（机械电子工程专业论文）基于gmm的直动式高频微小伺服阀关键技术研究.pdf

fiiiijip i i i i iii l lil l l li i i i iu i 2 13 3 8 2 9 ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g k e yt e c h n o l o g yr e s e a r c ho fd i r e c t - a c t i n g h i g h - f r e p u e n c ym i c r os e r v ov a l v eb a s e do ng m m c a n d i d a t e ： w a n g w e i s u lp r o f w a n gc h u a n l b u p e r v l s o r ： 1 - r o tw a nh u a n l i m e c h a n i c a le n g i n e e r i n gs c h o o l a n h u i u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y n o 16 8 ，s h u n g e n gr o a d ，h u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，p r c h i n a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徼堡墨太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名：球日期：碰年j 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徵堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于_ 塞邀理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：王传 导师签名：棚 签字日期如j ) 年月乡日 签字日期：如舟钥与日 安徽理工大学硕士学位论文 摘要 超磁致伸缩材料( g i a n tm a g n e t o s t r i c t i v em a t e r i a l ，简称g m m ) 是一种新型 的功能材料，在室温下的形变量和输出力大，并且对信号输入能快速响应，现已 成为物理学、材料科学、电磁学、控制工程和机械工程等诸多领域的研究热点， 其应用价值已逐步显现。 本文基于g m m 的众多优点，设计了一种伺服阀用转换器( g i a n t m a g n e t o s t r i c t i v ea c t u a t o r ，简称g m a ) ，并对其进行了静动态理论分析，建立数 学模型进行动态仿真分析，仿真结果显示g m a 阶跃上升时间乃为0 8 m s ，稳态 输出力f 可达1 8 3 2 n ，表明g m a 具有响应速度快、输出力大等显著特点。同时 基于该g m a 转换器，设计了一种新型结构的直动式高频电液伺服阀，并通过理 论分析和计算、数学建模和动态仿真分析、电磁场有限元分析等，对其关键技术 进行了系统的研究，得出如下结论：对g m m 直动式高频伺服阀而言，其相位裕 度可达y = 8 4 。，幅值裕量k g = 1 7 d b ，幅频宽纰= 4 9 9 h z ，幅值穿越频率国鼬= 4 0 3 h z ， 相位穿越频率国。，= 5 7 8 0 h z ，可见基于g m m 的直动式高频伺服阀的响应速度快、 精度高、稳定性好；转换器g m a 的阻尼系数、线圈匝数、阀体结构等对伺服阀 动态特性的影响较大，增大g m a 的阻尼系数可以提高伺服阀的高频特性，增加 线圈匝数可以增大伺服阀的流量，减少伺服阀的构件数量可以提高伺服阀的响应 速度。 本文的研究可为基于g m m 的直动式高频伺服阀的设计提供了理论基础，为 直动式高频伺服阀的研究注入了新的活力，同时为进一步优化该伺服阀的结构提 供了重要依据。 图【5 0 表 4 】参 6 7 关键词：超磁致伸缩材料( g 删) ；转换器；直动式高频微小伺服阀；动态特性分 析 分类号：t h l 3 7 5 2 + 2 ； i i a b s t r a c t 一一 a b s t r a c t g i a n tm a g n e t o s t r i c t i v em a t e r i a l ( g m m ) i san e wt y p eo ff u n c t i o n a lm a t e r i a l i t s e x c e l l e n tp e r f o r m a n c ea sg i a n ts t r a i na n dl a r g eo u t p u tf o r c e i tc a nr e s p o n dq u i c k l y w h e nt h es i g n a li n p u t i th a sb e c o m eah o ts p o to fr e s e a r c hi nt h ef i e l do fp h y s i c s ， n q l a t e r i a l ss c i e n c e ，e l e c t r o m a g n e t i c s ，c o n t r o le n g i n e e r i n ga n dm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ， t h ev a l u eo fi t sa p p l i c a t i o