电液伺服阀的发展历史、研究现状及发展趋势

0 000液压控制系统

液压技术主要是由于武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。随着

控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与待腻子技术的结合日趋完善，从

而产生了广泛应用于武器装备的高质量电液控制系统。同时，液压技术也广泛地

应用于许多工业部门。在这个发展过程中，控制装置的需要反过来迫使液压元器

件、液压控制系统不断更新，不断发展提高。本文结合课堂所学，简要讲述液压

技术的发展和应用。

1.液压传动

将源动力的能量按一定方式和规律传递给工作机构的作用叫传动。在机器中

起传动作用的机构叫传动机构。目前传动有五种型式：机械传动、电气传动、气

体传动、流体传动和复合传动。在液体传动中，有一种以液体为传动介质，主要

靠受压液体的压力能来实现运动和能量传递的叫液压才传动。图1为一个简单的

连通器，可以用来传递能量。

图1.连通器简图

当右边小活塞在外力Fo作用下，向下推压右边腔室的液体时，该处的液体

通过两腔室间连通的通道被挤压到左边大腔室中，使重物G运动，这样就起到

了传动能量的作用。但这种简单的连通器不能连续工作，下面以一个简单的例子

来分析液压传动系统。如图2所示，小活塞及其活塞缸为主动缸，在单向阀配合

下不断从邮箱吸油，排左边大缸腔，被称为液压泵。左边大活塞及其缸腔为工作

缸，不断得到压力油，不断推举重物做功，被称为液压缸。从图中知道，液压泵、

液动机（液压缸和液压马达）和控制阀为组成液压系统的三个主要部分，加上辅

助装置和液压油，这五个部分是实际液压机构所必须的。

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图2.千斤顶的原理图

2.液压元件

根据各个元件在液压系统中的作用，主要分为动力元件(液压能源)—液压泵，

执行元件(液动机)—液压马达(输出旋转运动)和液压缸(输出直线运动)，以及各种

控制阀。

2.1.液压控制元件

液压阀是液压系统的控制元件，通过它改变系统中流体的运动方向、压力和

流量。在节流式伺服系统中，它直接控制执行元件动作；在容积式伺服系统中，

２０１１年第１２期　液压与气动　７７　

直动式电液伺服阀的研究与应用　

赵淳　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｃｔｕａｔｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｅｒｖｏ　ｖａｌｖｅ　

ＺＨＡ０　Ｃｈｕｎ　

（苏州技师学院，江苏苏州２１５００９）　

摘要：直动式电液伺服阀利用直线力马达直接驱动滑阀工作，提高了抗污染能力和工作可靠性，其性　

能指标达到喷嘴挡板式电液伺服阀的水平，拓宽了电液伺服阀的应用领域。　

关键词：直动式；电液伺服阀；研究；应用　

中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１１）１２－００７８－０３　

１国内外概况　在２Ｏ世纪６０年代末，国内数家单位研制开发了　

喷嘴挡板式电液伺服阀，到９Ｏ年代末已形成了系列喷　

嘴挡板式电液伺服阀，流量由ｌ　Ｌ／ｍｉｎ至５００　ｌＭｍｉｎ，　

最高压力为３１．５　ＭＰａ，在国内的各行业得到广泛应　

用。但喷嘴挡板式电液伺服阀的结构工艺复杂，不仅　加工困难，而且对油液清洁度的要求较高，为喷嘴挡板　

式电液伺服阀的正常工作，必须保证油液清洁度　

收稿日期：２０１１－０６－２２　作者简介：赵淳（１９６５一），女，江苏苏州人，高级讲师，大学，　主要从事液压、气动技术方面的教学和研究工作。　

出口都需装上过滤器滤油。在液压箱的中间隔板上装　

有１２０目的铜丝网，使油从回油过滤后进入吸油端，吸　

油管再装线隙式滤油；另要注意管与箱体的密封，油箱　面板与油箱之间采用橡胶密封，不让漏油进入箱体，泄　

漏油可采用专用回油盘收集，防止液压油的污染。　

２）液压油的冷却　成型机是在连续使用的情况下工作的，液压油的　温度容易升高，影响液压系统工作的可靠性，液压系统　

在工作时，应保证液压系统的液压油温升最小。需考　

虑液压油的冷却，在成型机液压系统中采用了ｍ　的　外冷却器和一个内置式冷却器，其液压箱的结构如　

图５所示，它由密封橡胶、盖板、冷却器、盖板、油箱等　

- 1 - 电液伺服阀静态特性实验台液压系统设计

一、本课题的项目背景及研究意义

电液伺服阀是闭环控制系统中最重要的一种伺服控制元件，它能将微弱的电信号转换成大功率的液压信号（流量和压力）。用它作转换元件组成的闭环系统称为电液伺服系统。电液伺服系统用电信号作为控制信号和反馈信号，灵活、快速、方便；用液压元件作执行机构，重量轻、惯量小、响应快、精度高。对整个系统来说，电液伺服阀是信号转换和功率放大元件；对系统中的液压执行机构来说，电液伺服阀是控制元件；阀本身也是个多级放大的闭环电液伺服系统，提高了伺服阀的控制性能。因此其性能直接决定和制约着整个电液伺服控制系统的控制精度、响应特性、工作可靠性及寿命。电液伺服系统是液压伺服系统和电子技术相结合的产物，由于它具有更快的响应速度，更高的控制精度，在军事、航空、航天、机床等领域中得到广泛的应用。目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统己经成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面，应用十分广泛。

按照国家有关规定，电液伺服阀出厂或维修以后必须进行性能测试和参数调节，以检验它的质量好坏。伺服阀用量大的使用单位或重要使用场合，用户应设有伺服阀试验台，以便对新阀性能进行复检，并对使用中的伺服阎定期复检或比较试验。

目前，电液伺服阀性能测试试验台主要有两种类型：一种是传统的手工测试、记录类型；另一种是计算机辅助测试(ComputerAided Test简称CAT)类型。传统手工测试系统利用按钮、信号发生器、记录仪、示波器等来实现，测试成本高、结构复杂，测试时受人为因素影响大，测试精度低。随着信号处理技术和计算机技术的发展，出现了一种新型的测试系统，即CAT系统，是建立一套计算机数据采集和数字控制系统，与试验台连接起来，由计算机对各试验参数，如压力、流量、转速、温度等参数进行数据采集、量化和处理并输出测试结果。在试验过程中，计算机还可以根据数字反馈或人工输入要求，对测试过程进行控制，达到计算机密切跟踪和控制试验台及试件状态的目的，从而高速、高精度地完成对液压产品的性能测试。

电液伺服控制系统概述

摘要：电液伺服控制是液压领域的重要分支。多年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率——重量比和大功率液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是控制理论在液压系统中的应用、计算及电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在原件和系统方面、理论与应用方面都日趋完善和成熟，并形成一门学科。目前液压技术已经在许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门及飞机、船舶部门等。

关键词：电液 伺服控制 液压 执行机构

伺服系统又称随机系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输入信号的变化规律动作。液压伺服系统是以液压为动力的自动控制系统，由液压控制和执行机构所组成。

一、电液控制系统的发展历史

液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构——水钟。而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工程机械。在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。