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電液伺服閥的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀分析

一 概述
電液伺服閥是電液伺服控制中的關鍵元件，它是一種接受模擬電信號后，相應輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥。電液伺服閥具有動態(tài)響應快、控制精度高、使用壽命長等優(yōu)點，已廣泛應用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領域的電液伺服控制系統(tǒng)中。

二 發(fā)展過程
液壓控制技術的歷史早可追溯到公元前240年，當時一位古埃及人發(fā)明了人類歷史上第一個液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長的歷史階段，液壓控制技術一直裹足不前，直到18世紀末19世紀初，才有一些重大進展。在二戰(zhàn)前夕，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，液壓控制技術出現(xiàn)了突飛猛進地發(fā)展，許多早期的控制閥原理及專利均是這一時代的產(chǎn)物。如：Askania調(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請了射流管閥原理的專利。同樣，F(xiàn)oxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥原理的專利。而德國Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達及接收機械及電信號兩種輸入的雙輸入閥，并開創(chuàng)性地使用在航空領域。

在二戰(zhàn)末期，伺服閥是用螺線管直接驅(qū)動閥芯運動的單級開環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及軍事應用的需要，伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。1946年，英國Tinsiey獲得了兩級閥的專利；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級閥；MIT用力矩馬達替代了螺線管使馬達消耗的功率更小而線性度更好。1950年，W.C.Moog第一個發(fā)明了單噴嘴兩級伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機械反饋式兩級伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達，消除了原來浸在油液內(nèi)的力矩馬達由油液污染帶來的可靠性問題。1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級射流管伺服閥。并于1959年研制了三級電反饋伺服閥。

1959年2月國外某液壓與氣動雜志對當時的伺服閥情況作了12頁的報道，顯示了當時伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時生產(chǎn)各種類型的伺服閥的制造商有20多家。各生產(chǎn)廠家為了爭奪伺服閥生產(chǎn)的霸權地位展開了激烈地競爭。回顧歷史，可以看到終取勝的幾個廠家，大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達的兩級伺服閥。我們可以看到，1960年的伺服閥已具有現(xiàn)代伺服閥的許多特點。如：第二級對第一級反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達；前置級對功率級的壓力恢復通常可達到50%；第一級的機械對稱結(jié)構減小了溫度、壓力變化對零位的影響。同時，由早期的直動型開環(huán)控制閥發(fā)展變化而來的直動型兩級閉環(huán)控制伺服閥也已出現(xiàn)。當時的伺服閥主要用于軍事領域，隨著太空時代的到來，伺服閥又被廣泛用于航天領域，并研制出高可靠性的多余度伺服閥等尖端產(chǎn)品。

與此同時，隨著伺服閥工業(yè)運用場合的不斷擴大，某些生產(chǎn)廠家研制出了專門使用于工業(yè)場合的工業(yè)伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了第一款專為工業(yè)場合使用的73系列伺服閥產(chǎn)品。隨后，越來越多的專為工業(yè)用途研制的伺服閥出現(xiàn)了。它們具有如下的特征：較大的體積以方便制造；閥體采用鋁材（需要時亦可采用鋼材）；獨立的第一級以方便調(diào)整及維修；主要使用在14MPa以下的低壓場合；盡量形成系列化、標準化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國的分公司卻將其伺服閥的應用場合主要集中在高壓場合，一般工作壓力在21MPa，有的甚至到35MPa，這就使閥的設計專重于高壓下的使用可靠性。而隨著伺服閥在工業(yè)場合的廣泛運用，各公司均推出了各自的適合工業(yè)場合用的比例閥。其特點為低成本，控制精度雖比不上伺服閥，但通過先進的控制技術和先進的電子裝置以彌補其不足，使其性能和功效逼近伺服閥。1973年，Moog公司按工業(yè)使用的需要，把某些伺服閥轉(zhuǎn)換成工業(yè)場合的比例閥標準接口。Bosch研制出了其標志性的射流管先導級及電反饋的平板型伺服閥。1974年，Moog公司推出了低成本、大流量的三級電反饋伺服閥。Vickers公司研制了壓力補償?shù)腒G型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個線圈分別控制閥芯兩方向運動的比例閥等等。

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