nh a sb e e ng r a d u a l l yr e v e a l e d i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h em e r i t so fg m m ，t h es t r u c t u r e o fan e wg i a n t m a g n e t o s t r i c t i v ea c t u a t o r ( g m a ) ，u s e d i ns e r v ov a l v ei sd e s i g n e d ，a sw e l la si t ss t a t i c a r l dd y n a m i ct h e o r ya n a l y s i sw o r k e d t h em a t h m a t i c a lm o d e l sa r eb u i l tf o rs i m u l a t i o n a r t a l y s i s ，t h er e s u l t so fw h i c h s h o wt h a tt h es t e pr i s et i m e t ra n dt h es t e a d ys t a t eo u t p u t f o r c efo fg m aa r er e s p e c t i v e l y0 8m sa n d18 3 2 n t h i sm e a n sg m a h a sn o t a b l e f e a t u r e so fh i g hr e s p o n s ea n dl a r g eo u t p u tf o r c e a n db a s e do nt h em e r i t so fg m a ，a n e ：ws t r u c t u r eo fh i g h f r e q u e n c yd i r e c t a c t i n gh y d r a u l i c s e r v ov a l v ei sd e s i g n e d t t l r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc o m p u t a t i o n ，m a t h e m a t i c a lm o d e l i n ga n dd y n a m i c s i m u l a t i o na n a l y s i s ，e l e c t r o m a g n e t i cf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ，c a r r i e do u tas y s t e m a t i c s t u d y o fi t s k e yt e c h n o l o g i e s r e a c h e d t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ：f o rg m m d i r e c t a c t i n gh i g h f r e q u e n c y s e r v o v a l v e ，t h ep h a s em a r g i n 7 = 8 4 。，g a i n m a r g i nk 譬= 17 d b ，a m p l i t u d ew i d e 缈广4 9 9 h z ，t h ea m p l i t u d e a c r o s st h ef r e q u e n c y2 4 0 3 h z t h ep h a s ec r o s s o v e rf r e q u e n c y = 5 7 8 0 h z i ti sv i s i b l et h a tg m md i r e c t 。a c t i n g h i g h - f r e q e n c y s e r v ov a l v eh a sf e a t u r e so ff a s tr e s p o n s es p e e d ，h i g hp r e c i s i o na n db e t t e r s t a b i l i t y t h ec o i lt u r n sa n dd a m p i n go fg m a c o n v e xa n db o d ys t r u c t u r eo fv a l v eh a v e a 7 e a t e ri m p a c to nt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h es e r v ov a l v e i n c r e a s i n gt h eg m a d a m p i n gc a ni m p r o v et h eh i g hf r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so f t h es e r v ov a l v e i n c r e a s e i n g t h t ：c o i lt u r n sc a ni n c r e a s et h ef l o wo ft h es e r v ov a l v e r e d u c i n gt h en u m b e ro f c o m p o n e n t so ft h es e r v ov a l v ec a ni m p r o v e t h er e s p o n s es p e e do