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1通流面积A伺服阀和比例电磁阀在英文里，伺服阀原来叫做随动阀（tracingvalve），后来改名为伺服阀（servovalve）。伺服系统（阀）分为机液伺服控制系统，和电液伺服控制系统。其实，电磁比例阀（electro-hydraulicproportionalvalve）也是一种伺服阀，属于电磁伺服阀类。一常用机-液控制方式1节流控制式我们用节流阀说明。参看节流阀示意图1。通过节流阀的油液流量图1可调节流阀示意图mQKAp=Δ（1）式（1）中Q—通过节流阀的油液流量；K—由阀口和油液决定的系数；2gsA—节流阀开口面积；pΔ—节流阀进出油口处的压力差；m—指数，与节流口结构有关。在这里，我们仅关注节流阀开口面积A。很明显，在其他条件不变的情况下，通过节流阀的流量Q，与节流阀开口截面积A成正比。在节流控制式中，我们只要调节节流开口的面积A，就可以达到成比例控制流量Q的目的。这就是节流控制式的原理。2容积控制式我们用斜盘式轴向变量泵的变量原理说明。参看图1。传动轴与图2斜盘式轴向变量泵变量原理缸体借助花键连结，沿传动轴往左看，带动缸体顺时针旋转。缸体右端面在配油盘的左端面上旋转滑动。柱塞球铰带动滑靴在斜盘的右端面上滑动。斜盘可绕垂直于纸面的轴线摆动。图示位置为斜盘反时针摆动角度g。参看配油盘左视图可知，缸孔在靠近读者这一侧容积逐渐变大，产生负压，吸油；远离读者那一侧，缸孔容积逐渐变小，产3生压力，排油。设柱塞个数为z，直径为d；缸孔孔圈直径为D；斜盘工作面倾角为g，缸体旋转一圈，柱塞的往复行程s则为sDtgl=泵每转的排量2244qdszdzDtgppg==（2）设泵的转速为n，容积效率为vh时，泵的流量2310(/4vQdDzntgphg=×升分）（3）从式（2）可以看出，斜盘工作面倾角g越大，泵的流量Q越大。也就是说，缸孔容积变化越大，泵的流量Q越大。斜盘工作面倾角g等于零时，缸孔容积无变化，泵的流量Q等于零，即无油液吸入、排出。在容积式液压系统控制中，节流控制式和容积控制式是两种基本的控方式。二手动换向阀1手动换向阀及其衍生阀为了直观，我们从手动换向阀说起。手动换向阀可能是最早的换向阀。在它的基础上，开发出各种换向阀。顾名思义，手动换向阀就是用人手控制的换向阀，令油液换向，进而使负载换向的一种换向阀。采用电磁铁模拟人手的动作，代替控制手柄，安装在换向阀的两端，用电磁力控制换向阀，就是电磁换向阀。将机液伺服控制机构代替控制手柄，与换向阀联结，就构成机液伺服控制系统。将电液伺服控制子系统代替控制手柄，与换向阀联结，就构成电液伺服控制阀。将4a)阀芯处于中位，活塞静止b)将控制手柄顺时针搬动一角度a，活塞右行c)将控制手柄反时针搬动一角度a，活塞左行图1手动换向阀的机能示意图5比例电磁铁代替控制手柄，与换向阀联结，就构成电磁比例换向阀。比例电磁铁是一种可与输入电压（电流）高低成比例地输出电磁力的电磁铁。图1表示的是手动阀机能的示意图。2手动换向阀的二重性1)手动阀的开关型普通阀，不属于伺服阀或者电磁比例阀，都是开关型的。也就是说，它们的阀口要么开，要么闭。从闭到开，或者从开到闭，过渡状态，无论从时间上考察，还是从位移上考察，都非常短。对于手动换向阀来说，如果操作者搬动手柄的动作足够快，它就是开关型的换向阀。图2人是如何操纵手动阀的62）手动阀阀口的可控性如果操作者为了达到某种控制目的，有意控制手动阀的阀口过渡状态，也即控制手动阀的阀口开度大小，形成阀口节流，控制从换向阀到负载的压力油的流量，就可以控制活塞杆进出速度了。这时，手动换向阀就变成了非开关型的阀了，也就是机液伺服阀了。这里的“机”即是操作者手臂的肌肉力。参看图2。挖掘机和装载机操作者就是这样操作多路阀，进行规范操作的。在这里，人的眼睛是光学传感器，采集的是抓斗或者翻斗的位移反射到人眼里的光信号，经过大脑处理后，脑神经把信号传到操作者的手，令其按脑神经的要求，进行下一步操作。