.7.2 动态特性

主要是用频率响应和瞬态响应表示。

5.7.3 输入特性

主要讲授线圈接法

5.7.3.1线圈接法

5.7.3.2颤振

为了提高伺服阀的分辨能力，可以在伺服阀的输入信号上叠加一个高频低幅值的电信号，颤振使伺服阀处在一个高频低幅值的运动状态之中，这可以减小或消除伺服阀中由于干摩擦所产生的游隙。同时还可以防止阀的堵塞。但颤振不能减小力矩马达磁路所产生的磁滞影响，