伺服比例阀之浅见

第４期（总期４７期）　２０１１年７月　流体秸动与控副　

Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４７）　

Ｊｕｌｙ，２０１１　

伺服比例阀之浅见　吴寅生　（湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭４１１２０１）　

摘要：伺服比例阀是一种在结构、性能、可靠性、价格上界于伺服阀与常规比例阀之间的比较新型的电液控制阀，它　高频响、高精度、滞环小、无零位死区。对伺服比例阀与常规比例阀的性能进行了比较，并且对伺服比例阀未来的发展　趋势进行了展望。　关键词：伺服比例阀；常规比例阀；综述　

中图分类号：ＴＨ１３７　文献标志码：Ｂ　文章编号：１６７２．８９０４一（２０１１）０４．００５６．００３　

引言　随着液压工业的发展．一般工程系统对闭环控制　要求逐渐提高，而比例阀不能很好应用常运行于零位　附近的位置、力控制闭环，即使在放大器中设置了阶　跃信号发生器，但在性能上还是不及无零位死区的伺　服阀。同时，原来伺服阀加工精度要求高的缺陷与要　求系统油液过滤精度高的矛盾逐渐淡化；对电控器来　讲，处理大电流的技术水平大为提高，为使用大电流、　高可靠性的比例电磁铁提供了前提条件。在这样的　技术背景下，在一般比例技术与伺服技术之间，出现　了新的层面上吸收两者优势而形成的更高一级的比　例阀，也常被称为电液伺服比例阀”　。　伺服比例阀是采用比例电磁铁作为电一机械转换　元件，而功率级滑阀又采用伺服阀的加工工艺，它是　比例技术和伺服技术相结合的结果。伺服比例阀阀　芯采用伺服阀的结构和加工工艺（零遮盖阀口，阀芯　与阀套之间的配合精度与伺服阀相当），解决了闭环　控制要求死区小的问题。它的性能介于伺服阀与普　通比例阀之间，但对油液的清洁度要求低于伺服阀，　特别适用于各种工业场合的闭环控制。　电液伺服比例技术是将微弱的电子信号转换成　大的液压功率输出，用它组成的电液伺服比例系统具　有精度高、响应快、工作可靠、重量轻、高功率密度、安　装方便（柔性）等特点，因而得到世界各国的重视。　

