電液伺服閥研究現(xiàn)狀講稿發(fā)三一

電液伺服閥研究現(xiàn)狀及發(fā)展丁凡浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史水利機械活塞式泵和活塞式馬達（1900年前）液壓傳動—首先用于海軍戰(zhàn)艦炮塔的俯仰（1906年前）滑閥特性和液壓伺服控制理論研究（1940年始）德國的Askania公司試制出第一只采用射流管原理的閥，通過射流管與兩只接收管之間的動量轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)壓力回復、流量回復的功能同時期，F(xiàn)oxboro研究出噴嘴擋板閥，利用銳緣噴嘴與平面擋板間的距離變化作為可變液阻，將其引入液壓半橋或全橋，輸出控制壓力。這兩種閥的出現(xiàn)為伺服閥的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史1946年，英國的Tinsley開發(fā)出第一只兩級閥，利用電磁鐵直接推動先導閥芯，再利用先導閥芯產(chǎn)生的壓力差推動二級閥芯不久，MIT的動態(tài)分析與控制實驗室就對兩級閥提出兩項革新：一是采用永磁力矩馬達取代電磁鐵來驅(qū)動先導級，此舉大大降低了能耗，同時提高了線性度；二是采用位置傳感器，電反饋二級閥的閥芯位移，改善閥芯的死區(qū)和線性。電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史美國人WilliamC.Moog于1950發(fā)明了世界上第一只噴嘴擋板型兩級式電液伺服閥，力矩馬達帶動擋板，改變擋板與噴嘴間的距離，噴嘴擋板形成的液阻與固定節(jié)流口配合，控制三位閥芯，閥芯的位置通過作用彈簧得到1953年，Carson對兩級閥的機械反饋作了進一步的創(chuàng)新，通過設(shè)置一只與閥芯位移成比例的拉簧，拉簧直接作用于力矩馬達完成機械反饋1957年，Atchley利用射流管原理發(fā)明了第一只射流管伺服閥電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史閥芯調(diào)零彈簧閥體噴嘴擋板力矩馬達圖1-1早期噴嘴擋板伺服閥電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史飛機上出現(xiàn)電液伺服系統(tǒng)，滑閥由伺服電機拖動（1945年后）1960年左右，各種不同用途的專用伺服閥相繼開發(fā)問世。如帶冗余功能的伺服閥，可以在檢測到自身失效時自動進行切換，避免系統(tǒng)損失；三級式伺服閥，可以提供更大的流量，滿足系統(tǒng)對于大流量的需求等。電液伺服閥今后發(fā)展方向大流量、高頻響電液伺服閥的研制特種電液伺服閥（如深海）機電液一體化（如飛機上）低成本、抗污染、工作可靠的電液伺服閥電液比例伺服閥機電液一體化（MOOG）電液伺服閥創(chuàng)新方向新的結(jié)構(gòu)（電—機械轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、閥的結(jié)構(gòu)）新材料的利用（壓電陶瓷、GMM、記憶合金、納米材料？）電液伺服閥的組成電—機械轉(zhuǎn)換器液壓先導級控制閥液壓功率級控制閥反饋部件附件（過濾器等）電液伺服閥的結(jié)構(gòu)分類從電—機械轉(zhuǎn)換器分類動鐵式直線式動圈式動鐵式回轉(zhuǎn)式動圈式電液伺服閥的結(jié)構(gòu)分類利用新型功能材料研制電—機械轉(zhuǎn)換器利用壓電陶瓷元件（

PZT材料）利用超磁致伸縮材料

（GMM材料）利用電流變體

（ER流體）利用磁流變流體（MR流體）利用記憶合金（SMA材料）電液伺服閥的結(jié)構(gòu)分類液壓先導級控制閥噴嘴—擋板閥射流管閥圓柱滑閥液壓功率級控制閥圓柱滑閥反饋部件位移反饋力反饋電反饋二種常見的電液伺服閥1.

