电液伺服阀研究现状讲稿发三一

电液伺服阀研究现状及发展丁凡浙江大学流体传动及控制国家重点实验室电液伺服阀及系统的发展历史水利机械活塞式泵和活塞式马达（1900年前）液压传动—首先用于海军战舰炮塔的俯仰（1906年前）滑阀特性和液压伺服控制理论研究（1940年始）德国的Askania公司试制出第一只采用射流管原理的阀，通过射流管与两只接收管之间的动量转移，实现压力回复、流量回复的功能同时期，Foxboro研究出喷嘴挡板阀，利用锐缘喷嘴与平面挡板间的距离变化作为可变液阻，将其引入液压半桥或全桥，输出控制压力。这两种阀的出现为伺服阀的发展奠定了基础。电液伺服阀及系统的发展历史1946年，英国的Tinsley开发出第一只两级阀，利用电磁铁直接推动先导阀芯，再利用先导阀芯产生的压力差推动二级阀芯不久，MIT的动态分析与控制实验室就对两级阀提出两项革新：一是采用永磁力矩马达取代电磁铁来驱动先导级，此举大大降低了能耗，同时提高了线性度；二是采用位置传感器，电反馈二级阀的阀芯位移，改善阀芯的死区和线性。电液伺服阀及系统的发展历史美国人WilliamC.Moog于1950发明了世界上第一只喷嘴挡板型两级式电液伺服阀，力矩马达带动挡板，改变挡板与喷嘴间的距离，喷嘴挡板形成的液阻与固定节流口配合，控制三位阀芯，阀芯的位置通过作用弹簧得到1953年，Carson对两级阀的机械反馈作了进一步的创新，通过设置一只与阀芯位移成比例的拉簧，拉簧直接作用于力矩马达完成机械反馈1957年，Atchley利用射流管原理发明了第一只射流管伺服阀电液伺服阀及系统的发展历史阀芯调零弹簧阀体喷嘴挡板力矩马达图1-1早期喷嘴挡板伺服阀电液伺服阀及系统的发展历史飞机上出现电液伺服系统，滑阀由伺服电机拖动（1945年后）1960年左右，各种不同用途的专用伺服阀相继开发问世。如带冗余功能的伺服阀，可以在检测到自身失效时自动进行切换，避免系统损失；三级式伺服阀，可以提供更大的流量，满足系统对于大流量的需求等。电液伺服阀今后发展方向大流量、高频响电液伺服阀的研制特种电液伺服阀（如深海）机电液一体化（如飞机上）低成本、抗污染、工作可靠的电液伺服阀电液比例伺服阀机电液一体化（MOOG）电液伺服阀创新方向新的结构（电—机械转换器的结构、阀的结构）新材料的利用（压电陶瓷、GMM、记忆合金、纳米材料？）电液伺服阀的组成电—机械转换器液压先导级控制阀液压功率级控制阀反馈部件附件（过滤器等）电液伺服阀的结构分类从电—机械转换器分类动铁式直线式动圈式动铁式回转式动圈式电液伺服阀的结构分类利用新型功能材料研制电—机械转换器利用压电陶瓷元件（

PZT材料）利用超磁致伸缩材料

（GMM材料）利用电流变体

（ER流体）利用磁流变流体（MR流体）利用记忆合金（SMA材料）电液伺服阀的结构分类液压先导级控制阀喷嘴—挡板阀射流管阀圆柱滑阀液压功率级控制阀圆柱滑阀反馈部件位移反馈力反馈电反馈二种常见的电液伺服阀1.