ft h es e r v ov a l v e t h i s s t u d y p r o v i d e sat h e o r e t i c a l b a s i sf o rm ed e s i g n o f d i r e c t - a c t i n g h i g h f r e q u e n c ys e r v ov a l v eb a s e do ng m m a n di n j e c t sn e wv i t a l i t yt ot h es t u d y i n go f d i r e c t a c t i n gh i g h f r e q u e n c ys e r v ov a l v ea n dp r o v i d e sa ni m p o r t a n tb a s i sf o rf u r t h e r o p t i m i z a t i o no f t h es t r u c t u r eo f t h es e r v ov a l v e f i g u r e 5 0 】t a b l e 4 r e f e r e n c e 6 7 】 k e y w o r d s ：g i a n tm a g n e t o s t r i c t i v em a t e r i a l s ( g m m ) ；a c t u a t o r ； i i i 安徽理工大学硕士学位论文 h i g h - f r e q u e n c ym i c r os e r v ov a l v e s ；d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t h l3 7 5 2 + 2 i v 目录 目录 摘要v i i a b s t r a c t i i i 目录v c o n t e n t s v i i i 引言1 1 绪论3 1 1 电液伺服阀概述3 1 1 1 电液伺服阀的研究现状3 1 1 2 电液伺服阀的发展趋势4 1 2 超磁致伸缩材料概述7 1 2 1 超磁致伸缩材料的特性和变形机理7 1 2 2国内外研究现状8 1 3 课题研究意义及内容1 1 1 3 1 课题研究意义1 1 1 3 2 课题研究的难点1 2 1 3 3 课题研究的内容1 2 2g m a 的设计与分析1 4 2 1g m a 设计应考虑的几个问题1 4 2 2g m a 的结构及工作原理1 5 2 3g m a 主要结构的设计及关键参数的确定1 6 2 3 1g m m 棒的设计选型1 6 2 3 2 驱动频率1 7 2 3 3 线圈及其骨架的设计1 8 2 3 4 预压力装置1 9 2 3 5 其它主要结构的选择与设计一2 0 2 4g m a 的数学模型2 1 2 4 1 静态模型2 l 2 4 2 动态模型2 3 安徽理工大学硕士学位论文 2 5g m a 的动态特性仿真2 5 2 5 1 仿真模型的建立2 5 2 5 2 仿真结果及分析一2 7 本章小结31 3g m m 直动式电液伺服阀的结构及参数设计3 2 3 1g m m 电液伺服阀的组成3 2 3 2g m m 直动式电液伺服阀的结构及工作原理3 3 3 3g m m 直动式电液伺服阀的参数设计理论3 6 3 3 1g m a 的设计3 6 3 3 2 滑阀的参数设计3 7 3 4g m m 直动式电液伺服阀的参数设计计算4 3 本章小结4 6 4 g l v l n 直动式电液伺服阀的建模及动态仿真分析4 7 4 1g m m 直动式电液伺服阀的动态基本方程4 7 4 1 1g m a 的基本方程4 7 4 1 2 阀芯力平衡方程一4 7 4 1 3 滑阀的流量方程5 0 4 1 4g m m 直动式电液伺服阀的流量输出方程5 0 4 2g m m 直动式电液伺服阀的方块图与传递函数5 1 4 2 1g m m 直动式电液伺服阀的方块图5 1 4 2 2g m m 直动式电液伺服阀的传递函数5 1 4 2 3g m m 直动式电液伺服阀的总仿真模型5 2 4 3g m m 直动式电液伺服阀的仿真结果分析5 3 4 3 1 时域仿真分析一5 3 4 3 2 频域仿真分析一5 5 4 3 3 主要参数对g m m 电液伺服阀动态特性的影响5 6 本章小结6 2 5 g m a 磁路磁场的研究与分析6 3 5 1 驱动磁场均匀性分析6 3 v i 目录 5 1 1 驱动磁场轴向均匀性6 3 5 1 2 驱动磁场径向均匀性6 4 5 2 电磁场计算理论6 5 5 2 1 有限差分法和有限元法6 5 5 2 2 有限元法的理论基础6 5 5 3g m a 有限元分析6 6 5 3 1a n s y s 软件简介6 6 5 3 2 有限元结果及分析6 6 本章小结7 3 6 结论与展望一7 4 6 1 结论7 4 6 2 展望一7 5 参考文献7 6 致 射81 作者简介及读研期间主要科研成果8 2 安徽理工大学硕士学位论文 c o m e m s a b s t r a c t i i p r e f a c e j ； 1i n t m d u c t i o n ；! 