ｌ　国内外研究现状　收稿日期：２０１１－０３—１７　作者简介：吴寅生（１９８６一），男，硕士研究生。研究方向为：机电集成系　统分析与设计。　

电液比例阀是针对伺服控制存在的诸如功率损　失、对液压油过滤要求高、制造和维护费用高、而它提　供的快速响应性在一般工业设备中又往往用不着的　情况，是在传统开关阀的基础上发展起来的。电液比　例阀可以根据输入电气信号，按比例对工作油液的压　力、流量和方向进行控制。　比例阀发展的初期阶段，仅是将比例电磁铁代替普　通液压阀的开关型电磁铁或调节手柄，工作频宽小，　稳态滞环大，只能用于开环系统。２０世纪７Ｏ年代中　期至８Ｏ年代初，比例阀开始采用各种内反馈原理，耐　高压、比例电磁铁和比例放大器技术日趋成熟。阀的　工作频宽达到５～１０　Ｈｚ，稳态滞环降低到３％左右。　２０世纪８０年代后，比例阀在设计上采用了压力、流　量、位移内反馈及电校正等手段，使阀的稳态精度、动　态响应和稳定性都有了进一步提高。除了中位仍有　部分死区外，其控制性能与伺服阀更为接近ｎ　。　电液比例阀由于电一机械转换器固有特性的限　制，导致其无论在响应时间还是在响应速度上都不是　很快　，响应速度稍快的流量却比较小。目前国内外　设计出的电液比例阀，频宽多数在１００　Ｈｚ左右ｐ。　。　提高比例阀的性能指标如频响和线性度等，有利于提　高比例控制系统的整体特性蚓。　伺服比例阀是一种在结构、性能、可靠性、价格上　界于伺服阀与常规比例阀之问的比较新型的电液控　制阀　，伺服比例阀是比例阀中动态响应性能最接近　伺服阀的，虽然频率和敏感度比不上伺服阀，但是它　无零位死去，高精度、高频响、滞环小，对油液的清洁　度要求比伺服阀低，具有更高的工作可靠性和实际应　用性。　２０１１年７月　吴寅生：伺服比例阀之浅见　第５７页　表１从不同角度列出了常规比例阀和伺服比例　阀的性能对比。可见，与常规比例阀相比，伺服比例　阀频响和加工精度高、零位无死区、滞环小和重复精　度高。　表１常规比例阀、伺服比例阀性能对照表　表２对不同厂家的伺服比例元件的性能做了对　比。可见，伺服比例阀的性能已远远优于常规比例　阀，在工业应用场合有自己的优势。　表２主要性能对照表　由比例阀发展而来的伺服比例阀在结构上具有　如下特点：利用大电流的比例电磁铁作为电一机械转　换器，控制电流可达１￣２．７　Ａ；首级采用伺服阀的阀芯　阀套；（首级、主级）阀口零遮盖；首级阀口压降与伺服　阀一样，为供油压力的１／３，如有二级，则二级阀口压　降保留比例阀水平（０．５～０．７　ＭＰａ）　。这种伺服比例　阀无零位死去，可以用于各种闭环系统，因而加工精　度与过滤精度要求与伺服阀基本相同；频响较一般比　例阀高，可靠性比普通伺服阀高。　目前德国Ｂｏｓｃｈ—Ｒｅｘｒｏｔｈ公司、意大利Ａｔｏｓ公司　均有成熟的伺服比例阀产品，其动态特性较比例阀大　为改善，频宽可达４０～８０　Ｈｚ，并且可达到滞环和重复　精度小于０．１％的高稳态控制精度。例如，Ａｔｏｓ公司　的ＤＬＫＺＯＲ型伺服比例阀的阶跃响应时间就不超过　ｌ５　ｍｓ，其驱动元件均采用电子线路内置的高响应比　例电磁铁，该电磁铁是在传统比例电磁铁基础上进行　了结构参数优化而获得的；Ｂｏｓｃｈ．Ｒｅｘｒｏｔｈ公司的　４ＷＲＬ．ＮＧ１０型伺服比例阀的阶跃响应时间也不超过　４０　Ｉｌｌｓ，几乎没有滞环，动态响应特性高。　国内，西南交通大学的张弓研究的超高速电液比　例阀，采用８片瓦型有气隙Ｈａｌｂａｃｈ磁化阵列型动圈　式电．机械转换器，使得实验频宽达到３００　Ｈｚ／一３　ｄＢ，　响应时间为０．００４　Ｓ；太原理工大学的许小庆对高响　应、新结构电一机械转换器做了深人研究，提出了采　用异型永久磁铁，其驱动力可提高７％以上；武汉科　技大学的文广设计了伺服比例阀的数字实时控制系　统，提高了其控制性能，实现了其实时闭环控制；中国　船舶重工集团第七Ｏ四研究所研制的射流管伺服比　例阀，采用前置独立式直杆型射流放大器、旁置式过　滤器及过滤模块等新技术，进一步提高了整阀的抗污　染性能并降低了生产成本。　

２　伺服比例阀前景展望　伺服比例阀是伺服技术与比例技术结合的产物，　是技术进步的一种必然。伺服比例阀将朝着以下几　个主要方向发展：　１）集成化由于微电子技术的快速发展，使得阀　与传感器、放大器等实现了一体化，应进一步发展带　内反馈、自补偿、自调整与自校正的高性能伺服比例　阀，实现机电液的一体化发展。　２）规范化目前，国际、国内液压公司生产的伺服　比例阀品种齐全、种类众多，但基本都是各自为政、标　准不一，十分不利于伺服比例阀的进一步发展。所　以，实现规范化将是必然趋势。　３）数字化伺服比例阀是液压系统中的关键控制　元件，其控制方式的数字化将推动液压工业向智能　化、自动化、集成化的方向发展。　４）一体化我国的液压工业与国外相比，还存在　着相当大的差距，液压元件的研究和生产水平已成为　衡量一个国家液压水平的重要标准，为了推动我国液　压工业的快速发展，国内公司有必要实现一体化发　展。　

