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(hào)后，相應(yīng)輸出調(diào)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(yīng)快、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)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(tǒng)中。液壓伺服閥是構(gòu)建液壓伺服控制系統(tǒng)的核心元件，因此液壓控制系統(tǒng)書籍會(huì)包含電液伺服閥內(nèi)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(tǒng)的發(fā)展的結(jié)果。
液壓控制技術(shù)的歷史早可追溯到公元前240年，當(dāng)時(shí)一位古埃及人發(fā)明了人類歷*一個(gè)液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長(zhǎng)的歷史階段，液壓控制技術(shù)一直裹足不前，直到18世紀(jì)末19世紀(jì)初，才有一些重大進(jìn)展。在二戰(zhàn)前夕，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，液壓控制技術(shù)出現(xiàn)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(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請(qǐng)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(guó)Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達(dá)及接收機(jī)械及電信號(hào)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(zhàn)末期，伺服閥是用螺線管直接驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的單級(jí)開(kāi)環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及*應(yīng)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(guó)Tinsiey獲得了兩級(jí)閥的；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級(jí)閥；MIT用力矩馬達(dá)替代了螺線管使馬達(dá)消耗的功率更小而線性度更好。1950年，W.C.Moog*個(gè)發(fā)明了單噴嘴兩級(jí)伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機(jī)械反饋式兩級(jí)伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級(jí)伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達(dá)，消除了原來(lái)浸在油液內(nèi)的力矩馬達(dá)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(jí)射流管伺服閥。并于1959年研制了三級(jí)電反饋伺服閥。
1959年2月國(guó)外某液壓與氣動(dòng)雜志對(duì)當(dāng)時(shí)的伺服閥情況作了12頁(yè)的報(bào)道，顯示了當(dāng)時(shí)伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時(shí)生產(chǎn)各種類型的伺服閥的制造商有 20多家。各生產(chǎn)廠家為了爭(zhēng)奪伺服閥生產(chǎn)的霸權(quán)地位展開(kāi)了激烈地競(jìng)爭(zhēng)。回顧歷史，可以看到終取勝的幾個(gè)廠家，大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達(dá)的兩級(jí)伺服閥。我們可以看到1960年的伺服閥已具有現(xiàn)代伺服閥的許多特點(diǎn)。如：第二級(jí)對(duì)*級(jí)反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達(dá)；前置級(jí)對(duì)功率級(jí)的壓力恢復(fù)通常可達(dá)到50%；*級(jí)的機(jī)械對(duì)稱結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對(duì)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(jí)閉環(huán)控制伺服閥也已出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)的伺服閥主要用于*領(lǐng)域，隨著太空時(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)，隨著伺服閥工業(yè)運(yùn)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大，某些生產(chǎn)廠家研制出了專門使用于工業(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)越多的專為工業(yè)用途研制的伺服閥出現(xiàn)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(dú)立的*級(jí)以方便調(diào)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(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國(guó)的分公司卻將其伺服閥的應(yīng)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(shè)計(jì)專重于高壓下的使用可靠性。而隨著伺服閥在工業(yè)場(chǎng)合的廣泛運(yùn)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(bǔ)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(zhuǎn)換成工業(yè)場(chǎng)合的比例閥標(biāo)準(zhǔn)接口。Bosch研制出了其標(biāo)志性的射流管先導(dǎo)級(jí)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(jí)電反饋伺服閥。Vickers公司研制了壓力補(bǔ)償?shù)腒G 型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個(gè)線圈分別控制閥芯兩方向運(yùn)動(dòng)的比例閥等等。
ATOS電液伺服閥新型材料的采用：
當(dāng)前在電液伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運(yùn)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(chǔ)的轉(zhuǎn)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(yīng)”：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(nèi)，形變與電場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)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(xiàn)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(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點(diǎn)，伺服閥頻寬甚至能達(dá)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(yīng)用。
2.超磁致伸縮材料
超磁致伸縮材料（GMM）與傳統(tǒng)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(zhǎng)度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動(dòng)型伺服閥是把 GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)線圈的電流，驅(qū)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(tǒng)伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)高的特點(diǎn)，而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。在GMM的研制及應(yīng)用方面，美國(guó)、瑞典和日本等國(guó)處于水平。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對(duì)氣動(dòng)噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)的高速?gòu)?qiáng)力電磁閥，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究。GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比，具有應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點(diǎn)。世界各國(guó)對(duì)GMM電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當(dāng)重視，GMM技術(shù)水平快速發(fā)展，已由實(shí)驗(yàn)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(shù)匹配等方面的問(wèn)題以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)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(yīng)。將其在高溫下定型后，冷卻到低溫狀態(tài)，對(duì)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(fù)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(zhí)行器，通過(guò)加熱和冷卻的方法來(lái)驅(qū)動(dòng)SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長(zhǎng)或收縮，驅(qū)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(yīng)速度較慢，且變形不連續(xù)，也限制了其應(yīng)用范圍。
與傳統(tǒng)伺服閥相比，采用新型材料的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器研制的伺服閥，普遍具有高頻響、高精度、結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：
在20世紀(jì)90年代，國(guó)外研制直動(dòng)型電液伺服閥獲得了較大的成就。國(guó)內(nèi)有些單位如中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院第十八研究所、北京機(jī)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(jī)。特別是北京航空航天大學(xué)研制出轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的轉(zhuǎn)動(dòng)，并在閥芯與閥套上相應(yīng)開(kāi)了幾個(gè)與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)的滑閥內(nèi)堆積，提高了抗污染性能。此外，Park公司開(kāi)發(fā)了“音圈驅(qū)動(dòng)(Voice Coil Drive)”技術(shù)（VCD），以及以此技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的DFplus控制閥。所謂音圈驅(qū)動(dòng)技術(shù)，顧名思義，即是類似于揚(yáng)聲器的一種驅(qū)動(dòng)裝置，其基本結(jié)構(gòu)就是套在固定的圓柱形磁鐵上的移動(dòng)線圈，當(dāng)信號(hào)電流輸入線圈時(shí)，在電磁效應(yīng)的作用下，線圈中產(chǎn)生與信號(hào)電流相對(duì)應(yīng)的軸向作用力，并驅(qū)動(dòng)與線圈直接相連的閥芯運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力很大。線圈上內(nèi)置了位移反饋傳感器，因此，采用VCD驅(qū)動(dòng)的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進(jìn)行控制的，線性度相當(dāng)好。此外，由于 VCD驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)零件只是移動(dòng)線圈，慣量極小，相對(duì)運(yùn)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性因素對(duì)控制品質(zhì)的影響。綜合上述的技術(shù)特點(diǎn)，配合內(nèi)置的數(shù)字控制模塊，使DFplus閥的控制性能佳，尤其在頻率響應(yīng)方面更是*，可達(dá) 400Hz。從發(fā)展趨勢(shì)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(tǒng)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(duì)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?jié)摿Α?br />另外，近年來(lái)伺服閥新型的驅(qū)動(dòng)方式除了力矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)外，還出現(xiàn)了采用步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、新型電磁鐵等驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)以及光-液直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的伺服閥。這些新技術(shù)的應(yīng)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