1 1a no v e r v i e wo f e l e c t r o - h y d r a u l i cs e r v ov a l v e 一2 1 1 1c u r r e n ts t a t eo fe l e c t r o h y d r a u l i cs e r v ov a l v e 一2 1 1 2 d e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fe l e c t r o - h y d r a u l i cs e r v ov a l v e 三 1 2b r e i f i n t r u d u c t i o no f m a g n e t o s t r i c t i v em a t e r i a l 6 1 2 1 p r o p e r t i e sa n dd e f o r m a t i o nm e c h a n i s m o fg m m 鱼 1 2 2c u r r e n ts t a t eo f r e s e a r c ho f d o m e s t i ca n d f o r e i g n 7 1 3r e s e a r c hs i g n i f i c a n c ea n dc o n t e n t 0 1 3 1 s i g n i f i c a n c eo f r e s e a r c h 0 1 3 2d i f f i c u l t i e so f r e s e a r c h 卫 1 3 3c o n t e n t so f r e s e a r c h 且 2 d e s i g na n da n a l y s i so fg m m a c t u a t o r 3 2 1s e v e r a li s s u e si nd e s i g n i n gg m a 卫 2 2s 仃u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fg m a 4 2 3m a i ns t r u c t u r ea n dk e yp a r a m e t e r sd e s i g no fg m a 5 2 3 1s e l e c t i o no f g m mr o d 一堕 2 3 2 d r i v i n gf r e q u e n c y 6 2 3 3c o i la n dc o i lf r a m ed e s i g n 7 2 3 4 p r e l o a d i n gd e v i c e 8 2 3 5 o t h e rm a j o rs t n l c l = u r e sd e s i g n 堕 2 4m a t h e m a t i c a lm o d e l so fg m a 垫 2 4 1s t a t i cm o d e l s 垫 2 4 2d y n a m i cm o d e l s 丝 2 5 d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i cs i m u l a t i o no fg m a 4 2 5 1e s t a b l i s h m e n to fs i m u l a t i o nm o d e l 2 垒 2 5 2s i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s 6 v i i i 目录 2 6 c h a p t e rs u m m a r y 亚 3s t r u c t u r a la n dp a r a m e t e r sd e s i g no fg m m d i r e c t - a c t i n gs e r v ov a l v e 3 1 3 1t h ec o m p o s i t i o no f d i r e c t - a c t i n gs e r v ov a l v e 3 1 3 2s 协l c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 3 _ 2 2 3 3p a r a m e t e r sd e s i g nt h e o r yo fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 3 5 3 3 1p a r a m e t e rd e s i g no f g m a 3 5 3 3 2p a r a m e t e rd e s i g no f g m ms l i d ev a l v e 3 5 3 4p a r a m e t e r sd e s i g no fg m m d i r e c t - a c t i n gs e r v ov a l v e 4 2 ：；5 c h a p t e rs u m m a r y 4 5 4 m o d e l i n ga n dd y n a m i cs i m u l a t i o na n a l y s i sg m m s e r v ov a l v e 4 6 4 1 d y n a m i cb a s i ce q u a t i o n so fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 4 6 4 1 1b a s i ce q u a t i o n so f g m a 4 6 4 1 2f o r c eb a l a n c ee q u a t i o no f t h es p o o l 4 6 4 1 3f l o we q u a t i o no ft h es l i d ev a l v e 4 9 4 1 4f l o wo u t p u te q u a t i o no fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 4 9 4 2b l o c kd i a g r a ma n dt r a n s f e rf u n