电液伺服阀自激现象分析

电液伺服阀自激现象分析

郑攀

中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443000

摘要：研究、总结调整与整机匹配期间电液伺服阀发生的自激情况，对自激出现的起因与因素条件进行了剖析，并且总结出了抑制自激，增强伺服阀可靠性的有关方法和意见。

关键词：自激；电液伺服阀；固有频率；脉动频率

一、伺服阀的工作原理

喷嘴-挡板式与偏导-射流式两类构造是本所研制开发的电液伺服阀的基本构造，这两类构造可以当成前置级的力反馈式两级流量伺服阀。当伺服阀的调整以及操作的时候，当特殊环境（像已标明的压力或者温度时）时，自持振荡会发生在伺服阀上，又称作自激。在伺服阀自激的频次与幅值上升到某个水平时，便能出现嚎叫的噪声。

具有高强度，高频特点的自激不但能够引起伺服阀和所靠的伺服机构的一些性能指数下降，还会造成消耗伺服阀里的一些部件的疲惫生命，甚至会出现伺服阀的主要部件——弹簧管的崩裂，伺服阀的性质和功能发生剧烈地下降。所以，要想提升伺服阀性能的牢固和质量过关，就一定要认真研究总结伺服阀的自激行为，而且要找出对应的解决方法。

前置液压放大级：通常是以挡板、喷嘴、节流孔（也可能是偏转板）构成，当衔铁零件发生移动，能输出特定功率的液流，进而驱动阀芯运作。

功率级：构成部件是阀芯和阀套，阀芯受影响开始运动，然后有高强功率的液流排放，促进液压的执行部分（液压作动器或者液压马达等）移动。

控制股：就是阀芯双侧的容腔，因为前置液压放大级和控制腔的两喷嘴腔是相互链接的，所以偶尔会将控制腔叫做喷嘴腔或者接受腔。

负载腔：就是伺服阀下面和液压作动器两个工作腔联接的双腔，这是用于控制液压作动器（也称液压马达）的往返移动。

二、自激出现的实际现象统计

整理和计算伺服阀出现的自激现象，出现概率较大的自激的位置和情况较为集聚。以下为实际情况：

将前置液压放大级的液压零位开展精细调整，如果衔铁组件位于零位周围，那么衔铁组件就有很大的几率发生自激，两腔压力更大，自激的声音就更大。在这期间，如果衔铁组件的程度到了特定的程度，两控制腔的压力就会因此变高，液压零位发生偏差移动。

当前置液压放大级的液压零位调整合适时，便能够和功率级进行匹配，也就是将衔铁组件里的反馈杆小球置于功率级的阀芯槽里，根据运动前置液压放大级的方位情况，让功率级滑阀位于机械零位态势（没有流量输出）。在这个期间，自激在衔铁组件与阀芯身上都有一定概率出现。

自激出现时，衔铁组件正是高频颤振态势，情况特殊时还会出现不悦耳的噪声，和控制腔联接的压力表的表针也会发生轻轻地颤动，和阀芯两负载腔联接的压力表的表针也能够发生往返摆动和偏离放置在一旁。

整阀初调与验收期间发生的自激。伺服阀力矩马达充磁结束后，开始空载流量曲线的检验，伺服阀也许要出现自激。在这期间，衔铁组件会发生高频自激，同时造成不悦耳的噪声，剧烈时空载流量曲线会发生改形，零位周围的曲线改形情况最突出。

伺服阀和整机开展调配检验时发生的自激。伺服阀安装于伺机构整机中实施磨合测验等温度提升比较迅速的项目检测时，伺服阀会发生自激。在这期间，伺服阀产生不悦耳的噪声，伺服阀的电流曲线或者负载两腔的压差曲线会发生大幅值、高频的骚扰信号，而且轻微幅度的颤动也会发生在作动器活塞杆上。自激情况激烈时，伺服机构的部位回环曲线会发生鼓包、毁坏增宽等特殊状况。

三、自激出现的原因剖析

自激的触发原理。拥有一样振动频度的两个物质，如果一个物质出现振动，就能造成另一个物质振动，这个现象就是共振。通常来说，一个体系（无论是力学或是电子学）有大量共振频率，就会在这些频率上轻松地振动，在别的频率上振动就会较为艰难。如果造成振动的频率较为繁琐的话（比方说是一个冲击或是一类宽频振动），一个体系通常会“选出”其共振频率并且跟着这频率振动，同时也把别的频率清理掉。

于调整和操作期间伺服阀发生的自激，是因为伺服阀里面液流里的液流脉动频度里，存在有和衔铁组件（也可能是活塞杆）等零件的自有频率一样的频率而造成共振引起的。

自激出现的条件。出现自激的主要的两个因素：第一个，自激的零组件具备弹性，换句话说，一个或者大量的自有频率存留于自激的零组件。第二个，和自激的零组件自有频率一样或者大致接近的频率条件存留于自激的零组件存在的环境里。

伺服阀自有频率点总结。伺服阀的零部件里，衔铁部件与阀芯是移动的零组件，即使别的零组件在原理上都拥有自有频率点，可是因为其稳固不动，同时自有频率极高，所以不对它进行总结，只是研究衔铁部件与阀芯的自有频率点。

伺服阀衔铁部件的自有频率研究。衔铁部件的自有频率衔铁部件的整体刚度、转动惯量有联系。通过公式测量可知，喷嘴-挡板型液压前置放大级于20MPa供油压力影响下，在衔铁部件出现的液压刚度值大致为0.5N.m/rad，关于偏导-射流型液压前置放大级的情况，Ky可以省略不计。

四、抑制自激的方法和意见

想要防止伺服阀发生重度的自激状况，可以以规划、技艺、加工、匹配等程序入手，关键的是通过调动伺服阀零部件的自有频率与减少液流中脉动频率两个角度来解决。

调动伺服阀零部件的自有频率。调动弹簧管和反馈杆的刚度设计值，躲开液流里近似的脉动频率点。调节喷嘴腔的压力，将衔铁部件所遇的液动力造成的液压刚度进行变动，最终使衔铁部件的自有频率出现变动。

减少液流里的脉动频率。在液流流道里，要避免液流流速或者方向发生比较大的改变。油道里表层的粗糙程度要符合特定的标准，要增强节流小孔毛刺或者油道交错孔处毛刺的清洁。还要杜绝液流出现气穴情况，把油液里的气体全部排放干净，避免有气体出现在油液里，要科学准确地放置稳固节流孔、喷嘴小孔等节流孔的形式，确保每个节流孔上下的压力符合无气穴的标准。

总结

该篇论文在整理计算与总结电液伺服阀的自激现象的前提下，简单总结了自激出现的原因和条件，同时对压制或者清除自激情况总结出几点方法和提议。这些方法和提议基本都是作者在过去处理各种伺服阀产品自激情况时使用的办法，对伺服阀的规划和制造有重要的积极影响。

参考文献：

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[2]卢诚，林丞.SFL-5A电液伺服阀高频自激振荡分析及实验研究[J].哈尔滨工业大学，2017，（1）.

[3]邹贤珍，张圣卓.液压射流管伺服阀自激振荡和噪声实验与分析[J].机床与液压，2016，（6）.