原裝意大利ATOS電液伺服閥

原裝意大利ATOS電液伺服閥
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ATOS電液伺服閥是電液伺服控制中的關(guān)鍵元件，它是一種接受模擬電信號后，相應輸出調制的流量和壓力的液壓控制閥。電液伺服閥具有動(dòng)態(tài)響應快、控制精度高、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統中。液壓伺服閥是構建液壓伺服控制系統的核心元件，因此液壓控制系統書(shū)籍會(huì )包含電液伺服閥內容。
ATOS電液伺服閥發(fā)展過(guò)程：
電液伺服閥技術(shù)誕生是液壓控制技術(shù)和液壓控制系統的發(fā)展的結果。
液壓控制技術(shù)的歷史早可追溯到公元前240年，當時(shí)一位古埃及人發(fā)明了人類(lèi)歷*一個(gè)液壓伺服系統——水鐘。然而在隨后漫長(cháng)的歷史階段，液壓控制技術(shù)一直裹足不前，直到18世紀末19世紀初，才有一些重大進(jìn)展。在二戰前夕，隨著(zhù)工業(yè)發(fā)展的需要，液壓控制技術(shù)出現了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，許多早期的控制閥原理及均是這一時(shí)代的產(chǎn)物。如：Askania調節器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請了射流管閥原理的。同樣Foxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥原理的。而德國Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達及接收機械及電信號兩種輸入的雙輸入閥，并開(kāi)創(chuàng )性地使用在航空領(lǐng)域。
在二戰末期，伺服閥是用螺線(xiàn)管直接驅動(dòng)閥芯運動(dòng)的單級開(kāi)環(huán)控制閥。然隨著(zhù)控制理論的成熟及*應用的需要，伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。 1946年，英國Tinsiey獲得了兩級閥的；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級閥；MIT用力矩馬達替代了螺線(xiàn)管使馬達消耗的功率更小而線(xiàn)性度更好。1950年，W.C.Moog*個(gè)發(fā)明了單噴嘴兩級伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機械反饋式兩級伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達，消除了原來(lái)浸在油液內的力矩馬達由油液污染帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。 1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級射流管伺服閥。并于1959年研制了三級電反饋伺服閥。
1959年2月國外某液壓與氣動(dòng)雜志對當時(shí)的伺服閥情況作了12頁(yè)的報道，顯示了當時(shí)伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時(shí)生產(chǎn)各種類(lèi)型的伺服閥的制造商有 20多家。各生產(chǎn)廠(chǎng)家為了爭奪伺服閥生產(chǎn)的霸權地位展開(kāi)了激烈地競爭?；仡櫄v史，可以看到終取勝的幾個(gè)廠(chǎng)家，大多數生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達的兩級伺服閥。我們可以看到1960年的伺服閥已具有現代伺服閥的許多特點(diǎn)。如：第二級對*級反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達；前置級對功率級的壓力恢復通?？蛇_到50%；*級的機械對稱(chēng)結構減小了溫度、壓力變化對零位的影響。同時(shí)，由早期的直動(dòng)型開(kāi)環(huán)控制閥發(fā)展變化而來(lái)的直動(dòng)型兩級閉環(huán)控制伺服閥也已出現。當時(shí)的伺服閥主要用于*領(lǐng)域，隨著(zhù)太空時(shí)代的到來(lái)，伺服閥又被廣泛用于航天領(lǐng)域，并研制出高可靠性的多余度伺服閥等*產(chǎn)品。
