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(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電液伺服閥及系統(tǒng)的發(fā)展歷史水利機(jī)械活塞式泵和活塞式馬達(dá)（1900年前）液壓傳動(dòng)—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(guó)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(dòng)量轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)壓力回復(fù)、流量回復(fù)的功能同時(shí)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(guó)的Tinsley開發(fā)出第一只兩級(jí)閥，利用電磁鐵直接推動(dòng)先導(dǎo)閥芯，再利用先導(dǎo)閥芯產(chǎn)生的壓力差推動(dòng)二級(jí)閥芯不久，MIT的動(dòng)態(tài)分析與控制實(shí)驗(yàn)室就對(duì)兩級(jí)閥提出兩項(xiàng)革新：一是采用永磁力矩馬達(dá)取代電磁鐵來驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)級(jí)，此舉大大降低了能耗，同時(shí)提高了線性度；二是采用位置傳感器，電反饋二級(jí)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(guó)人WilliamC.Moog于1950發(fā)明了世界上第一只噴嘴擋板型兩級(jí)式電液伺服閥，力矩馬達(dá)帶動(dòng)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(duì)兩級(jí)閥的機(jī)械反饋?zhàn)髁诉M(jìn)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(dá)完成機(jī)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(dá)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(jī)上出現(xiàn)電液伺服系統(tǒng)，滑閥由伺服電機(jī)拖動(dòng)（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(cè)到自身失效時(shí)自動(dòng)進(jìn)行切換，避免系統(tǒng)損失；三級(jí)式伺服閥，可以提供更大的流量，滿足系統(tǒng)對(duì)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(jī)電液一體化（如飛機(jī)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(jī)電液一體化（MOOG）電液伺服閥創(chuàng)新方向新的結(jié)構(gòu)（電—機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)換器液壓先導(dǎo)級(jí)控制閥液壓功率級(jí)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(jī)械轉(zhuǎn)換器分類動(dòng)鐵式直線式動(dòng)圈式動(dòng)鐵式回轉(zhuǎn)式動(dòng)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(jī)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(dǎo)級(jí)控制閥噴嘴—擋板閥射流管閥圓柱滑閥液壓功率級(jí)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(jí)電液伺服閥（MOOG閥）

力矩馬達(dá)先導(dǎo)級(jí)噴嘴-擋板閥功率級(jí)圓柱滑閥力反饋2.二級(jí)動(dòng)圈式電液伺服閥動(dòng)圈式力馬達(dá)先導(dǎo)級(jí)圓柱滑閥功率級(jí)圓柱滑閥直接位移反饋二級(jí)力反饋電液伺服閥外型二級(jí)力反饋電液伺服閥結(jié)構(gòu)MOOG三級(jí)電液伺服閥外型力士樂三級(jí)電液伺服閥外型力士樂三級(jí)電液伺服閥結(jié)構(gòu)力士樂三級(jí)電液伺服閥頻響二級(jí)動(dòng)圈式電液伺服閥外型（北京、上海）二級(jí)動(dòng)圈式電液伺服閥結(jié)構(gòu)（北京、上海）MOOG二級(jí)電液伺服閥（彈簧）外型MOOG二級(jí)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(dòng)電液伺服閥外型MOOG直動(dòng)電液伺服閥結(jié)構(gòu)MOOG直動(dòng)電液伺服閥電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)新型電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)（浙大）PlungerStatorSleeveExcitingCoilArmaturePermanentmagnetSeparatingringSchematicofthelinearactuator新型電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)性能（浙大）Fig.8Thecomparisonofthesimulatedandexperimentalresults新型電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器靜態(tài)性能（浙大）新型電—機(jī)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(xué)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(xué)橫田真一教授）GMM電液伺服閥結(jié)構(gòu)（日本）GMM一級(jí)電液伺服閥性能（日本）GMM二級(jí)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(bǔ)償管5.輸出桿6.驅(qū)動(dòng)線圈7.后端蓋8.調(diào)節(jié)螺釘9.保護(hù)襯10.GMM桿

11.導(dǎo)磁環(huán)12.預(yù)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(jià)格較昂貴MK直動(dòng)電液結(jié)構(gòu)

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

（德國(guó)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(dá)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(shí)，±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(dá)0.65N·m－3dB帶寬約為190Hz低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)

（浙大）圖5不同激勵(lì)電流時(shí)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(dá)

（浙大）低功耗耐高壓雙向線性力馬達(dá)

（浙大）雙向線性力馬達(dá)的行程范圍為±1mm輸出力為100N時(shí)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(dá)31.5MPa

無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服閥結(jié)構(gòu)

（國(guó)內(nèi)）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電液伺服閥

（俄羅