液压舵机零区特性分析及其检查调整

舵机是现代飞机和直升机操纵系统的重要组成部分之-，是 自动驾驶仪的执行机构，起着电液转换与液压放大的作用。它综合了电和液压两方面的特点，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大和结构紧凑等优点。其性能的优劣直接影响到飞机和直升机操纵系统的精度、稳定性和可靠性。故在舵机的定检和维修过程中，都需要对其性能进行严格测试，确定检验性能是否达到有关指标的要求。

1 航空液压舵机的主要技术指标航空液压舵机的主要技术指标包括舵机的输出力、输出速度和速度差、密封性、不灵敏区、零偏和零飘、位置分辨率、稳定性和稳定余量、频率特性等。与零区有关的技术指标的好坏对舵机性能的影响比较大，相应引起故障的几率和所 占比重也比较大。与零区有关 的技术指标包括：不灵敏区、零偏、零飘、密封性。

不灵敏区(死区)：输入控制电流在多大范围内变化时，舵机动作筒无输出。该电流值反映了舵机的不灵敏区，当实际的不灵敏电流超过规定值时，说明舵机的不灵敏区增大，自动操纵系统的误差也随之变大。

零偏和零飘：要使舵机处于零位(位移传感器指示值为零)所需之输入控制电流，称为零偏。零偏电流的变化叫做零飘。液压系统供油和回油压力的变化所引起的零飘，称为压力零飘 ，油液温度的变化所引起的零飘称为温度零飘。零偏和零飘以额定电流的百分比表示。

密封性：舵机不允许出现外部漏油的现象。而内部密封性是指泄流量随输入控制电流的变化情况。通常是指在额定供油压力条件下，测定输入零位电流和额定电流时，泄流量的变化值，该值必须符合规定数值。

2 液压舵机零区特性与影响因素分析液压舵机，作为电液位置伺服机构，用来控制飞机舵面输出位移 (或偏转角)，使其跟随输入电信号变化。液压舵机基本组成原理如图 1所示，电液伺服阀和执行机构，加上电子放大器和位移电反馈，组成了液图1 液压舵机组成方块图收稿 日期：2013-03，12作者简介：王秀霞(1969-)，女，山东蓬莱人 ，副教授 ，主要从事流体传动与控制领域的教学和科研工作。

2013年第9期 液压与气动 31压舵机闭合回路，以实现电液位置伺服控制。液压动力活塞的死区、电液伺服阀和放大器的死区都形成伺服系统控制的静态误差。

动力活塞启动需要克服负载和本身的静摩擦力，在动力活塞两腔形成-定负载压降，该负载压降需要电液伺服阀-定的输入电流，电流大小与电液伺服阀的零位压力增益和动力活塞的泄漏有关，可以表示为：AITFf/Ap (1)式中：△Jr 为由静摩擦力引起的动力活塞死区折算到电液伺服阀处的电流值，A；F 为有载时最大静摩擦力，N；A 为动力活塞有效工作面积，m ；Ko为电液伺服阀流量增益，m /s/A； 。为动力活塞总流量 .压力系数，m /s/Pa。由△， 引起的系统误差为：- ! -K Kf- AZoK KfKQ/A - KvA； (2)式中，K。为电子放大器增益，A/V； 为反婪节增益，V/m；K KfK /A 为开环增益 (速度放大系数)，1/s；K A/Kc。为系统静态刚度。

若电液伺服阀的死区为 △，，，加上液压动力活塞死区折算到电液伺服阀处后的总死区电流为：△， △，2，则所对应的系统误差为 (AI △ )/K Kf。

电液伺服阀因供油压力和工作温度的变化引起的零点漂移以伺服阀的电流表示，放大器的零飘也折算到伺服阀处，若总的零飘为 △厶，对应的系统误差为AI3/K.K ，则整个舵机系统的静态误差为：系统的静态误差 (死区 零飘)/电气部分增益，可以表示为：Ax。(△，l△，2△，])/ Kf (3)综上所述，死区和零飘是构成系统静态误差的主要原因。死区和零飘的大小反映舵机伺服控制静态误差的大校由于组成舵机各元件的结构尺寸、电磁性能、液体流动的水力特性和装配等方面的影响，舵机系统存在死区和零偏 ，当工作条件和环境条件发生变化时，如供油压力、回油压力、油液温度和零值电流等参数变化 ，引起零位变化形成零飘。从使用维护的角度分析，影响零区特性的主要因素是动力活塞摩擦力的变化以及舵机系统内流体流动水力特性，包括电液伺服阀的流量压力特性以及阀控动力活塞的流量压力特性，舵机系统内密封材料的磨损老化、过滤性能的降低以及油液系统的污染都能增加动力活塞运动摩擦力，改变电液伺服阀和阀控动力活塞的流量压力特性，使舵机零区特性变差。

在额定供油压力条件下，输人零位电流和额定电流时，测定泄流量的变化值即静耗流量。静耗流量是指舵机输出流量为零时，由回油 口流出的内部泄漏流量随输入电流变化而变化，当电液伺服阀处于零位时为最大。静耗流量由前置级的电液伺服阀泄漏流量和输出级阀控动力活塞的泄漏流量组成，滑阀式电液伺服阀的泄漏流量随重叠情况变化，较大的重叠可以减少泄漏，但会产生较大的死区，并使阀更容易淤积，而且增大阀的滞环和分辨率，降低响应速度。静耗流量对新品来说反映了制造质量，对旧品可反映其磨损程度。

