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廣聯(lián)分享VPP-4302-316-44  VERSA電磁閥工作原理

電磁閥的工作原理是通過控制電磁鐵的電流通斷，來控制閥體內部的移動，從而實現(xiàn)對流體的通斷或流向的控制。電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵。當哪面的磁鐵線圈通電，閥體就會被吸引到哪邊。然后通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又會帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動當前在電液伺服閥研制領域的新型材料運用，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

壓電元件的特點是“壓電效應"：在一定的電場作用下會產生外形尺寸的變化，在一定范圍內，形變與電場強度成正比。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直動式伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應使壓電材料產生伸縮驅動閥芯移動。實現(xiàn)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、縮實現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產生壓差推動閥芯移動。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，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，制約了壓電元件在電液伺服閥上的進一步應用。
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，在磁場的作用下能產生大得多的長度或體積變化。利用GMM轉換器研制的直動型伺服閥是把 GMM轉換器與閥芯相連，通過控制驅動線圈的電流，驅動GMM的伸縮，帶動閥芯產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高的特點，而且具有精度高、結構緊湊的優(yōu)點。在GMM的研制及應用方面，美國、瑞典和日本等國處于水平。國內浙江大學利用GMM技術對氣動噴嘴擋板閥和內燃機燃料噴射系統(tǒng)的高速強力電磁閥，進行了結構設計和特性研究。GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比，具有應變大、能量密度高、響應速度快、輸出力大等特點。世界各國對GMM電-機械轉換器及相關的技術研究相當重視，GMM技術水平快速發(fā)展，已由實驗室研制階段逐步進入市場開發(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)匹配等方面的問題以利于在高科技領域得到廣泛運用。
3.形狀記憶合金

形狀記憶合金（SMA）的特點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。一般金屬在超過其彈性變形后會發(fā)生變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會恢復其原來高溫下的形狀。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，通過加熱和冷卻的方法來驅動SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮，驅動閥芯作用移動，同時加入位置反饋來提高伺服閥的控制性能。從該閥的情況來看，SMA雖變形量大，但其響應速度較慢，且變形不連續(xù)，也限制了其應用范圍。
與傳統(tǒng)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。雖然還各自呈在某些關鍵技術需要解決，但新型功能材料的應用和發(fā)展，給電液伺服閥的技術發(fā)展發(fā)展提供了新的途徑 。
折疊電子化、數(shù)字化技術的運用