力反馈二级电液伺服阀（MOOG阀）

力矩马达先导级喷嘴-挡板阀功率级圆柱滑阀力反馈2.二级动圈式电液伺服阀动圈式力马达先导级圆柱滑阀功率级圆柱滑阀直接位移反馈二级力反馈电液伺服阀外型二级力反馈电液伺服阀结构MOOG三级电液伺服阀外型力士乐三级电液伺服阀外型力士乐三级电液伺服阀结构力士乐三级电液伺服阀频响二级动圈式电液伺服阀外型（北京、上海）二级动圈式电液伺服阀结构（北京、上海）MOOG二级电液伺服阀（弹簧）外型MOOG二级电液伺服阀（弹簧）结构NIRECO电液伺服阀结构

（日本）NIRECO电液伺服阀结构

（日本）NIRECO电液伺服阀结构

（日本）NIRECO电液伺服阀流量曲线

（日本）NIRECO电液伺服阀频率响应

（日本）Hitachi电液伺服阀外型(1)

（日本一柳键教授）Hitachi电液伺服阀外型(2)

（日本一柳键教授）Hitachi电液伺服阀结构

（日本一柳键教授）Hitachi电液伺服阀油口

（日本一柳键教授）Hitachi电液伺服阀性能(1)

（日本一柳键教授）Hitachi电液伺服阀性能(2)

（日本一柳键教授）MOOG直动电液伺服阀外型MOOG直动电液伺服阀结构MOOG直动电液伺服阀电—机械转换器结构新型电—机械转换器结构（浙大）PlungerStatorSleeveExcitingCoilArmaturePermanentmagnetSeparatingringSchematicofthelinearactuator新型电—机械转换器静态性能（浙大）Fig.8Thecomparisonofthesimulatedandexperimentalresults新型电—机械转换器静态性能（浙大）新型电—机械转换器频率响应性能（浙大）PZT压电陶瓷电液伺服阀结构PZT压电陶瓷电液伺服阀的响应记忆合金电液伺服阀结构

（日本东京工业大学横田真一教授）记忆合金电液伺服阀频响

（日本东京工业大学横田真一教授）GMM电液伺服阀结构（日本）GMM一级电液伺服阀性能（日本）GMM二级电液伺服阀性能（日本）GMM喷嘴—挡板阀结构（浙大）GMM喷嘴—挡板阀结构（浙大）12123456789111413101.前端盖2.密封圈3.线圈骨架4.热补偿管5.输出杆6.驱动线圈7.后端盖8.调节螺钉9.保护衬10.GMM杆

11.导磁环12.预压弹簧13.喷嘴14.油路GMM喷嘴—挡板阀静态压力特性

（浙大）

GMM喷嘴—挡板阀的压力滞回特性（浙大）GMM喷嘴—挡板阀的频率响应（浙大）GMM电液阀伺服阀要解决的问题

（浙大）材料磁致变形的非线性线圈电感的克服材料微小变形的放大为增大变形所需施加的轴向力材料的热变形目前材料价格较昂贵MK直动电液结构

（日本KYB公司）MK二级电液伺服阀结构（日本KYB公司）MK二级电液伺服阀结构（日本KYB公司）SV1-10系列回转伺服阀

（德国EMG公司）SV1-10系列回转伺服阀

（德国EMG公司）电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）(a)转子中位，控制电流为0(b)转子中位，控制电流为1000mA

(c)转子旋转8，控制电流为0

(c)转子旋转8，控制电流为0

(c)转子旋转8，控制电流为0电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）电液伺服转阀耐高压双向旋转线性电磁铁

（浙大）工作压力可达31.5MPa

电磁铁力矩特性具有良好的线性度（控制电流小于±600mA时，±5°及±8°工作范围内非线性误差分别小于1％和3％）较小的滞环（<4.5％）最大输出力矩达0.65N·m－3dB带宽约为190Hz低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）图5不同激励电流时衔铁位移-力特性曲线Fig.5Forcevs.displacementcharacteristicswithvariableexcitingcurrents低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）低功耗耐高压双向线性力马达

（浙大）双向线性力马达的行程范围为±1mm输出力为100N时的电流为0.8A(功耗低，仅为7W左右)具有10N/mm的正磁弹簧刚度非线性度小于1.5%，磁滞小于1.5%工作压力可达31.5MPa

无刷直流电机驱动的伺服阀结构

（国内）伺服电机驱动的电液伺服阀

（俄罗