这样，我们就可以画出手动换向阀过渡状态的控制框图。见图3。从该框图可以清楚地看出，此控制系统是闭环控制。图3手动阀控制系统框图三普通电磁阀图4表示的是，“O”型机能的三位四通普通电磁换向阀工作原理示意图。图a)表示中位。两端的电磁铁同时断电。阀芯中位由阀芯两端的对中弹簧保证。由右边符号表示。图b)表示左边电磁铁通电，右边电磁铁断电，左边衔铁被推出，通过推杆推动阀芯右移一段距离，7使阀芯换位，实现A通T，P通B。由右边符号表示。图c)表示右边电磁铁通电，左边电磁铁断电，右边衔铁被推出，通过推杆推动阀芯左移一段距离，使阀芯换位，实现B通T，P通A。由右边符号表示。图4“O”性机能的三位四通普通电磁阀工作原理示意图换向阀口要么全开，要么全闭，不能实现按要求逐渐开启，或者逐渐闭合，即无法实现按要求成比例地无级控制的目的。8四开环控制和闭环控制1闭环控制闭环控制也叫做反馈控制。闭环控制的基本原理是，利用控制装图4闭环控制框图置将被控对象的输出信号反馈到系统的输入端，并与给定值进行比较生成偏差信号，以产生对被控制对象的控制作用，使系统的输出量与给定值之间保持在容许的范围内。所以，闭环控制精度较高。2开环控制在开环控制中，控制装置接受到从指令中心发来的信号，经过处理，向被控对象发出控制信号，被控对象执行过命令之后，不再向系统的输入端反馈执行结果信号，更不与给定值进行比较。所以，开环控制精度较低。五液压伺服系统的分类液压伺服系统有各种分类方法，常用的是：1按控制信号分类1）机液伺服系统；2）电液伺服系统。2按控制元件分类1)阀控式;9供油回油ix输入vxpx回油供油pxix输入vxFF负载负载2)泵控式。阀控式的伺服系统可称为节流控制式，而泵控制式的伺服系统又可称为容积控制式。阀控式已被广泛地应用。但因为是节流式，能量损失较大。泵控式，因其从源头上控制输往负载的流量和压力，所以具有效率高，功率大等优点，近年来逐渐引起人了人们的重视。六机液伺服系统所谓机液伺服系统是相对电液伺服系统而言的。在机液伺服系统中，没有电器元件。信号的采集，传输，处理，放大，输出，反馈，比较，全是由机械液压完成的。所以，非常巧妙复杂。机液伺服系统都是根据负载的控制工艺流程设计的，所以各不相同。例如，拖拉机的提升器，伺服泵和恒功率变量的伺服变量头等，机液机构都不一样。但是，其他的液压伺服系统都是在机液伺服系统的基础上发展起来的。a)b)图5机液伺服机构工作原理图5表示的是机液伺服机构的两个例子。图5，a）表示的是伺服阀控制增力油缸（活塞固定，缸体运动）左右往复运动的例子。当输入信号ix使得阀芯向右移动时，阀口开启，压力油进入增力缸作用在10油泵伺服滑阀增力缸输入误差（开口量）输出活塞F上，油缸往右运动，其作用力的大小与作用在输入端上的力无关，仅由系统油压和活塞面积F决定。即是说，尽管输入端输入信号很小，增力缸会把它放大。如果输入端阀芯反方向移动，缸体也反方向移动。阀芯停止运动，由于增力缸体的移动会把阀口关闭，输出端负载运动也停止。图5，b）表示的是伺服阀控制增力缸往复运动的另一个例子。输入信号ix使阀芯往右移动，阀口开启，压力油进入增力缸，作用在活塞面积F上，使负载往左移动。同时，活塞杆又通过误差杆使阀芯逐步回到原来位置，阀口趋向关闭。输入端不再有信号输入，输出端负载的运动也随之停止。如果，输入端阀芯反向移动，活塞（负载）也反向移动。图5表示的机液伺服机构工作原理可用方框图6表示。有信号输图6机液伺服系统框图入，阀口开启，引起输入与输出之间产生误差（阀开口量）。因为有了这一误差才使得执行部件（增力缸）产生动作，但因为输出和输入端有机械反馈联系，所以，随着增力缸动作的同时又使原来的误差消除了。在图5a)中，反馈是直接的，阀的开口量（误差）为vipxxx=-（4）111p2p1p1p2p2pspspsp在图5b)中，反馈是通过误差杆实现的，当误差杆的摆角很小时，阀的开口量（误差）为vipbaxxxabab=-++（5）上式中vx—阀的开口量；ix—输入的位移；px—输出（负载）的位移。