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电液伺服阀电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件，它能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能（流量和压力）输出。
它的性能的好坏对系统的影响专门大。
因此，它是电液控制系统的核心和关键。
为了能够正确设计和利用电液控制系统，必需掌握不同类型和性能的电液伺服阀。
伺服阀输入信号是由电气元件来完成的。
电气元件在传输、运算和参量的转换等方面既快速又简便，而且能够把各类物理量转换成为电量。
所以在自动控制系统中普遍利用电气装置作为电信号的比较、放大、反馈检测等元件；而液压元件具有体积小，结构紧凑、功率放大倍率高，线性度好，死区小，灵敏度高，动态性能好，响应速度快等长处，可作为电液转换功率放大的元件。
因此，在一控制系统中常以电气为“神经”，以机械为“骨架”，以液压控制为“肌肉”最大限度地发挥机电、液的优势。
由于电液伺服阀的种类很多，但各类伺服阀的工作原理又大体相似，其分析研究的方式也大体相同，故今以常常利用的力反馈两级电液伺服阀和位置反馈的双级滑阀式伺服阀为重点，讨论它的大体方程、传递函数、方块图及其特性分析。
其它伺服阀只介绍其工作原理，同时也介绍伺服阀的性能参数及其测试方式。
电液伺服阀的组成电液伺服阀在电液控制系统中的地位如图27所示。
电液伺服阀包括电力转换器、力位移转换器、前置级放大器和功率放大器等四部份。
3.1.1 电力转换器包括力矩马达（转动）或力马达（直线运动），可把电气信号转换为力信号。
3.1.2 力位移转换器包括钮簧、弹簧管或弹簧，可把力信号变成位移信号而输出。
3.1.3 前置级放大器包括滑阀放大器、喷嘴挡板放大器、射流管放大器。
3.1.4 功率放大器——滑阀放大器由功率放大器输出的液体流量则具有必然的压力，驱动执行元件进行工作。
图27 电液控制系统方块图电液伺服阀的分类电液伺服阀的分类电液伺服阀的种类很多，按照它的结构和性能可作如下分类：1）按液压放大级数，可分为单级伺服阀、两级伺服阀和三级伺服阀，其中两级伺服阀应用较广。
电液伺服阀知识讲解，电液伺服阀组成和工作原理第1章电液伺服阀概论电液伺服阀是电液伺服控制系统中的重要控制元件，在系统中起电液转换和功率放大作用。
具体地说，系统工作时它直接接收系统传递来的电信号，并把电信号转换成具有相应极性的、成比例的、能够控制电液伺服阀的负载流量或负载压力的信号，从而使系统输出较大的液压功率，用以驱动相应的执行机构。
电液伺服阀的性能和可靠性将直接影响系统的性能和可靠性，是电液伺服控制系统中引人注目的关键元件。
由于系统服务对象和使用环境各式各样，相应地为系统服务的电液伺服阀型号、结构、性能也多种多样。
它们有个性，也有共性。
本章将对常见电液伺服阀的结构原理、组成、分类及有关特点作简要介绍。
1.1电液伺服阀组成电液伺服阀本身是一个闭环控制系统，一般由下列部分组成：（1）电－机转换部分；（2）机－液转换和功率放大部分；（3）反馈部分；（4）电控器部分。
大部分伺服阀仅由前三部分组成，只有电反馈伺服阀才含有电控器部分。
1. 电－机转换部分电－机转换部分的工作原理是把输入电信号的电能通过特定设计的元件转换成机械运动的机械能，由此机械能进而驱动液压放大器的控制元件，使之转换成液压能。