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電子化、數(shù)字化技術在電液伺服閥技術上的運用主要有兩種方式：其一，在電液伺服閥模擬控制元器件上加入D/A轉換裝置來實現(xiàn)其數(shù)字控制。隨著微電子技術的發(fā)展，可把控制元器件安裝在閥體內部，通過計算機程序來控制閥的性能，實現(xiàn)數(shù)字化補償?shù)裙δ?。但存在模擬電路容易產生零漂、溫漂，需加D/A 轉換接口等問題。其二，為直動式數(shù)字控制閥。通過用步進電機驅動閥芯，將輸入信號轉化成電機的步進信號來控制伺服閥的流量輸出。該閥具有結構緊湊、速度及位置開環(huán)可控及可直接數(shù)字控制等優(yōu)點，被廣泛使用。但在實時性控制要求較高的場合，如按常規(guī)的步進方法，無法兼顧量化精度及響應速度的要求。浙江工業(yè)大學采用了連續(xù)跟蹤控制的辦法，消除了兩者之間的矛盾，獲得了良好的動態(tài)特性。此外還有通過直流力矩電機直接驅動閥芯來實現(xiàn)數(shù)字控制等多種控制方式或伺服閥結構改變等方法來形成眾多的數(shù)字化伺服閥產品。
隨著各項技術水平的發(fā)展，通過采用新型的傳感器和計算機技術研制出機械、電子、傳感器及計算機自我管理（故障診斷、故障排除）為一體的智能化新型伺服閥。該類伺服閥可按照系統(tǒng)的需要來確定控制目標：速度、位置、加速度、力或壓力。同一臺伺服閥可以根據(jù)控制要求設置成流量控制伺服閥、壓力控制伺服閥或流量/ 壓力復合控制伺服閥。并且伺服閥的控制參數(shù)，如流量增益、流量增益特性、零點等都可以根據(jù)控制性能化原則進行設置。伺服閥自身的診斷信息、關鍵控制參數(shù)（包括工作環(huán)境參數(shù)和伺服閥內部參數(shù)）可以及時反饋給主控制器；可以遠距離對伺服閥進行監(jiān)控、診斷和遙控。在主機調試期間，可以通過總線端口下載或直接由上位機設置伺服閥的控制參數(shù)，使伺服閥與控制系統(tǒng)達到最佳匹配，優(yōu)化控制性能。而伺服閥控制參數(shù)的下載和更新，甚至在主機運轉時也能進行。而在伺服閥與控制系統(tǒng)相匹配的技術應用發(fā)展中，嵌入式技術對于伺服閥已經成為現(xiàn)實。按照嵌入式系統(tǒng)應定義為：“嵌入到對像體系中的專用計算機系統(tǒng)"?！扒度胄?、“專用性"與“計算機系統(tǒng)"是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。它是在傳統(tǒng)的伺服閥中嵌入專用的微處理芯片和相應的控制系統(tǒng)，針對客戶的具體應用要求而構建成具有控制參數(shù)的伺服閥并由閥自身的控制系統(tǒng)完成相應的控制任務（如各控制軸同步控制），再嵌入到整個的大液壓控制系統(tǒng)中去。從的技術發(fā)展和液壓控制系統(tǒng)對伺服閥的要求看，伺服閥的自診斷和自檢測功能應該有更大的發(fā)展 。1）在結構改進上，主要是利用冗余技術對伺服閥的結構進行改造。由于伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心元件，伺服閥性能的優(yōu)劣直接代表著伺服系統(tǒng)的水平。另外，從可靠性角度分析，伺服閥的可靠性是伺服系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。由于伺服閥被污染是導致伺服閥失效的最主要原因。對此，國外的許多廠家對伺服閥結構作了改進，先后發(fā)展出了抗污染性較好的射流管式、偏導射流式伺服閥。而且，俄羅斯還在其研制的射流管式伺服閥閥芯兩端設計了雙冗余位置傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號可立即切換備用伺服閥，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，此種兩余度技術已廣泛的應用于航空行業(yè)。而且，美國的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機構用于航天行業(yè)。我國的航天系統(tǒng)有關單位早在90年代就已進行三余度等多余度伺服機構的研制，將伺服閥的力矩馬達、反饋元件、滑閥副做成多套，發(fā)生故障可隨時切換，保證系統(tǒng)的正常工作。此外多線圈結構、或在結構上帶零位保護裝置、外接式濾器等型式的伺服閥亦已在冶金、電力、塑料等行業(yè)得到了廣泛的應用。
2）在加工工藝的改進方面，采用新型的加工設備和工藝來提高伺服閥的加工精度及能力。如在閥芯閥套配磨方法上，上海交通大學、哈爾濱工業(yè)大學均研制出了智能化、全自動的配磨系統(tǒng)。特別是哈爾濱工業(yè)大學的配磨系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的氣動配磨的模式，采用液壓油作為測量介質，更直接地反應了所測滑閥副的實際情況，提高了測量結果的準確性與精度。在力矩馬達的焊接方面中船重工第704研究所與德國廠家合作，采用了先進的焊接工藝取得了良好的效果。另外，哈爾濱工業(yè)大學還研制出智能化的伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。解決了原有手動測量法中存在的測量精度低、操作復雜、效率低等問題。對彈性元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重復性測量誤差不大于1%。
3）在材料的更替上方面。除了對某些零件采用了強度、彈性、硬度等機械性能更的材料外。還對特別用途的伺服閥采用了特殊的材料。如德國有關公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷，而降低動靜態(tài)性能，使工作壽命縮短。機械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯小槽之間的磨損，使閥失控，并產生尖叫。航空六O九所、中船重工第七O四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質的耐腐蝕伺服閥。此外對密封圈的材料也進行了更替，使伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。
4）在測試方法改進方面，隨著計算機技術的高速發(fā)展生產單位均采用計算機技術對伺服閥的靜、動態(tài)性能進行測試與計算。某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振動、熱噪聲和外界的高頻干擾對測量結果的影響，作了深入的研究。如采用測頻/測周法、尋優(yōu)信號測試法、小波消噪法、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術對伺服閥測試設備及方法進行了研制和改進 。