３　结语　电液比例技术虽然起步比较晚，但是由于近年高　性能比例电磁铁和比例放大器的研究，使得电液比例　元件的性能得到了质的飞跃。随着电子技术与液压　技术的发展，它们的联系将会越来越密切，电液比例　技术将不断地向前发展。　第５８页　溢体秸动与控副　２０１１年第４期　参考文献　［１】吴根茂等．新编实用电液比例技术［Ｍ］．杭州：浙江大学出　版社，２００６．　［２］Ｓｌｕｓａｒｅｋ　Ｂ，Ｄｕｄｚｉｋｏｗｓｋｉ　Ｉ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ａｇｎｅｔｓ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ＮｄＦｅＢ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｉｎ　ＤＣ　ｍｏｔｏｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ａｎｄ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｍａｔｅｄ－　ａｌｓ，２００２．　［３］杨尔庄，李晓亚，孙庆军，等．比例／伺服阀使机器更聪明【Ｊ］．　现代制造，２００６，（１４）：２６—３０．　

［４］Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ＣＥＴＯＰ５　Ｆｏｕｒ－Ｗａｙ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅ　Ｏｆｆｅｒｓ　Ｓｅｒｖｏ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｔ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｐｒｉｃｅ［Ｒ】．Ｃａｎｄａ　Ｍｉｃｒｏｈｙｄｒａｎｌｉｃ　Ｉｎｃ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，２０００．　【５］Ｄａｓｇｕｐｔａ　Ｋ，Ｗａｇｏｎ　Ｊ　Ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｓｏｌｅ　ｎｏｉｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｐｉｌｏｔｅｄ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ　ｂｙ　ｂｏｎｄ—ｇｒａｐｈ［Ｊ］．Ｓｉｍｕ—　ｌｍｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　Ｔｈｅｏｒｙ，２００５．　［６】Ｓａｄｒｅ　Ｍ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍ　ｅｃｈａｒｉｃａｌ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｔｏ　ｗｉｎｄ　ｔｕｂｉｎｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ，１　９９７．　［７］刘青凤，杨军厚，刘辉．高频响比例控制阀应用分析［Ｊ】＿制　

造业信息化，２００７．　

Ｓｉｍｐｌｅ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｏ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｖａｌｖｅｓ　Ｗｕ　Ｙｉｎｓｈｅｎｇ　

《流体传动与控制》征稿简约　《流体传动与控制》坚持理论与实践相结合　的办刊方针，强调杂志的可读性。热情欢迎从　事这一科技领域的同仁们，向本刊投送内容真　实、结论明确、有实用价值的稿件。　主要征稿范围　１．国内外流体传动与控制领域的最新发展　趋势；　２．在流体传动与控制领域中，涉及机电控　制、智能化、可靠性、低碳节能、故障诊断和污染　控制内容：　３．先进的设计方法，先进的制造技术和流体　传动与控制领域内的信息化应用；　４．液压、气动、密封的新产品，新成果，新经　验：　５．流体传动与控制在主机上实例分析和应　用前景。　二、投稿者注意事项　１．来稿要求内容真实，文字通顺，段落分明，　深入浅出。稿件字数（包括图表）一般不超过　５０００字；研究性和综合性论文可在８０００字左右；　编辑部收到来稿后，在１０个工作日内给予答复。　２．作者撰写的论文题目（不超过２０个字）、　摘要（控制在ｌ５０～３００字之间）、关键词（３～８　个），要提供摘要和关键词的英语译文。来稿的　

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