文档介绍：On Development of Hydraulic Digital Valve and its Application
Yangzeng Xu Dapin Li Guoxiang Chen
许仰曾上海豪高机电科技有限公司董事长、教授、博导上海理工大学、上海交通大学、燕山大学、兰州理工大学兼职教授
液压数字阀的发展及其工程应用
许仰曾李达平陈国贤
上海豪高机电科技有限公司上海理工大学
液压数字阀的发展背景与简况
液压数字阀是在计算机技术与电控技术的发展与促进下产生的。计算机技术本质上说是数字技术。为了达到使液压阀与计算机或微处理器之间能够直接控制或通讯而无需数--模或模--数转换这样的目的,从而促使了液压数字阀应运而生。
液压数字阀分为二类,增量式数字阀与高速开关数字阀。
液压数字阀的最初开发产品是增量式数字阀,即步进电机式的数字阀。它的基本构件就是将步进电机作为驱动元件与液压控制阀作为控制元件相结合而生。这一类产品在上世纪八十年代末至九十年代占据了液压数字阀领域的主流。国外的日本东京计器公司开发了全系列的液压数字阀(如图1所示),其中包括数字压力阀、数字流量阀以及数字比例方向阀等,我国当时的广研所也是积极开展研究的知名单位之一。
但是增量式数字阀在上世纪末基本未进入液压元件的产品系列之中,即未被市场所接受从而淡出了人们的视线。国外有的公司的样本尽管元件种类尽管达到了齐全的程度,但也未能真正进入市场而占一席之地。究其原因分析主要是下列问题:
----由于是采用步进电机并与液压阀机械联系,从而惯量大﹑固有频率低,因此频响性能受到很大限制。因此其应用领域与范围受到限制。
----在结构原理上说步进机与液压阀机械连接,成本方面肯定难占优势。
----当时的步进电机技术在高频时有失步的问题,即可控制性能不佳,又进一步使其响应的提高受到负面影响。
由于上述原因使增量式数字阀的应用受到局限,但随着步进电机及控制技术的发展,这方面的应用与发展一直在各个领域有不少的成功实例。这是因为增量式数字阀的总体技术方面是成熟的,目前用于项目上容易成功,技术难点比高速开关阀要少。因此也有一定市场应用的积累。而高速开关数字阀的应用到目前为止应用领域已经很多,从数量看已超过增量式数字阀。但其性能的提高至今仍处在研发的发展过程。所以增量式数字阀要成为数字阀的主流产品的前景要看应用领域的扩大。但从方向与趋势看高速开关数字阀更为期待。
在增量式数字阀研究发展的同时,液压高速开关阀也在研制与发展。在上世纪八十年代的研究中比较集中研究液压高速开关数字阀的液压特性、电控等方面。随着研究的深入,对高速开关阀的磁特性给予了越来越大的关注。研究高速开关阀的磁性材料与特性成了关键。在上世纪八十年代,浙江大学、北京理工大学等院校就进行了很多的研究。但从液压领域来看,始终未进入工业界的领域,更不要说形成完整的产品系列了。到了上世纪末高速开关阀的开发与应用突飞猛进。其中最强劲的推动者是柴油机的电喷共轨系统的要求。
1-凸轮;2-顶杆;3-针阀;4-阀套;5-平衡活塞;6-阻尼空;7-主阀芯
图1. 增量数字式先导溢流阀(日本东京计器公司)
1-步进电机;2-滚珠丝杠;3-节流阀阀芯;4-阀套;5-连杆;6-零位移传感器
图2. 增量数字式水液压流量阀(上海豪高机电科技