电液伺服控制技术的发展（2）
新型伺服阀主要体现在采用新驱动方式，使用新材料、新原理或新结构，应用数字控制技术，以及智能化等几个方面。
3 新驱动方式
尽管射流管伺服阀比喷嘴挡板伺服阀在抗污染能力方面要好，但这两种类型的伺服阀存在的突出问题仍然是抗污染能力差，对介质的清洁度要求非常高，这给其使用和维护造成了诸多不便。因此，如何提高电液伺服阀的抗污染能力和提高可靠性，成为伺服阀未来的发展趋势。采用阀芯直接驱动技术省掉了喷嘴挡板或射流管等易污染的元部件，是近年来出现的一种新型驱动方式，如采用直线电机、步进电机、伺服电机、音圈电机等。这些新技术的应用不仅提高了伺服阀的性能，而且为伺服阀发展提供了新思路。
1）阀芯直线运动方式
这种伺服阀采用直线电机、步进电机、伺服电机或音圈电机作为驱动元件，直接驱动伺服阀阀芯。对于电机输出轴，可以通过偏心机构将旋转运动变成直线运动，如图1所示，也可通过其他高精度传动机构将旋转运动转换为直线运动。这种驱动方式一般都有位移传感器，可构成位置闭环系统精确定位开口度，保证伺服阀稳定工作。其特点在于结构简单、抗污染能力好、制造装配容易、伺服阀的频带主要由电机频响决定。
图1 采用偏心机构的电机驱动伺服阀原理
旋转式驱动是指通过主阀芯旋转实现伺服阀节流口大小的控制和机能切换，图2所示为一种旋转阀的油路结构原理。主要由阀套、转轴和驱动元件组成。转轴由步进电机、伺服电机或音圈电机直接驱动，转轴沿圆周方向分别开有4个可与压力油腔相通的油槽和4个可与回油腔相通的油槽。阀套上均匀分布4个进油孔和4个回油孔，油孔的直径略小于转轴上油槽的宽度，使进油和回油互不连通。另一种转阀的形式是阀芯上开有螺旋式结构的油槽，通过电机转动阀芯实现节流口大小的调节。
由于伺服电机响应频率快，因此可以带动阀芯进行快速旋转，实现工作油口的快速切换和节流口的快速调节，从而保证了伺服阀的频带。
2）阀芯旋转运动方式
4 新材料
由于一些新材料表现出较好的运动特性，许多研究机构尝试将它们应用于电液伺服阀的先导级驱动中，以代替原有的力矩马达驱动方式。与传统伺服阀相比，采用新型材料的伺服阀具有抗污染能力强、结构紧凑等优点。虽然目前还有一些关键技术问题没有得到解决（如滞环大、重复性差等），但新材料的应用和发展给电液伺服阀的技术发展注入了新的活力。
1）压电晶体材料
压电晶体材料在一定的电压作用下会产生外形尺寸变化，在一定范围内形变与电场强度成正比。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，压电晶体的滞环非常明显，导致阀芯与控制信号之间的非线性比较严重，给高精度控制带来一定的难度。
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，因此可利用这种材料直接驱动伺服阀阀芯。其原理是将磁致伸缩材料与阀芯直接相连，通过控制电流大小驱动材料的伸缩量，以带动阀芯运动。由于超磁致伸缩材料具有较高的动态响应特性，使这种伺服阀较传统伺服阀具有更高的频率响应。
3）形状记忆合金材料
形状记忆合金的特点是具有形状记忆效应，将其在高温下定型后，冷却到低温状态并对其施加外力时，一般金属在超过其弹性变形后会发生永久塑性变形，而形状记忆合金却在加热到某一温度以上时，会恢复其原来高温下的形状。通过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。形状记忆合金的位移比较大，但其响应速度慢，且变形不连续，因此不适合于高精度的应用场合。
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