3 液压舵机零区特性的检查与调整在液压舵机的检查与调整中与零区特性有关的项目包括：伺服阀粗调、细调、转轴行程、夹紧余隙、动力活塞的行程、伺服断开时的启动力、伺服断开时动力活塞的运动速度、自动与助力状态下的平稳性、过载信号下动力活塞的位移、开环装置的调试及其特性，以及内漏与工作密封性检查等。

传统测试方法是采用外置伺服阀电流加载装置，通过手动调节，控制伺服阀电流的加载方向和大校在测试过程中，根据测试要求，通过缓慢旋转伺服阀电流调节”旋钮和拨动伺服阀换向”开关，控制伺服阀电流的加载，并通过百分表测量舵机动力活塞的位移，对于需要计时的测试项 目采用秒表进行计时。

为解决传统测试 自动化程度不高的问题，研究了较为先进的自动测试方法，此方法在被测舵机的伺服阀电流控制电路上安装 D/A模拟量输出板卡和 v/I转换隔离放大器，以代替传统的伺服阀手动电流调节装置；在舵机动力活塞的输出端安装位移传感器，以代替传统的百分表；在需要计时的测试项 目采用控制软件自动计时，以代替传统的秒表手工计时。在测试过程中，测控计算机内的控制软件根据当前所选测试项目以确定的控制规律，自动通过模拟量输出板卡输出电压控制信号时，此电压控制信号通过 V/I转换隔离放大器转换成对应的电流信号，对伺服阀进行控制，使得动力活塞向上或向下运动，同时测控计算机记录伺服阀电流的控制电压数据、动力活塞的位移数据、动力活塞的运动时间数据等，然后根据测试数据进行处理和计算 ，从而自动确定与零区特性有关的各项 目指标，同时可以实现超差项 目的提示。

4 结论液压舵机的零区特性直接影响伺服控制系统的静32 液压与气动 2013年第9期DOI：10.I 1832/j.issn.1000-4858.2013.09.008基于 PLC的矿井液压阻车系统的设计王伟平 ，冀龙飞The Design of Car Arrester System for Mine Based on PLCWANG Wei-ping ，JI Long.fei(1.中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.徐州矿务集团，江苏 徐州 221131)摘 要：阻车器在操车系统设计中占着十分重要的地位。针对目前矿井阻车器原理和结构的不足，设计了-种矿井液压阻车系统。该系统以PLC为控制核心，采用液压缸推动阻车器，并利用编码器进行脉冲计数，判断出矿车实时位置，利用接近开关判断出矿车是否到位，能够实现阻车器的准确、稳定、安全阻车。

关键词：液压缸；PLC；阻车器；编码器中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)09-0032-03引言阻车器是用于在矿车轨道上停车的设备，它主要安装在矿井井 口。其主要作用是阻止矿车的继续前进，使其停在罐笼、翻车机以及道岔的前面。阻车器的准确稳定阻车在矿井生产中非常重要。-旦阻车器发生故障，发生跑车事故，不仅会损坏设备，甚至会危及操作人员人身安全。因此，阻车器既是矿井生产中不可缺少的专用设备同时也是-种安全设备。但是现有的阻车器在其自动化和安全稳定性问题上还存在许多不足，为了实现阻车器的稳定安全阻车，提高自动化程度，设计了-种基于PLC的矿井液压阻车系统。

1 阻车器现状及存在的问题阻车器是由执行机构、驱动机构和控制系统等组成的。执行机构是指阻车爪，它是与矿车车轮直接接触的部分，多数是回转型，其结构简单。传力机构的形式，常用的有：斜锲杠杆式、弹簧式、重力式、手动杠杆式等。驱动机构有气动、液压、电动和机械式四种形式。气动式速度快、结构简单、成本低，但密封难度大，收稿 日期：2013-.03-.04作者简介：王伟平(1990～)，男，江苏徐州人 ，硕士研究生，主要从事机电方面的研究工作。

态误差，为保证液压舵机的控制精度和可靠性，舵机的零区需要保持良好的特性。通过对舵机不灵敏区、零偏和零飘、启动力以及静耗流量等技术指标的测试检查，通过对存储数据的历史记录分析，可以判断舵机零区的情况，可以分析零区特性的变化现状与趋势，通过零区特性变差预估舵机系统的使用状态、磨损程度与污染程度。

在零区特性的检查与调整过程中，分析影响舵机零区特性变化的因素，除结构和材料的力学性能与电磁性能影响外，工作条件和环境条件的影响比较大，如工作压力引起舵机内部流量压力特性改变、工作温度变化引起密封材料和油液的理化特性改变、油液系统的污染水平提高引起磨损加剧与粘滞力增大等。所以在使用维护中需要加强油液系统的污染控制以及工作条件的监测，使舵机保持良好的零区特性，可以延长舵机的使用寿命。