反馈机构除了采用杠杆外，还可以采用其它机械传动副，例如齿轮副，齿轮齿条副，螺旋副，旋转机构和差动机构等。对这些机构来说，输入ix、输出px和阀的开口量vx之间的关系均可以采用式（6）表示viippxKxKx=-（6）式中iK—输入端和阀芯之间的传动比；pK—输出端和阀芯之间的传动比。式（6）反映出输入ix、输出px和阀的开口量vx之间的线性关系。a)负开口b)零开口c)正开口图7伺服滑阀的三种开口形式伺服滑阀可根据它在平衡位置时，阀口开度的不同，分为正开口、12g零开口和负开口三种。阀芯的台肩宽度小于阀套上阀槽宽度，叫做正开口（或负遮盖）；阀芯的台肩宽度等于阀套上阀槽宽度（研磨加工相当困难），叫做零开口；阀芯的台肩宽度大于阀套上阀槽宽度，叫做负开口（或正遮盖）。我们已经看到，机液伺服系统是相当复杂的。七伺服泵和恒功率变量泵作为容积式机液伺服系统的两个例子，在这里不得不叙述两种重要的变量泵，伺服泵和恒功率变量泵。由它们组成的系统，属于泵控式，也属于容积控式。1伺服变量泵141CCY-及其变量机构图8斜盘式轴向柱塞伺服变量油泵的结构示意图g油腔操纵杆f孔道伺服阀芯e孔道销轴变量壳体伺服活塞油腔d单向阀c孔道b孔道斜盘a孔道hs13gfeegf图8为斜盘式轴向柱塞伺服变量油泵的结构示意图。该泵由伺服变量机构（左端）和主体（右端）两部分组成。伺服活塞安装在变量壳体圆孔中，其配合为滑动配合。变量壳体的下方有一只单向阀。油a)b)图9伺服变量机构的工作原理泵出口的压力油通过孔道a、b和c可通到变量机构，并在打开单向阀以后到达变量机构的下油腔d。当伺服阀芯处在图8的位置时，油腔d的油液通过孔道f，和一打开的伺服阀口到达变量机构的上油腔g。这时，两油腔d、g油压相等。但伺服活塞的上端有效面积比下端大一倍。所以，伺服活塞上端的液压作用力比下端大一倍。在这个压力差的作用下，伺服活塞向下运动，其下极限位置如图8所示。此时，斜盘斜面的倾斜角g最大，油泵的流量也最大。参看图9伺服变量机构的工作原理中的图a)。向上提起操纵杆，则伺服阀芯上移。这样，压力油通不到上油腔g，而上油腔g却可以通过孔道e，和已打开的阀口与泵的油压为零的内腔相通（因为油泵14的内腔经泵的泄油口与油箱联通）。于是，伺服活塞在下油腔d的油压作用下上移。同时，通过固定于其上的销轴拨动斜盘转动，倾斜角g减小，泵的流量随之变小。操纵杆停止上移，则伺服活塞只能移动到孔道f和e均被封伺服阀芯封闭时，即便停止。因为，此时油腔g被封闭，油液不能进出，伺服活塞下端的液压力被封闭于油腔g内的液压力平衡。由此可见，操纵杆上移伺服活塞便跟着上移，斜盘的倾斜角g减小，油泵的流量便下降；反之，操纵杆下移，伺服活塞便下移，斜盘的倾斜角g变大，油泵的流量便增大。根据式（3）23104vQdDzntgphg-=×（升/分）（7）由图8知，操纵杆位移h与斜盘倾角g之间的几何关系htgsg=（8）将式（8）代入式（7），得23104vhQdDznsph-=×（升/分）（9）设23104vcdDznsph-=×（升/分）并代入式（9），得Qch=（10）式（10）表示，泵的流量Q与操纵杆的位移h成正比。操纵杆可与控制系统联结。其操纵力约为7公斤。这种泵常用于无级变速、自动控制或者远距离控制。倾角g的变化范围为20±o左右，即这种泵可正、负变量。152压力补偿变量泵141YCY-及其变量机构图10为斜盘式轴向柱塞压力补偿变量油泵的结构示意图。该泵由补偿变量机构（左端）和主体（右端）两部分组成。压力补偿变量图10压力补偿变量泵的结构示意图机构使泵的流量随出口压力的升高而自动减小，而且两者的关系近似地按双曲线的规律变化。下面叙述它的变量原理。油泵未工作时，外弹簧处于预压状态，内弹簧处于自由状态。油泵工作时，泵出口油液的一部分从壳体上的孔道a、b和c进入i孔道g上油腔f孔道e孔道伺服阀芯hsg调节套弹簧套心轴外弹簧内弹簧变量壳体伺服活塞d油腔单向阀c孔道