将电能转换为机械能的元件，人们通常称为力矩马达（输出为转角）或力马达（输出为位移）。
力矩马达和力马达有动铁式和动圈式两种结构。
常用的典型结构示于图1.1中。
图1.1（a）为永磁桥式动铁式力矩马达。
它结构紧凑体积小，固有频率高；但是输出转角线性范围窄；适用于驱动喷嘴挡板液压放大器的挡板，射流管液压放大器的射流管或偏转射流管的偏转板。
图1.1（b）为高能永磁动铁式直线力马达。
它体积大，加工工艺性好；驱动力大、行程较大；固有频率较低，约≤300Hz，适用于直接驱动功率级滑阀。
图1.1（c）为永磁动圈式力马达，它又有内磁型和外磁型两种结构形式。
图1.1（d）为激磁动圈式力马达。
它们的共同特点是体积大、加工工艺性好；但是同样的体积下输出力小；机械支撑弹簧的刚度通常不是很大，在同样的惯性下，动圈组件固有频率低；为提高固有频率，可增加支撑刚度及激磁和控制线圈功率，但尺寸大，功耗大。
电液伺服阀基础知识介绍射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电液伺服阀是目前世界上运用最普遍的典型两级流量控制伺服阀。
博格公司的DSHR一级先导就是射流管阀，而派克公司的TDL一级先导就是喷嘴挡板阀，下面对两种阀的结构、工作原理及特点作个比较与介绍。
并着重分析了射流管式伺服阀在可靠性及工作性能方面的一些优势。
工作原理：★喷嘴挡板式伺服阀的原理：TDL图1 为喷嘴挡板式伺服阀的原理图。
它主要由力矩马达、喷嘴挡板式液压放大器、滑阀式功率级及反馈杆组件构成。
其工作过程为：输入到力矩马达线圈的电气控制信号在衔铁两端产生磁力，使衔铁挡板组件偏转。
挡板的偏移将一侧喷嘴挡板可变节流口减小，液流阻力增大，喷嘴的背压升高；而另一侧的可变节流口增大，液流阻力减小，液流的背压降低。
这样可得到与挡板位置变化相对应的喷嘴背压，此背压加到与与喷嘴腔相通的阀芯端部，推动阀芯移动。
而阀芯又推动反馈杆端部的小球，产生反馈力矩作用在衔铁挡板组件上。
当反馈力矩逐渐等于电磁力矩时，衔铁挡板组件被逐渐移回到对中的位置。
于是，阀芯停留在某一位置。
在该位置上，反馈杆的力矩等于输入控制电流产生的的力矩，因此，阀芯位置与输入控制电流大小成正比。
当供油压力及负载压力为一定时，输出到负载的流量与阀芯位置成正比。
图1双喷嘴挡板式力反馈电液流量伺服阀★射流管式伺服阀的原理：图2 为射流管式伺服阀的原理图。
力矩马达采用永磁结构，弹簧管支承着衔铁射流管组件，并使马达与液压部分隔离，所以力矩马达是干式的。
前置级为射流放大器，它由射流管与接受器组成。
当马达线圈输入控制电，在衔铁上生成的控制磁通与永磁磁通相互作用，于是衔铁上产生一个力矩，促使衔铁、弹簧管、喷嘴组件偏转一个正比于力矩的小角度。
经过喷嘴的高速射流的偏转，使得接受器一腔压力升高，另一腔压力降低，连接这两腔的阀芯两端形成压差，阀芯运动直到反馈组件产生的力矩与马达力矩相平衡，使喷嘴又回到两接受器的中间位置为止。
这样阀芯的位移与控制电流的大小成正比，阀的输出流量就比例于控制电流。
图2 射流管式力反馈电液流量伺服阀★两种阀的主要特点：射流管式与喷嘴挡板式最大差别在于喷嘴挡板式以改变流体回路上所通过的阻抗来进行力的控制。
相反，射流管式是靠射流喷嘴喷射工作液，将压力能变成动能，控制两个接受孔获得能量的比例来进行力的控制。
这种方式的阀与喷嘴挡板式相比因射流喷嘴大，由污粒等工作液中杂物引起的危害小，抗污染能力强。