c t i o no fg m ms e r v ov a l v e 5 0 4 2 1b l o c kd i a g r a mo fg m m d i r e c t - a c t i n gs e r v ov a l v e 5 0 4 2 2t r a n s f e rf u n c t i o no fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 5 0 4 3m l o l es i m u l a t i o nm o d e lo fg m m d i r e c t a c t i n gs e r v ov a l v e 丑 4 4s i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i so f g m md i r e c t - a c t i ns e r v ov a l v e 5 2 4 4 1m l o l es i m u l a t i o nm o d e lo fs e r v ov a l v e 5 2 4 4 2s i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i so fs e r v ov a l v e 5 4 4 4 3c h a r a c t e r i s t i c si n f l u e n c ec a u s e db yk e yp a r a m e t e r s 5 5 4 5 c h a p t e rs u m m a r y 6 1 5 m a g n e t i cc i r c u i ta n dm a g n e t i cf i e l d sr e s e a r c ho fg m a 6 2 5 1a x i a lu n i f o r m i t yo f d r i v i n gm a g n e t i cf i e l d 6 2 5 1 1a x i a lu n i f o r m i t yo f d r i v i n gm a g n e t i cf i e l d 6 2 5 1 2r a d i a lu n i f o r m i t yo f d r i v i n gm a g n e t i cf i e l d 6 3 5 2c a l c u l a t e ct h e o r yo fe l e c t r o m a g n e t i cf i e l d 6 4 i x 安徽理工大学硕士学位论文 5 2 1f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o da n df i n i t ee l e m e n tm e t h o d 6 4 5 2 2f i n i t ee l e m e n tm e t h o db a s i ct h e o r y 6 4 5 3f i n i t ee l e m e n tr e s u l t sa n da n a l y s i so fg m a 6 5 5 3 1i n t r o d u c t i o no f a n s y s 6 5 5 3 2r e s u l t sa n da n a l y s i so f f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t s 6 5 5 4 c h a p t e rs u m m a r y 7 2 6c o n c l u s i o na n d p r o s p e c t 7 3 6 1c o n c l u s i o n 7 3 6 2 p r o s p e c t 7 4 r e t e r a n c e 7 5 a c l o a o w l e d g e m e n t 7 9 r e s u m eo fa u t h o r 8 】【 x 引言 引言 超磁致伸缩材料的性能优越，与新型的压电陶瓷材料( p z t ) 和通常使用的磁 致伸缩材料n i 、c o 等相比，g m m 具有很多优点：常温时的变形能达到1 0 - 3 数量级， 数十倍于n i 的变形，几倍于p z t 的变形；变形的线性范围大，控制精度高，用于精 密机床进给系统的控制精度可达纳米级；不存在老化疲劳问题，工作的稳定性比 压电陶瓷要好；在高温后冷却时，其磁致伸缩特性可完全恢复；响应速度快，一 般在几十毫秒以下，可达微秒级，对外磁场和应力几乎同时响应；频率特性好， 既适合高频又适合低频工作。在西方发达国家，超磁致伸缩材料已经应用于一些 高科技领域，例如：航空航天、精密制造等，国内的研究主要还是在材料的制备 上，在理论方面也有一些研究，但在电液伺服阀等的应用方面处于起步状态。 电液伺服阀在机电液一体化领域是一个非常重要的元件，它在液压控制系统 中的作用非常重要。工程实践中如精密位置控制，航空航天和军事等领域对液压 系统的控制精度、响应速度提出了更高的要求，在以前的电液控制系统中，伺服 阀的频宽通常是在几百以下，对于要求高的控制系统来说已远远不够。而超磁致 伸缩材料在伺服阀中的应用为解决这些问题提供了新的活力，对我国这样一个稀 土大国来说无疑具有重要战略意义。 安徽理工大学硕士学位论文 2 1 绪论 1绪论 1 1电液伺服阀概述 电液伺服阀接受电信号后能输出相应的调制的流量和压力，能将微小电气信 号转换成大功率液压信号还可以成比例的输出相应的流量和压力。电液伺服阀有 许多优点，对输入信号能够快速响应，而且它的稳定性很好，控制精度也很高， 现己广泛的应用于航空航天、武器装备、工程机械、船舶制造、医疗器械和冶金 化工等领域。 