力反饋二級電液伺服閥（MOOG閥）

力矩馬達先導級噴嘴-擋板閥功率級圓柱滑閥力反饋2.二級動圈式電液伺服閥動圈式力馬達先導級圓柱滑閥功率級圓柱滑閥直接位移反饋二級力反饋電液伺服閥外型二級力反饋電液伺服閥結(jié)構(gòu)MOOG三級電液伺服閥外型力士樂三級電液伺服閥外型力士樂三級電液伺服閥結(jié)構(gòu)力士樂三級電液伺服閥頻響二級動圈式電液伺服閥外型（北京、上海）二級動圈式電液伺服閥結(jié)構(gòu)（北京、上海）MOOG二級電液伺服閥（彈簧）外型MOOG二級電液伺服閥（彈簧）結(jié)構(gòu)NIRECO電液伺服閥結(jié)構(gòu)

（日本）NIRECO電液伺服閥結(jié)構(gòu)

（日本）NIRECO電液伺服閥結(jié)構(gòu)

（日本）NIRECO電液伺服閥流量曲線

（日本）NIRECO電液伺服閥頻率響應(yīng)

（日本）Hitachi電液伺服閥外型(1)

（日本一柳鍵教授）Hitachi電液伺服閥外型(2)

（日本一柳鍵教授）Hitachi電液伺服閥結(jié)構(gòu)

（日本一柳鍵教授）Hitachi電液伺服閥油口

（日本一柳鍵教授）Hitachi電液伺服閥性能(1)

（日本一柳鍵教授）Hitachi電液伺服閥性能(2)

（日本一柳鍵教授）MOOG直動電液伺服閥外型MOOG直動電液伺服閥結(jié)構(gòu)MOOG直動電液伺服閥電—機械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)新型電—機械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)（浙大）PlungerStatorSleeveExcitingCoilArmaturePermanentmagnetSeparatingringSchematicofthelinearactuator新型電—機械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)性能（浙大）Fig.8Thecomparisonofthesimulatedandexperimentalresults新型電—機械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)性能（浙大）新型電—機械轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)性能（浙大）PZT壓電陶瓷電液伺服閥結(jié)構(gòu)PZT壓電陶瓷電液伺服閥的響應(yīng)記憶合金電液伺服閥結(jié)構(gòu)

（日本東京工業(yè)大學橫田真一教授）記憶合金電液伺服閥頻響

（日本東京工業(yè)大學橫田真一教授）GMM電液伺服閥結(jié)構(gòu)（日本）GMM一級電液伺服閥性能（日本）GMM二級電液伺服閥性能（日本）GMM噴嘴—擋板閥結(jié)構(gòu)（浙大）GMM噴嘴—擋板閥結(jié)構(gòu)（浙大）12123456789111413101.前端蓋2.密封圈3.線圈骨架4.熱補償管5.輸出桿6.驅(qū)動線圈7.后端蓋8.調(diào)節(jié)螺釘9.保護襯10.GMM桿

11.導磁環(huán)12.預壓彈簧13.噴嘴14.油路GMM噴嘴—擋板閥靜態(tài)壓力特性

（浙大）

GMM噴嘴—擋板閥的壓力滯回特性（浙大）GMM噴嘴—擋板閥的頻率響應(yīng)（浙大）GMM電液閥伺服閥要解決的問題

（浙大）材料磁致變形的非線性線圈電感的克服材料微小變形的放大為增大變形所需施加的軸向力材料的熱變形目前材料價格較昂貴MK直動電液結(jié)構(gòu)

（日本KYB公司）MK二級電液伺服閥結(jié)構(gòu)（日本KYB公司）MK二級電液伺服閥結(jié)構(gòu)（日本KYB公司）SV1-10系列回轉(zhuǎn)伺服閥

（德國EMG公司）SV1-10系列回轉(zhuǎn)伺服閥

（德國EMG公司）電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）(a)轉(zhuǎn)子中位，控制電流為0(b)轉(zhuǎn)子中位，控制電流為1000mA

(c)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)8，控制電流為0

(c)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)8，控制電流為0

(c)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)8，控制電流為0電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）電液伺服轉(zhuǎn)閥耐高壓雙向旋轉(zhuǎn)線性電磁鐵

（浙大）工作壓力可達31.5MPa

電磁鐵力矩特性具有良好的線性度（控制電流小于±600mA時，±5°及±8°工作范圍內(nèi)非線性誤差分別小于1％和3％）較小的滯環(huán)（<4.5％）最大輸出力矩達0.65N·m－3dB帶寬約為190Hz低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）圖5不同激勵電流時銜鐵位移-力特性曲線Fig.5Forcevs.displacementcharacteristicswithvariableexcitingcurrents低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達

（浙大）雙向線性力馬達的行程范圍為±1mm輸出力為100N時的電流為0.8A(功耗低，僅為7W左右)具有10N/mm的正磁彈簧剛度非線性度小于1.5%，磁滯小于1.5%工作壓力可達31.5MPa

無刷直流電機驅(qū)動的伺服閥結(jié)構(gòu)

（國內(nèi)）伺服電機驅(qū)動的電液伺服閥

（俄羅