與此同時(shí)，隨著(zhù)伺服閥工業(yè)運用場(chǎng)合的不斷擴大，某些生產(chǎn)廠(chǎng)家研制出了專(zhuān)門(mén)使用于工業(yè)場(chǎng)合的工業(yè)伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了*款專(zhuān)為工業(yè)場(chǎng)合使用的73系列伺服閥產(chǎn)品。隨后，越來(lái)越多的專(zhuān)為工業(yè)用途研制的伺服閥出現了。它們具有如下的特征：較大的體積以方便制造；閥體采用鋁材（需要時(shí)亦可采用鋼材）；獨立的*級以方便調整及維修；主要使用在14MPa以下的低壓場(chǎng)合；盡量形成系列化、標準化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國的分公司卻將其伺服閥的應用場(chǎng)合主要集中在高壓場(chǎng)合，一般工作壓力在21MPa，有的甚至到35MPa，這就使閥的設計專(zhuān)重于高壓下的使用可靠性。而隨著(zhù)伺服閥在工業(yè)場(chǎng)合的廣泛運用，各公司均推出了各自的適合工業(yè)場(chǎng)合用的比例閥。其特點(diǎn)為低成本，控制精度雖比不上伺服閥，但通過(guò)*的控制技術(shù)和*的電子裝置以彌補其不足，使其性能和功效逼近伺服閥。1973年，Moog公司按工業(yè)使用的需要，把某些伺服閥轉換成工業(yè)場(chǎng)合的比例閥標準接口。Bosch研制出了其標志性的射流管先導級及電反饋的平板型伺服閥。1974年，Moog公司推出了低成本、大流量的三級電反饋伺服閥。Vickers公司研制了壓力補償的KG 型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個(gè)線(xiàn)圈分別控制閥芯兩方向運動(dòng)的比例閥等等。
ATOS電液伺服閥新型材料的采用：
當前在電液伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運用，主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎的轉換器研制開(kāi)發(fā)。它們各具有其自己的優(yōu)良特性。
1.壓電元件
壓電元件的特點(diǎn)是“壓電效應”：在一定的電場(chǎng)作用下會(huì )產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內，形變與電場(chǎng)強度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（PZT）、電致伸縮材料（PMN）等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動(dòng)式伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過(guò)鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過(guò)壓電效應使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現電-機械轉換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設置一與壓電疊堆固定連接的擋板，由壓電疊堆的伸、縮實(shí)現擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)。壓電式電-機械轉換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應用。它具有頻率響應快的特點(diǎn)，伺服閥頻寬甚至能達到上千赫茲，但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點(diǎn)，制約了壓電元件在電液伺服閥上的進(jìn)一步應用。
2.超磁致伸縮材料
超磁致伸縮材料（GMM）與傳統的磁致伸縮材料相比，在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生大得多的長(cháng)度或體積變化。利用GMM轉換器研制的直動(dòng)型伺服閥是把 GMM轉換器與閥芯相連，通過(guò)控制驅動(dòng)線(xiàn)圈的電流，驅動(dòng)GMM的伸縮，帶動(dòng)閥芯產(chǎn)生位移從而控制伺服閥輸出流量。該閥與傳統伺服閥相比不僅有頻率響應高的特點(diǎn)，而且具有精度高、結構緊湊的優(yōu)點(diǎn)。在GMM的研制及應用方面，美國、瑞典和日本等國處于水平。國內浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對氣動(dòng)噴嘴擋板閥和內燃機燃料噴射系統的高速強力電磁閥，進(jìn)行了結構設計和特性研究。GMM材料與壓電材料和傳統磁致伸縮材料相比，具有應變大、能量密度高、響應速度快、輸出力大等特點(diǎn)。世界各國對GMM電-機械轉換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當重視，GMM技術(shù)水平快速發(fā)展，已由實(shí)驗室研制階段逐步進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數匹配等方面的問(wèn)題以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運用。