1 1 1 电液伺服阀的研究现状 有文字记载的液压控制技术的历史最早可追溯到公元前2 4 0 年，生活在亚历 山大城的古埃及人k t e s b i o s 发明了世界上第一个液压伺服系统水钟。这个水 钟可能显示长达一个月的准确时间，从理论上讲已经具备了现代液压伺服系统的 雏形。然而由于当时统治阶级不重视科学技术的发展，使得液压控制技术在相当 长的历史时期内一直毫无起色，直到1 8 世纪工业革命后才有一些重大进展f 1 ，引。 二战前后，由于工业发展和武器装备的需要，液压伺服控制技术得到了空前 高速的发展。西门子公司还发明了永磁式力矩马达，能接收机械信号和电信号并 应用于航空领域。 采用滑阀阀芯在阀套中移动的伺服阀结构开始于二战末期，阀芯的运动由电 磁力和弹簧弹力共同作用。二战后，对液压伺服阀的研究速度明显加快，有许多 两级伺服阀在这个时候诞生了，在十九世纪五十年代末期，又诞生了三级电液伺 服阀。 此后伺服阀进入了蓬勃发展时期，1 9 6 0 年以后的电液伺服阀已具有现代伺服 阀的特点：前后两级实现了闭环反馈控制；干式力矩马达的应用使其质量更轻且 移动距离更小；前置级对功率级的压差可达5 0 ，并且与工作油液相互独立，其 机械结构的对称性减小了温度压力变化对零位的影响。但这时靠军事需要来推动 其发展的电液伺服阀成本极高。 1 9 6 3 年，w c m o o g 公司推出了专门应用于工业的7 3 系列伺服阀，此后，能 满足各种工业要求的伺服阀陆续出现。由于这些伺服阀都以1 9 6 0 年的伺服阀结构 设计而研制，所以它们都有一些共同点：阀的体积加大以便于低成本制造；材料 不局限于钢材，一些阀体采用铝；阀的许用压力降低，由原来的3 0 m p a 降至 1 6 m p a ，形成了系列化标准化产品，大大降低了生产成本，扩大了应用领域。 安徽理工大学硕士学位论文 由以上电液伺服阀的发展史不难看出其原理不会有多少变化，所以当前电液 伺服阀的研究主要集中在改进结构、改进加工工艺、使用新材料和测试方法四个 方面： 1 改进结构方面。利用冗余技术对伺服阀的结构进行改进，伺服阀是伺服 系统的关键元件，因此伺服阀的可靠性是伺服控制系统中最重要的一环。结合伺 服阀的常见故障例如容易受到油液污染等对其结构进行优化设计，许多厂家生产 出了抗污染性较好的射流管式、偏导射流式伺服阀。在美国和俄罗斯等发达国家 的航天工业上有了多余度的伺服机构；我国在上世纪9 0 年代也进行了三余度伺服 机构的：研制，其产品主要应用于航天系统。 2 新材料应用方面。针对伺服阀的性能要求，采用强度、弹性、刚度等更 为优越的材料，还有一些特殊材料，例如压电陶瓷和超磁致伸缩材料等。德国还 用红宝石制作喷嘴挡板，使工作寿命大大延长。g m m 的应用进一步提高了伺服 阀的动态响应特性。 3 改进加工工艺方面。即进一步提高阀的加工精度。例如在阀芯阀套的配 合上，哈尔滨工业大学利用全自动的智能配磨系统替代了传统气动配磨的模式， 利用液压油介质更直接的测出滑阀副的实际情况。在焊接方面，中船重工与德国 合作，用当今世界最先进的焊接工艺对力矩马达进行焊接取得良好效果。此外， 哈工大利用智能化的力矩马达弹性元件测量装置解决了原来手动测量中的测量精 度低、操作复杂和效率低等问题，不重复性测量误差降到百分之一以下。 4 改进测试方法方面。提高测量仪器的测量精度降低外界电磁信号的干扰 都能提i 葛测量精度，更准确的反映伺服阀本身的特性，因此在测试仪器和测试技 术等方面很值得研究。利用计算机对电液伺服阀的静、动态性能进行测试也是现 代测试技术的一大特点。 1 1 2 电液伺服阀的发展趋势 电液伺服阀在机电液一体化领域是一个非常重要的元件，它在液压控制系统 中的作用非常重要。工程实践中如精密位置控制，航空航天和军事等领域对液压 系统的l - g n 精度、响应速度提出了更高的要求，在以前的电液控制系统中，伺服 阀的频宽通常是在几百以下，对于要求高的控制系统来说已远远不够。在传统电 液控制系统中，伺服阀的频宽受稳定性的限制，其频率只能是力矩马达频率的几 分之一，这使得进一步提高电液伺服阀的响应速度变得十分困难。然而随着新材 料的应用和科学技术的发展，这些问题将得到解决。 4 1 绪论 现阶段对电液伺服阀的研究力度大大加强，电液伺服阀在技术上的研发主要 体现在以下几个方面。 1 结构。m o o g 公司的d 6 3 3 、d 6 3 4 直动式阀以及e a t o n v i c k e r s 公司的l f d c 5 v 型有了很多实用产品。直动式的电液伺服阀没有一般伺服阀的前置级，直接用力 矩马达拖动阀芯，降低了加工成本，扩大了电液伺服阀在工业上的应用场合。国 内有研究机构将普通电液伺服滑阀的滑动设计为滑阀阀芯与阀套上有倾角斜槽的 转动。转动时通过斜槽的相互开通和封闭控制输出压力和流量。转动式能降低阀 的摩擦阻力，提高了抗污染能力。 现在新型伺服阀的驱动方式已越来越多。这些新结构提高了伺服阀的性能， 开拓了设计者的研发思路，开启了电液伺服阀的研发的新篇章。 2 新材料。现代电液伺服阀的新材料主要是用压电陶瓷、形状记忆合金和超 磁致伸缩材料等作为转换器的材料。这新新型的功能材料具有各自特殊的性能。 压电陶瓷艮i i p z t 元件具有压电效应，当在晶体元件上施加一定外力时，在其两 头的外表面上就有符号相反并且数量一样的电荷i _ = 】。p z t 直动式电液伺服阀的结构 如图l 所示：阀芯与两端的链接杆是铰连接，在两端的杆件上都贴有压电材料元件， 当通电时压电材料会产生压电效应，这样阀芯就会运动。 pcoc = p 1 位移传感器2 阀芯3 位移测量仪4 多层压电元件a5 多层压电元件b 图1p z t 直动式伺服阀 f i g lp z td i r e c td r i v es e r v ov a l