CN113007176A - 一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，包括以下步骤：1)将液压阀的P口接入高压油液，T口接通油箱，A口与B口之间串联接入流量计；2)将低频且幅值为额定电流的三角波信号作为力矩马达的输入电流；3)在液压阀工作过程中，获取完整循环周期内的液压阀空载流量特性曲线，将高斯计依次插入不同工作气隙中，重复循环电流，得到四个气隙处的磁感应强度曲线；4)根据各气隙处磁感应强度曲线的分布情况，判断对应气隙的气隙误差形式，以此结合液压阀空载流量特性曲线判断零偏是否符合要求，并对力矩马达各气隙进行调整，完成性能调试。与现有技术相比，本发明测量方法简单，具有良好的可操作性，准确度高、效率高的优点。

Description

一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法

技术领域

本发明涉及液压阀性能检测技术领域，尤其是涉及一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法。

背景技术

液压阀包括电液伺服阀和电液比例阀具有控制精度高、响应快、体积小、质量轻、功率放大系数高等显著优点，在航空航天、军事、舰船、工业等领域得到了广泛的应用，电液伺服阀和电液比例阀是液压控制系统的核心元件，其对精度的要求较高，随之带来检测和维护成本的提高，电液伺服阀和电液比例阀的装配涉及众多精密偶件的配合，且各零件在加工过程中存在不可避免的误差，导致装配完成后的电液伺服阀和电液比例阀性能存在一定的不确定性。

中国专利CN101329171提出了一种气动伺服阀阀芯阀套重合量的间接测量方法，通过测量气动伺服阀的静态压力特性，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套间几何重叠量的大小，中国专利CN107131167A提出了一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀及调试方法以及中国专利CN108506257B提出了一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法，分别公开了一种可调式喷嘴轴线位置的射流管伺服阀及调试方法和一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法，为射流管伺服阀的性能调试提供了新的思路。

文献(訚耀保,李聪,李长明,陆亮.力矩马达气隙误差对电液伺服阀零偏的影响[J].华中科技大学学报(自然科学版),2019,47(03):55-61.)分析了力矩马达的气隙误差对电液伺服阀零偏的影响，电液伺服阀和电液比例阀中对关键尺寸的要求较为苛刻，如力矩马达的工作气隙长度仅数百微米，允许误差仅数微米，力矩马达的气隙误差和其性能密切相关，但常规的检测手段难以满足该要求，同时，我国针对电液伺服阀和电液比例阀性能调试，尤其是针对其中的力矩马达，没有明确成文的检测和调试方法。目前，技术人员检测和调试力矩马达性能大都是基于经验、直觉，缺乏专业性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，包括以下步骤：

1)将液压阀的P口接入高压油液，T口接通油箱，A口与B口之间串联接入流量计；

2)将低频且幅值为额定电流的三角波信号作为力矩马达的输入电流，并循环至少一个周期；

3)在液压阀工作过程中，通过流量计获取完整循环周期内的液压阀空载流量特性曲线，将高斯计依次插入不同工作气隙中，重复循环电流，得到四个气隙处的磁感应强度曲线；

4)根据各气隙处磁感应强度曲线的分布情况，判断对应气隙的气隙误差形式，以此结合液压阀空载流量特性曲线判断零偏是否符合要求，并对力矩马达各气隙进行调整，完成性能调试。

所述的步骤4)中，在实际情况下，力矩马达的气隙误差形式具体包括以下5类：

当Δx₁＝Δx₂＝Δx₃＝Δx₄＝0时，定义为气隙无误差；

当Δx₁＝Δx₂≠0，Δx₃＝Δx₄≠0时，定义为气隙左右对称形式；

当Δx₁＝Δx₄≠0，Δx₂＝Δx₃≠0时，定义为气隙上下对称形式；

当Δx₁＝Δx₃≠0，Δx₂＝Δx₄≠0时，定义为气隙中心对称形式；

当仅有一个气隙存在误差，而其余气隙均无误差时，定义为单个气隙存在误差形式；

其中，Δx₁、Δx₂、Δx₃、Δx₄为不同气隙处的误差，下标1、2、3和4分别对应左上、右上、右下和左下位置的气隙。

当气隙误差形式为气隙无误差时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线重合。

当气隙误差形式为气隙左右对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线不重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也不重合。