3.形狀記憶合金
形狀記憶合金（SMA）的特點(diǎn)是具有形狀記憶效應。將其在高溫下定型后，冷卻到低溫狀態(tài)，對其施加外力。一般金屬在超過(guò)其彈性變形后會(huì )發(fā)生變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會(huì )恢復其原來(lái)高溫下的形狀。利用其特性研制的伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執行器，通過(guò)加熱和冷卻的方法來(lái)驅動(dòng)SMA執行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長(cháng)或收縮，驅動(dòng)閥芯作用移動(dòng)，同時(shí)加入位置反饋來(lái)提高伺服閥的控制性能。從該閥的情況來(lái)看，SMA雖變形量大，但其響應速度較慢，且變形不連續，也限制了其應用范圍。
與傳統伺服閥相比，采用新型材料的電-機械轉換器研制的伺服閥，普遍具有高頻響、高精度、結構緊湊的優(yōu)點(diǎn)。雖然還各自呈在某些關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但新型功能材料的應用和發(fā)展，給電液伺服閥的技術(shù)發(fā)展發(fā)展提供了新的途徑。
ATOS電液伺服閥新型結構的設計：
在20世紀90年代，國外研制直動(dòng)型電液伺服閥獲得了較大的成就。國內有些單位如中國運載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、北京機床研究所、浙江工業(yè)大學(xué)等單位也研制出了相關(guān)產(chǎn)品的樣機。特別是北京航空航天大學(xué)研制出轉閥式直動(dòng)型電液伺服閥。該伺服閥通過(guò)將普通伺服閥的滑閥滑動(dòng)結構轉變?yōu)榛y的轉動(dòng)，并在閥芯與閥套上相應開(kāi)了幾個(gè)與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉動(dòng)時(shí)，斜槽相互開(kāi)通或相互封閉，從而控制輸出壓力或流量。由于在工作時(shí)閥芯閥套是相互轉動(dòng)的，降低了閥工作時(shí)的摩擦阻力，同時(shí)污染物不容易在轉動(dòng)的滑閥內堆積，提高了抗污染性能。此外，Park公司開(kāi)發(fā)了“音圈驅動(dòng)(Voice Coil Drive)”技術(shù)（VCD），以及以此技術(shù)為基礎開(kāi)發(fā)的DFplus控制閥。所謂音圈驅動(dòng)技術(shù)，顧名思義，即是類(lèi)似于揚聲器的一種驅動(dòng)裝置，其基本結構就是套在固定的圓柱形磁鐵上的移動(dòng)線(xiàn)圈，當信號電流輸入線(xiàn)圈時(shí)，在電磁效應的作用下，線(xiàn)圈中產(chǎn)生與信號電流相對應的軸向作用力，并驅動(dòng)與線(xiàn)圈直接相連的閥芯運動(dòng)，驅動(dòng)力很大。線(xiàn)圈上內置了位移反饋傳感器，因此，采用VCD驅動(dòng)的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進(jìn)行控制的，線(xiàn)性度相當好。此外，由于 VCD驅動(dòng)器的運動(dòng)零件只是移動(dòng)線(xiàn)圈，慣量極小，相對運動(dòng)的零件之間也沒(méi)有任何支承，DFplus閥的全部支承就是閥芯和閥體間的配合面，大大減小了摩擦這一非線(xiàn)性因素對控制品質(zhì)的影響。綜合上述的技術(shù)特點(diǎn)，配合內置的數字控制模塊，使DFplus閥的控制性能佳，尤其在頻率響應方面更是*，可達 400Hz。從發(fā)展趨勢來(lái)看，新型直動(dòng)型電液伺服閥在某些行業(yè)有替代傳統伺服閥特別是噴嘴擋板式伺服閥的趨向，但它的大問(wèn)題在于體積大、重量重，只適用于對場(chǎng)地要求較低的工業(yè)伺服控制場(chǎng)合。如能減輕其重量、減小其體積，在航空、航天等軍工行業(yè)亦具有極大的發(fā)展潛力。
另外，近年來(lái)伺服閥新型的驅動(dòng)方式除了力矩馬達直接驅動(dòng)外，還出現了采用步進(jìn)電機、伺服電機、新型電磁鐵等驅動(dòng)結構以及光-液直接轉換結構的伺服閥。這些新技術(shù)的應用不僅提高了伺服閥的性能，而且為伺服閥發(fā)展開(kāi)拓了思路，為電液伺服閥技術(shù)注入了新的活力。

原裝意大利ATOS電液伺服閥