且射流管式液压放大器的压力效率及容积效率高，一般为７０％以上，有时也可达到９０％以上的高效率。
输出控制力（滑阀驱动力）大，进一步提高了抗污染能力。
同样其灵敏度、分辨率及低压工作性能大大优于喷嘴挡板阀。
另外，由于射流管式由于在喷嘴的下游进行力控制，当喷嘴被杂物完全堵死时，因两个接受孔均无能量输入，滑阀阀芯的两端面也没有油压的作用，反馈弹簧的弯曲变形力会使阀芯回到零位上，伺服阀可避免过大的流量输出，具有“失效对中”能力，并不会发生所谓的“满舵”现象。
但射流管式液压放大器及整个阀的性能不易理论计算和预计，力矩马达的结构及工艺复杂，加工难度大。
喷嘴挡板式的阀与射流管阀相比增益特性比较平坦、整阀性能可计算及预测、并能做得比射流管式小。
但按其特性，喷嘴与挡板的间隙不能超过喷嘴直径的1/4，这就决定了该阀的最小尺寸较小，易被污物卡住，使用时必须保持油液的清洁度。
一般情况下使用喷嘴挡板阀的油液清洁度要求达到NAS6 级，并要在阀的进油口前设置过滤精度小于10um 的过滤器。
而在使用射流管阀的场合下，用NAS8 级已经足够，且滤器用25um 也够了。
并且，由于喷嘴挡板式伺服阀是利用两个喷嘴的背压作为控制力，在工作时如有一侧发生杂物堵塞喷嘴挡板的情况，会造成一侧压力上升，使阀芯向一边移动，阀芯的偏移会形成单方向的流量输出，使执行机构（如舵机）向一边偏移直到最大位置，即所谓的“满舵”现象。
另外，喷嘴挡板阀的压力效率和容积效率约为50%，比射流管低，其控制力较小，因此，其灵敏度、分辨率及低压工作性能不及射流管阀。
★结构与可靠性：▲先导级最小尺寸伺服阀抗工作液污染的能力一般由其最小尺寸所决定，特别对于先导级型的伺服阀，其先导部分油路中的最小尺寸往往成为决定性的因素。
因为从外部来的输入电控信号是在先导部分进行转换的，输出部分滑阀的动作是由先导级的动作`决定的。
射流管阀中的最小尺寸在先导级射流管式液压放大器中的喷嘴处，0.2mm~0.４mm，是喷嘴挡板阀的最小尺寸的５～１０倍；喷嘴挡板式伺服阀的最小尺寸在先导级喷嘴与挡板的间隙，约为0.03mm~0.05mm，污染颗粒往往很容易在此堵塞、卡死。
所以说射流管式比喷嘴挡板式抗污染能力提高了一个数量级。
▲先导级的磨蚀伺服阀的先导级在工作时会产生磨蚀，但射流管式与喷嘴挡板式比较，其磨蚀的产生与性能变化的程度低于喷嘴挡板阀。
这是因为在射流管场合下，喷嘴端面与接受孔间的距离为喷嘴直径的1.5~2.5 倍。
从特性上讲，此距离达到喷嘴直径的3.5倍也完全可以使用。
与此相反，在喷嘴挡板场合下，喷嘴挡板间的间隙在特性上的上限为直径的1/4，要想增大最小尺寸，只能做到1/4 的极限值上，因此容易产生磨蚀及特性变化。
而且在双喷嘴挡板式的场合下，两个喷嘴及挡板左右侧所产生的磨蚀不一定对称，容易产生零位偏移。
而射流管式的喷射流是由单喷嘴喷射的，且被接受孔分成两股，磨蚀的产生一般是对称的，产生的磨蚀量也比喷嘴挡板式少。
再加上其接受器的尖边即使经高压油长期冲刷凹陷下去，但仍其着分水岭的作用，只要其与喷嘴的距离不大于喷嘴直径的3.5 倍，对伺服阀性能的影响非常小，故其稳定性、可靠性高于双喷嘴挡板阀。
▲力矩马达的结构射流管式伺服阀的力矩马达零件全部采用压配及焊接结合成一体，并经严格的时效处理消除内应力，结构牢固稳定，零位漂移小，更能承受强冲击及振动。
而双喷嘴挡板阀的力矩马达只靠4 个M3 的小螺钉固定，在螺钉应力疏散和受到强冲击、振动、颠振后，零位漂移大。