当气隙误差形式为气隙上下对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且有上下左右共四个交叉点，上下两个交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线平行且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也平行。

当气隙误差形式为气隙中心对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值不为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线重合。

当气隙误差形式为单个气隙存在误差形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且有上下左右共四个交叉点，上下两个交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值不为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线平行且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也平行。

所述的步骤4)中，当四个气隙处的磁感应强度曲线形式为气隙无误差、气隙左右对称形式、气隙上下对称形式或单个气隙存在误差形式时，则认定磁感应强度符合要求，完成力矩马达气隙的间接测量，并认定力矩马达性能符合要求。

所述的步骤4)中，当四个气隙处的磁感应强度曲线形式为气隙中心对称形式时，则认定磁感应强度曲线不符合要求，完成力矩马达气隙的间接测量，同时根据液压阀空载流量特性曲线的零偏电流是否在允许范围内，若是，则认定力矩马达性能符合要求，若否，则认定力矩马达性能不符合要求，并通过调节调整垫片进行调控。

当零偏电流为正值时，则同时更换右上气隙和左下气隙处对应的调整垫片或调整力矩马达的装配工艺，使得右上气隙和左下气隙增加，和/或使得左上气隙和右下气隙减小；

当零偏电流为负值时，则使得右上气隙和左下气隙增减小，和/或使得左上气隙和右下气隙增加。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过测量力矩马达四个气隙处的磁感应强度来间接得到气隙的误差情况，大大提高了力矩马达气隙测量的效率和经济性。

2、本发明通过测量力矩马达气隙处的磁感应强度对力矩马达性能进行判断，气隙磁感应强度的不对称性是导致力矩马达产生零偏的根本原因，同时通过电液伺服阀的空载流量特性曲线进行核验，具有较高的准确性和可信度，可为力矩马达的性能检测和优化提供理论依据。

3、本发明的检测方法简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法的流程示意图；

图2为具体实施例的力矩马达装配示意图。

图3为具体实施例中衔铁位于中位时力矩马达的气隙结构分布图。

图4为具体实施例的力矩马达三维示意图。

图5为具体实施例的液压阀静态特性试验系统原理图。

图6为具体实施例中液压阀的空载流量特性曲线。

图7为具体实施例中力矩马达气隙处的磁感应强度的五种不同情况，其中，图(7a)为气隙无误差，图(7b)为气隙左右对称形式，图(7c)为气隙上下对称形式，图(7d)为气隙中心对称形式，图(7e)为单个气隙存在误差形式。

图中标记说明：1、电机，2、液压泵，3、油虑，4、电磁阀，5、溢流阀，6、单向阀，7、液压阀安装座，8、流量计，9、单向阀，η为力矩马达的输入电流。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明提供一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，如图1所示，该方法的主要步骤如下：

步骤1：液压阀P口接入高压油液，T口接通油箱，A口与B口之间串联接入流量计；

步骤2：将高斯计探针插入力矩马达气隙中，测量气隙处的磁感应强度；

步骤3：将低频、幅值为额定电流的三角波信号作为力矩马达的输入电流，并循环至少一个周期；

步骤4：在液压阀工作过程中，获取完整循环周期内的液压阀空载流量特性曲线；将高斯计依次插入不同工作气隙中，重复循环电流，得到四个不同气隙处的磁感应强度曲线；

在此步骤中，当气隙磁感应强度呈图(7e)分布时，即气隙为单个气隙存在误差的情况，会导致力矩马达产生零偏，但在零件加工、装配的形位公差限制下，导致产生的零偏值极小，在分析中可忽略不计；

步骤5：当气隙磁感应强度近似呈图(7a)分布时，气隙无误差；当呈图(7b)分布时，气隙为左右对称；当呈图(7c)分布时，气隙为上下对称；当呈图(7e)分布时，为单个气隙存在误差的情况。当气隙磁感应强度呈现图(7a)、(7b)、(7c)、(7e)曲线情况，认为磁感应强度符合要求，完成力矩马达气隙的间接测量，且认为力矩马达性能符合要求；

