Сервовентиль (сервоклапан)
Сервовентиль формирует поток рабочей жидкости к исполнительному органу с расходом прямо пропорциональным сигналу управления. Применение сервоклапана позволяет создать надежную и точную систему управления с высоким быстродействием.
Сервовентиль (рисунок 1) представляет собой двухступенчатый электрогидравлический усилитель с механической обратной связью, образующий изменение входного электрического сигнала в перемещение исполнительных органов, пропорциональное этому изменению. В процессе преобразования небольшая мощность входного сигнала, значительно усиливается с помощью энергии подводимой рабочей жидкости.
В качестве первой ступени усиления в сервовентиле применено устройство типа сопло-заслонка, а в качестве второй ступени — распределительный золотник. Между ступенями усиления применена механическая обратная связь. В корпусе 15 сервовентиля размещены следующие детали: фильтр 16 с демпферами 14, служащий для очистки рабочей жидкости и демпфирования автоколебаний; золотник 17, служащий для изменения направления потока жидкости и реверсирования движения поршня гидроцилиндра. Крышки 1 закрывают доступ к золотнику и ограничивают его перемещение. В крышках размещены каналы подвода жидкости к торцам золотника и к соплам устройства сопло-заслонка.
Рисунок 1 — Сервовентиль
1, 6 — Крышки; 2, 13 — Сопла; 3 — Болт; 4 — Обмотка; 5 — Заслонка; 7, 11 — Ярмо; 8 — Опора; 9 — Пружина обратной связи; 10 — Якорь; 12 — Штепсельный разъём; 14 — Демпфер; 15 — Корпус; 16 — Фильтр; 17 — Золотник.
Первая ступень усиления (сопло-заслонка) включает в себя поляризованный электромагнит, состоящий из ярма 7, 11 и обмотки 4. В магнитном поле электромагнита находится якорь 10, который может притягиваться к верхней 7 и нижней 11 частям ярма в зависимости от направления тока управляющего сигнала в обмотке 4. С якорем жестко связана пружина 9 обратной связи и заслонка 5. Нижний конец пружины 9 находится в контакте с золотником 17. Якорь крепится к корпусу сервовентиля с помощью гибкой опоры 8. Каналы Д и И соединяются с соплами 2 и 13, которые может прикрывать заслонка 5. Электромагнит закрывается крышкой 6 с штепсельным разъемом 12, которая крепится к корпусу 15 болтами 3.
Рисунок 2 — Схема работы сервовентиля
1 — Напорный фильтр; 2 — Сервовентиль; 2.1 — Фильтр; 2.2 — Демпфер; 2.3 — Сливной канал; 2.4 — Сопло; 2.5 — Заслонка; 2.6 — Обмотка сервовентиля; 2.7 — Якорь; 2.8 — Сопло; 2.9 — Золотник; 3 — Двухпозиционный распределитель; 4, 5 — Каналы и гидропанели; 6 — Гидроцилиндр.
Работа сервовентиля показаны на рисунке 2. Рабочая жидкость из напорной магистрали гидросистемы поступает в фильтр 1, проходя через который она очищается от механических примесей, и по каналу А поступает в сервовентиль 2 через фильтр 2.1, вмонтированный в него и далее через демпферы 2.2 в каналы Д и И. По этим каналам рабочая жидкость поступает под торцы золотника 2.9 и в сопла 2.8 и 2.4.
Вытекая из сопел 2.8 и 2.4, рабочая жидкость омывает заслонку 2.5 и по каналу 2.3 поступает в сливную магистраль, а из нее — в бак. Одновременно по каналам К и Л рабочая жидкость поступает к рабочим поверхностям золотника 2.9. При отсутствии электрического сигнала на обмотке 2.6 сервовентиля заслонка 2.5 устанавливает одинаковые дросселирующие щели левого и правого сопел, сохраняя таким образом одинаковые давления в полостях Е и Ж, удерживая золотник 2.9 в среднем положении.
В этом положении золотник 2.9 своими буртиками перекрывает каналы К и Л, и рабочая жидкость не поступает в полости гидроцилиндра 6. Магистрали 5 и 4, соединяющие сервовентиль с гидроцилиндром 6 через гидрораспределитель 3, соединены с баком.
При подаче тока на обмотку 2.6 электромагнита якорь 2.7 поворачивается по часовой стрелке. Заслонка 2.5 при этом поворачивается так, что обеспечивает закрытие сопла 2.4. При этом в канале Д прекращается поток рабочей жидкости, и давление под левым торцом золотника 2.9 (в полости Е) возрастает до значения давления на входе в сервовентиль. В канале И и, соответственно, под правым торцом золотника 2.9 (в полости Ж) давление остается без изменений, так как сопло 2.8 остается открытым и через него проходит свободные слив рабочей жидкости в бак. Из-за образовавшейся разницы давления, действующих на торцы золотника, возникает сила, сдвигающая золотник вправо, который начнет изгибать упругую обратную связь 2.3, жестко соединенную с заслонкой 2.5. при этом обратная связь будет создавать момент, приложенный к якорю совместно с моментом от воздействия струи жидкости на заслонку, и обратный моменту от магнитного поля электромагнита, действующему на якорь.
Золотник 2.9 будет перемещаться вправо до тех пор, пока моменты, действующие на якорь 2.7, не уравновесятся. Переместившись вправо, золотник закроет канал Л, и рабочая жидкость через канал Б поступает в поршневую полость гидроцилиндра 6, смещая его поршень влево. При этом из штоковой полости гидроцилиндра 6 рабочая жидкость будет вытеснятся через каналы В и Г сервовентиля в бак. По мере сдвига поршня, за счет внешней обратной связи (на рисунке не показано), будет уменьшаться величина электрического сигнала, поступающего на обмотку 2.6 электромагнита. это приведет к уменьшению электромагнитного момента, приложенного к якорю 2.7. Равновесие якоря нарушается, и под действием момента обратной связи и струи жидкости он поверятся против часовой стрелки. При этом заслонка 2.5 несколько откроет сопло 2.4. Перепад давления в полостях Е и Ж уменьшается, что совместно с усилием обратной связи приведет к перемещению золотника 2.9 влево. Переместившись, золотник прикроет канал Б, уменьшив поток жидкости, поступающей в поршневую полость цилиндра 6, и скорость сдвига поршня. И далее в процессе перемещения поршня в каждый момент времени определенной величине сигнала на обмотке 2.6 сервовентиля будет соответствовать определенное положение буртиков золотника 2.9 относительно каналов (в данном случае Б и Г) и, следовательно, скорость перемещения поршня. Таким образом, сервовентиль, управляя смещением поршня, следит за скоростью этого смещения в зависимости от величины входного сигнала или положения поршня.
При смещении поршня вправо на обмотку 2.6 электромагнита поступает ток сигнала другого направления. Это вызывает изменение полярности электромагнита и поворот якоря 2.7 против часовой стрелки. заслонка 2.5 закрывает сопло 2.8. давление в канале И и в полости Ж поднимается, и золотник 2.9 перемещается влево, открывая каналы К и Г. При этом рабочая жидкость поступает по каналу в штоковую полость, а из поршневой полости вытесняется по каналам Б и Г в бак. в остальном работа сервовентиля аналогична описанной выше.
На железнодорожно-строительных машинах применяются сервовентили (сервоклапаны) следующих фирм:
- «Plasser und Theurer» EL-T76.00;
- «MOOG» серии 62;
- Нижегородский филиал MOOG GmbH серии 62 и серии 76;
- «ORSTA» 115 1220;
- АООТ ПМЗ «Восход» г.Павлово гидроусилители УГ-75Б и УГ-176.