电液伺服阀的发展与研究现状

电液伺服阀的发展与研究现状

陈潜201302070902 健行理工1301班

电液伺服阀是电液伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀具有动态响应快、控制精度高、使用寿命长等优点，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服控制系统中。电液伺服阀是电液联合控制的多级伺服元件，它能将微弱的电气输入信号放大成大功率的液压能量输出。它具有控制精度高和放大倍数大等优点，在液压控制系统中得到广泛的应用。

一发展过程

1750年左右，用于控制给水系统和蒸汽锅炉水位的液位控制阀在英国出现。随着工业革命的发展,控制策略的不断改进，进而影响到液压技术的发展。在二战前夕，由于空气动力学的应用，要求发明一种能够实现机械信号与气体信号转换装置。在二战末期,伺服阀是采用滑阀阀芯在阀套中移动的结构。阀芯的运动是直流螺线管产生的电磁力与弹簧产生的压力共同作用的结果,因此,此时的伺服阀还仅仅是一种单级开环控制阀。二战结束后，电液伺服阀开发研制进入了迅速发展时期,很多结构设计进一步提高了电液伺服阀的性能。特别是1960年的电液伺服阀设计更多地显示出了现代伺服阀的特点。

1946年，英国人获得了两级阀的专利。

1950年，W.C.Moog第一个发明了单喷嘴两级伺服阀。

1953年至1955年间，T.H.Carson发明了机械反馈式两级伺服阀，W.C.Moog 发明了双喷嘴两级伺服阀，Wolpin发明了干式力矩马达，消除了原来浸在油液内的力矩马达由油液污染带来的可靠性问题。

1957年Atchley利用射流管原理研制了两级射流管伺服阀。

1959年Atchley研制了三级电反馈伺服阀。

1959年2月，国外某液压与气动杂志对当时的伺服阀情况作了12页的报道，显示了当时伺服阀蓬勃发展的状况。那时生产各种类型的伺服阀的制造商有20多家。大多数生产具有反馈及力矩马达的两级伺服阀。

1960年，伺服阀已具有现代伺服阀的许多特点。如：第二级对第一级反馈形成闭环控制，采用干式力矩马达，前置级对功率级的压力恢复通常可达到50%，第一级的机械对称结构减小了温度、压力变化对零位的影响。同时，由早期的直动型开环控制阀发展变化而来的直动型两级闭环控制伺服阀也已出现。当时的伺服阀主要用于军事领域，随着太空时代的到来，伺服阀又被广泛用于航天领域，并研制出高可靠性的多余度伺服阀等尖端产品。

1963年，Moog公司推出了第一款专为工业场合使用的73系列伺服阀产品。随后，越来越多的专为工业用途研制的伺服阀出现了。它们具有如下的特征：较大的体积以方便制造，阀体采用铝材（需要时亦可采用钢材），独立的第一级以方便调整及维修，主要使用在14MPa以下的低压场合，尽量形成系列化、标准化产品。

1973年，Moog公司按工业使用的需要，把某些伺服阀转换成工业场合的比例阀标准接口。Bosch研制出了其标志性的射流管先导级及电反馈的平板型伺服阀。

1974年，Moog公司推出了低成本、大流量的三级电反馈伺服阀。Vickers

公司研制了压力补偿的KG型比例阀。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用两个线圈分别控制阀芯两方向运动的比例阀等等。

到了现代，新型电液伺服阀技术的发展趋势主要体现在新型结构的设计，新型材料的采用及电子化，数字化技术与液压技术的结合等几方面，液压伺服系统向高性能、高精度和自动化方向发展需要。

现代的伺服阀主要发展方向是：

（1）虚拟化。利用CAD 技术全面支持伺服阀从概念设计、外观设计、性能设计、可靠性设计到零部件详细设计的全过程，并把计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助工艺规划、计算机辅助检验、计算机辅助测试和现代管理系统集成在一起，建立计算机制造系统，使设计与制造技术有一个突破性的发展。

（2）智能化。发展内藏式传感器和带有计算机、自我管理机能（故障诊断、故障排除）的智能化伺服阀，进一步开发故障诊断专家系统通用工具软件，实现自动测量和诊断。还应开发自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，这是液

压行业努力的方向。另外，借助现场总线，实现高水平的信急系统，从而简化伺服阀的使用、调节和维护。

（3）数字化。电子技术与液压技术的结合的一个方向。通过把电子控制装置安装于伺服阀内或改变阀的结构等方法，形成了种类众多的数字产品。阀的性能由软件控制，可通过改变程序，方便地改变设计方案、实现数字化补偿等多种功能。

（4）微型化。随着液压技术的进步及竞争的加剧，微型伺服阀的技术以体积小、重量轻、单位功率大等优点而越来越受到重视。研究重点增大压力的优势，应用先进材料和复合材料降低重量和铸造工艺的发展，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，实现元件小型化。

（5）绿色化。减少能耗，泄漏控制，污染控制，将发展降低内耗和节流损失技术以及无泄漏元件。如实现无管连接，研制新型密封等；发展耐污染技术和新的污染检测方法，对污染进行在线测量；可采用生物降解迅速的压力液体，如菜油基和合成脂基的传动用介质将得到广泛应用，减少漏油对环境危害，适应环境保护（降低噪声和振动、无泄漏）。

二研究现状

当前电液伺服阀的研究主要集中在结构及加工工艺的改进、材料的更替及测试方法的改变。

（1）在结构上改进。目前主要是利用冗余技术对伺服阀的结构进行改造。由于伺服阀是伺服系统的核心元件，伺服阀性能的优劣直接代表着伺服系统的水平。另外，从可靠性角度分析，伺服阀的可靠性是伺服系统中最重要的一环。对此，国外的许多厂家对伺服阀结构作了改进，先后发展出了抗污染性较好的射流管式、偏导射流式伺服阀。此外多线圈结构、或在结构上带零位保护装置、外接式滤器等型式的伺服阀亦已在冶金、电力、塑料等行业得到了广泛的应用。

（2）在加工工艺上改进。采用新型的加工设备和工艺来提高伺服阀的加工精度及能力。如在阀芯阀套配磨方法上，哈尔滨工业大学均研制出了智能化、全自动的配磨系统。特别是哈尔滨工业大学的配磨系统改变了传统的气动配磨的模式，采用液压油作为测量介质，更直接地反应了所测滑阀副的实际情况，提高了