步骤6：当磁感应曲线呈现出图(7d)情形，认为磁感应强度曲线不符要求，得出气隙呈中心对称分布的结论，完成气隙的间接测量。此时需进一步查看对应的空载流量曲线，若零偏电流在允许范围内，则认为力矩马达性能符合要求，否则判定不符合要求，并提出相应调控措施，具体为：对零偏电流为正值情况，需同时更换气隙2和气隙4处对应的调整垫片或调整力矩马达的装配工艺，使得气隙2、4增加，或减小气隙1、3的长度，并返回步骤1。

在此步骤中，同时增加气隙2、4的长度与同时减小气隙1、3的长度具有同等效益，也可同时增加2、4的长度与减小气隙1、3的长度。

本实施例的装配示意图如图2所示，理想情况下，装配后的力矩马达需保证气隙1、2、3和4的长度完全相等。

如图3所示，在实际生产中，力矩马达的四个气隙均可能存在不同程度的误差。当Δx₁＝Δx₂＝Δx₃＝Δx₄＝0时，定义为气隙无误差；当Δx₁＝Δx₂≠0，Δx₃＝Δx₄≠0时，定义为气隙左右对称形式；当Δx₁＝Δx₄≠0，Δx₂＝Δx₃≠0时，定义为气隙上下对称形式；当Δx₁＝Δx₃≠0，Δx₂＝Δx₄≠0时，定义为气隙中心对称形式；当仅有一个气隙存在误差，而其气隙均无误差时，如Δx₁≠0，Δx₂＝Δx₃＝Δx₄＝0，此时定义为单个气隙存在误差形式。

如图4所示，通过更换不同厚度的调整垫片，可以实现对各处气隙长度的调节。

如图5所示，将液压阀P口接入高压油液，T口接通油箱，A口与B口之间串联接入流量计，通过流量计完成液压阀空载流量特性的测量。

本实施例中液压阀的空载流量特性曲线如图6所示，该液压阀存在死区，图中曲线的零偏电流计算公式为：i₀＝(i₁+i₂)/2。

当衔铁偏离中位位移为x时，各气隙磁阻分别为：

R₁＝(g+Δx₁-x)/(μ₀A_g)

R₂＝(g+Δx₂+x)/(μ₀A_g)

R₃＝(g+Δx₃-x)/(μ₀A_g)

R₄＝(g+Δx₄+x)/(μ₀A_g)

其中，μ₀为真空磁导率，A_g为力矩马达工作气隙的有效磁通面积，g为力矩马达工作气隙的设计尺寸，Δx_i为不同气隙处的误差。

力矩马达到平衡后应满足平衡方程R₁/R₄＝R₂/R₃，即

由式(1)可解得：

当输入电流为零时，若力矩马达衔铁存在偏转位移，即x≠0，则会导致液压阀产生零偏。

在力矩马达的磁路分析中，由基尔霍夫定律可以得到：

φ₁R₁+φ₄R₄＝φ₂R₂+φ₃R₃ (3)

其中，φ_i为各气隙处的通过的磁通量，且φ_i＝b_iA_g，b_i为不同气隙处磁感应强度。

力矩马达的输出力矩表达式为：

其中a为力矩马达衔铁的旋转半径。

可通过对力矩马达各气隙的测量，并根据式(4)判断液压阀的性能。

如图7所示，力矩马达气隙处的磁感应强度包括a,b,c,d,e五种典型情况，其能组合描述任意的力矩马达气隙误差形式。其中，图(7a)为气隙无误差情况，图(7b)为气隙左右对称形式，图(7c)为气隙上下对称形式，图(7d)为气隙中心对称形式，图(7e)为单个气隙存在误差形式。若气隙磁感强度的测量结果呈图(7a)、(7b)、(7c)或(7e)的形式，则可快速判断气隙存在的误差形式，并可得出液压阀性能符合要求的结论。若气隙磁感强度的测量结果呈图(7d)的形式，则可快速判断气隙存在的误差形式，且需进一步查看液压阀的空载流量曲线，进行零偏电流的计算。若零篇电流超过允许范围，则判定该液压阀性能不符合要求。需对力矩马达气隙进行调整，对零偏电流为正值情况，需同时更换气隙2和气隙4处对应的调整垫片或调整力矩马达的装配工艺，使得气隙2、4增加，或减小气隙1、3的长度；对零偏电流为负值情况，需减小气隙2、4的长度，或增加气隙1、3的长度，并返回步骤1)，从而保证液压阀性能符合要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将液压阀的P口接入高压油液，T口接通油箱，A口与B口之间串联接入流量计；

