电液伺服阀技术研究现状及发展趋势

电液伺服阀技术研究现状及发展趋势

杨兆雷,成永辉,谷浩伟

石家庄海山实业发展总公司石家庄海山航空电子科技有限公司  050000

摘要：电液伺服系统具有负载能力强、功率密度大、响应快、控制精度高等优点，在当前的航天、航空、船舶、兵器、冶金、机床、模拟试验等多个领域都有着较高的应用价值，其主要应用于运动控制系统中，近几年随着自动化系统的应用，电液伺服系统的应用也越来越广泛。其中电液伺服阀是电液伺服系统中的核心组成元件，其应用水平也直接关系到电液伺服系统的应用价值。基于此，本文就电液伺服阀技术发展现状以及趋势进行了研究，以期能够为当前行业的电液伺服系统应用提供一定的参考依据。

关键词：电液伺服阀；研究现状；发展趋势

引言

随着电液伺服系统的应用不断深入，各行业对电液伺服阀技术的要求也与来越高，越来越多的研究机构针对电液伺服技术的发展情况进行了研究与开发，并围绕节能高效、提高可靠性、提升响应速度、降低成本等方面进行了深入的研究，从而为当前电液伺服系统的高水平应用奠定了良好的基础。

一、电液伺服阀概述

电液伺服阀是电液伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀技术组件主要的技术应用功能，在于能够实现对电液伺服技术系统内部的位置参数、速度参数、加速度参数，以及基础性力学参数项目的稳定有效控制，其性能在很大程度上决定了整个系统的性能。

二、电液伺服阀技术现状分析

伺服阀最早是液压控制技术研究中衍生的产物，其主要是用螺线管直接驱动阀芯运动的单级开环控制阀，随着伺服阀工业运用场合的不断扩大，越来越多的生产厂家投入到了伺服阀的研究过程中。新时代以来，伺服阀技术也有了较大幅度的进步，国内生产伺服阀的厂家也越来越多，电液伺服阀一般按力矩马达型式分为动圈式和永磁式两种。传统的伺服阀大部分采用永磁式力矩马达，此类伺服阀还可分为喷嘴挡板式和射流式两大类，目前广泛应用的电液伺服阀以喷嘴挡板阀居多，但是射流管阀具有抗污染性能好、可靠性高等特点，很多服阀生产厂商研制并推出了射流管式电液伺服阀。

目前针对电业伺服阀的研究比较多，大多几种在如何提高伺服阀的加工精度、加工效率和合格率或者是如何降低生产成本等方面。近几年自动化技术发展水平越来越高，生产和测试的自动化程度也得到了大幅度的提升，使得伺服阀性能的一致性得到了良好的保障。除此以外，在新材料的应用方面也更加重视强度、刚度、弹性等机械性能更优的材料，力反馈杆头部的小球采用耐磨性更好的红宝石，密封材料也更能耐高压、耐腐蚀，使得电液伺服阀在实际应用中不仅可以适用常用的液压油，也能适应航空煤油、柴油等腐蚀性强的工作介质。由此可见，电液伺服阀在近几年得到了迅速的发展，发展水平越来越高，并且在各行业领域的应用也越来越深入。

二、电液伺服发技术的发展趋势

（一）新原理和新结构

1、高速开关阀

高速开关阀的工作原理是根据一系列脉冲电信号控制高频电磁开关阀的通断，通过改变通断时间即可实现阀输出流量的调节。阀芯在实际运行中会始终处于开、关高频运动状态，具有抗污染能力强、能量损失小等优点，主要应用于对控制精度要求不高的场合。

2、压力伺服阀

压力伺服阀主要在一些力控制系统中的应用比较常见，但是其对工艺要求较高，并没有得到普及。

3、多余度伺服阀

多余度伺服阀不容易出现故障，系统可靠性也比较高，常见于航空航天等对可靠性要求比较高的场合中。在实际应用中，多余度伺服阀一般是在常规伺服阀的基础上进行结构改进并增加冗余，比如针对喷嘴挡板阀故障率较高的问题，将伺服阀力矩马达、反馈元件、滑阀副做成多套，发生故障随时切换，保证伺服阀正常工作。

（二）新材料

1、压电晶体材料

压电晶体驱动的原理是将阀芯分别与两块压电晶体执行机构相连，通过两侧施加不同的驱动电压，可使阀芯产生移动，从而实现节流口控制。但是这种材料有着较为地明显的滞环情况，极易会影响伺服阀的高精度控制。

2、超磁致伸缩材料

超磁致伸缩材料在磁场的作用下能产生较大的尺寸变化，因此可以直接驱动伺服阀阀芯，在实际应用中只需要将其与阀芯直接进行相连，这样就能够通过控制电流大小驱动材料的伸缩量，以带动阀芯运动，实践证明，这一材料的使用具有更高的频率响应。

3、形状记忆合金材料

形状记忆合金的显著特点是具有形状记忆效应，在阀芯上连接一组由形状记忆合金绕制的执行器，对其进行加热或冷却，就可使执行器的位移发生变化，从而驱动阀芯运动。但是这一材料不适合于高精度的应用场合。

（三）数字控制技术

1、伺服阀内集成数字驱动控制器

在数字化技术的支持下，伺服阀内集成数字驱动控制器可以有效的提高伺服阀的控制精度，这样用户就可以减少对精确度控制的环节，只需要关注伺服阀的整体性能即可。除此以外，还可以在电液伺服阀内还集成阀控系统的数字控制器，主要作用是采集伺服阀控制腔压力、阀芯位移或执行机构位移等。

2、具有故障检测功能

电液伺服阀是一种较为精密的部件，一旦发生故障就会导致整个电液伺服系统瘫痪，借助先进的信息技术可以实现对伺服阀的实时检测工作，可以较为快速的发展线圈短路或断路、喷嘴堵塞、阀芯卡滞、力反馈杆折断等故障问题，并及时进行解决，确保伺服阀始终保持在较好的运行状态下。

3、采用通讯技术

通讯技术的应用能够提高控制质量的传达效果，即将位机的控制指令通过数字通讯形式发送给电液伺服阀的数字控制器，还能够有效的避免模拟信号传输过程中的噪声干扰，从而提高通讯效果，提高电液伺服阀的反映效率等。

结语

综上所述，电液伺服阀在各行业领域的应用中比较广泛，为了进一步提高其应用价值，必须要加强对电液伺服阀的研究与开发工作，加强对其新驱动方式、新原理结构、新材料等方面的开发，从而不断提高电液伺服阀的应用效果，这对促进各行业的发展也有着重要的作用。

参考文献：

[1]王军政,赵江波,汪首坤.电液伺服技术的发展与展望[J].液压与气动,2014(05):1-12.

[2]陈元章.电液伺服阀初始设计理念与应用[J].机床与液压,2019(09):114-118.

[3]纵怀志,张军辉,张堃,等.液压四足机器人元件与液压系统研究现状与发展趋势[J].液压与气动,2021(08):1-16.