另外，射流管式力矩马达的衔铁处有一对支撑簧片，衔铁偏转时只有转角，没有挠度，大大改善了弹簧管的受力，抗疲劳性能大大增强，保证了伺服阀的长寿命使用。
4.4 滑阀级尺寸由于射流管式先导级比喷嘴挡板式的控制力大，所以射流管式伺服阀阀芯的直径和行程，比喷嘴挡板式的大而长。
而阀芯直径越大，其驱动力也越大，即使有一点杂物和污粒，滑阀级也能顺利工作，从而提高了可靠性。
此外，阀芯行程的加长也能提高伺服阀的寿命。
因为伺服阀工作时其高速流动的油液会磨蚀滑阀级工作窗口的棱边，从而引起流量特性的变化。
在加长行程后，磨蚀量相对于行程量所占的比例减小，所以工作窗口流通面积的变化减小。
这样，流量特性的变化与伺服阀使用时间的比值减小了，能比阀芯行程短的伺服阀维持更长时间的稳定性。
★工作性能▲分辨率喷嘴挡板阀的先导级在工作时存在压力负反馈（即挡板靠向一测喷嘴，由于喷嘴的压力升高，会增大对挡板的推力，阻碍其靠近），影响其灵敏度及分辨率指标。
射流管阀的先导级不存在压力负反馈，而且其射流管放大器的流量效益最高可达90%，压力效益亦可达到80%以上。
所以射流管放大器推动阀芯的力比双喷嘴放大器高许多，射流管伺服阀的分辨率一般可达到小于0.1%的程度。
▲低压工作性能根据前文所述，射流管阀的阀芯驱动力明显大于双喷嘴阀，故其低压工作性能亦优于双喷嘴挡板阀。
通过试验可得：射流管伺服阀在供油压力为1MPa 条件下，其流量曲线的重复性也非常好；在供油压力为0.5MPa 的情况下，也能正常工作；在额定供油压力时，只输入±3%的额定电流其阀芯位移特性曲线的线性度和重复性都非常好。
而所有这些都是双喷嘴挡板阀在同样条件下无法达到的。
另外，双喷嘴阀在许多场合需加颤振信号来提高分辨率，而射流管阀在绝大多数应用场合均不需要加颤振信号。
▲动态响应一般认为射流管阀的动态响应比较低，其实有所误解。
根据MOOG 公司的观点：射流管式先导级具有很高的无阻尼自然频率，一般可达500Hz~700Hz 以上，只要有足够的先导放大级流量增益，射流管阀也可达到较高的动态响应。
之所以一般射流管阀产品的增益较低，是因为在国外射流管阀往往应用于航空、航天等高端场合，其对内泄漏要求较高，喷嘴直径较小，造成频率特性比双喷嘴阀稍低一些。
而在一般使用场合，只要适当增加喷嘴直径，就能大大提高射流管阀的动态响应。
在国内额定流量在30L/min 左右的射流管伺服阀其频率响应亦能达到160Hz 以上。
★结论综上分析，射流管伺服阀在抗污染能力等可靠性特性方面高于喷嘴挡板阀，并且在灵敏度、分辨率、滞环、低压工作特性等性能指标亦优于喷嘴挡板阀，但喷嘴挡板阀亦有其优点，在国内实际使用也很多，并不能极端地说喷嘴挡板阀比射流管阀差很多。
另外，射流管式伺服阀在国外属对中国限制的产品，国内对其的应用还相当少，了解还不多。
目前只能通过国外的某些资料来了解射流管伺服阀实际应用中的可靠性情况。
1965 年~1971 年月７年间美国民航公司曾对其使用的9000 个射流管伺服阀进行追踪调查，其平均故障率为115000 小时。
作为国内最大的射流管阀生产单位，七Ｏ四所虽然也有所生产的伺服阀在工业场合连续使用十余年的记录，但由于条件限制，还无法对其品的使用情况作全面准确地统计。
但总体来讲，射流管伺服阀的工作稳定性和耐久性是相当高的。
相信随着射流管伺服阀的应用越来越广泛，其优点会被充分理解。
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