2)将低频且幅值为额定电流的三角波信号作为力矩马达的输入电流，并循环至少一个周期；

3)在液压阀工作过程中，通过流量计获取完整循环周期内的液压阀空载流量特性曲线，将高斯计依次插入不同工作气隙中，重复循环电流，得到四个气隙处的磁感应强度曲线；

4)根据各气隙处磁感应强度曲线的分布情况，判断对应气隙的气隙误差形式，以此结合液压阀空载流量特性曲线判断零偏是否符合要求，并对力矩马达各气隙进行调整，完成性能调试。

2.根据权利要求1所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，所述的步骤4)中，在实际情况下，力矩马达的气隙误差形式具体包括以下5类：

当Δx₁＝Δx₂＝Δx₃＝Δx₄＝0时，定义为气隙无误差；

当Δx₁＝Δx₂≠0，Δx₃＝Δx₄≠0时，定义为气隙左右对称形式；

当Δx₁＝Δx₄≠0，Δx₂＝Δx₃≠0时，定义为气隙上下对称形式；

当Δx₁＝Δx₃≠0，Δx₂＝Δx₄≠0时，定义为气隙中心对称形式；

当仅有一个气隙存在误差，而其余气隙均无误差时，定义为单个气隙存在误差形式；

其中，Δx₁、Δx₂、Δx₃、Δx₄为不同气隙处的误差，下标1、2、3和4分别对应左上、右上、右下和左下位置的气隙。

3.根据权利要求2所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当气隙误差形式为气隙无误差时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线重合。

4.根据权利要求3所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当气隙误差形式为气隙左右对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线不重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也不重合。

5.根据权利要求4所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当气隙误差形式为气隙上下对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且有上下左右共四个交叉点，上下两个交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线平行且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也平行。

6.根据权利要求5所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当气隙误差形式为气隙中心对称形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈X型分布且仅有一个交叉点，该交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值不为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线重合且右上和左下气隙的磁感应强度曲线重合。

7.根据权利要求6所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当气隙误差形式为单个气隙存在误差形式时，四个气隙处的四条磁感应强度曲线呈双X型分布且有上下左右共四个交叉点，上下两个交叉点对应的横坐标，即力矩马达的输入电流值不为0，左上和右下气隙的磁感应强度曲线平行且右上和左下气隙的磁感应强度曲线也平行。

8.根据权利要求7所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，所述的步骤4)中，当四个气隙处的磁感应强度曲线形式为气隙无误差、气隙左右对称形式、气隙上下对称形式或单个气隙存在误差形式时，则认定磁感应强度符合要求，完成力矩马达气隙的间接测量，并认定力矩马达性能符合要求。

9.根据权利要求7所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，所述的步骤4)中，当四个气隙处的磁感应强度曲线形式为气隙中心对称形式时，则认定磁感应强度曲线不符合要求，完成力矩马达气隙的间接测量，同时根据液压阀空载流量特性曲线的零偏电流是否在允许范围内，若是，则认定力矩马达性能符合要求，若否，则认定力矩马达性能不符合要求，并通过调节调整垫片进行调控。

10.根据权利要求9所述的一种液压阀力矩马达气隙测量及性能调试方法，其特征在于，当零偏电流为正值时，则同时更换右上气隙和左下气隙处对应的调整垫片或调整力矩马达的装配工艺，使得右上气隙和左下气隙增加，和/或使得左上气隙和右下气隙减小；

当零偏电流为负值时，则使得右上气隙和左下气隙增减小，和/或使得左上气隙和右下气隙增加。

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