唐楊梁
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簡單概述美Parker派克BD062系列伺服閥
美Parker派克BD062系列伺服閥工業(yè)運用場合的不斷擴大,某些價格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*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*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公司在德的分公司卻將其伺服閥的應(yīng)用場合主要集中在壓場合,一般工作壓力在21MPa,有的甚到35MPa,這就使閥的設(shè)計專重于壓下的使用可靠性。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,控制雖比不上伺服閥,但通過進的控制技術(shù)和進的電子裝置以彌補其不足,使其性能和功效逼近伺服閥。
美Parker派克BD062系列伺服閥是用螺線管直接驅(qū)動閥芯運動的單開環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及軍事應(yīng)用的需要,伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。 1946年,英Tinsiey獲得了兩閥的;Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩閥;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。1950年,W.C.Moog*個發(fā)明了單噴嘴兩伺服閥。1953年1955年間,T.H.Carson發(fā)明了機械反饋式兩伺服閥;W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩伺服閥;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射流管伺服閥。
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美Parker派克BD062系列伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時各種類型的伺服閥的制造商有 20多家。各價格為了爭奪伺服閥的霸權(quán)地位展開了激烈地競爭?;仡櫄v史,可以看到Z終取勝的幾個價格,大多數(shù)具有反饋及力矩馬達的兩伺服閥。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:對*反饋形成閉環(huán)控制;采用干式力矩馬達;前置對功率的壓力恢復(fù)通??蛇_到50%;*的機械對稱結(jié)構(gòu)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域,隨著太空時代的到來,伺服閥又被廣泛用于航天域,并研制出可靠性的多余度伺服閥等*產(chǎn)品。
美Parker派克BD062系列伺服閥的滑閥滑動結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的轉(zhuǎn)動,并在閥芯與閥套上相應(yīng)開了幾個與軸向有一定傾角的斜槽。閥芯閥套相互轉(zhuǎn)動時,斜槽相互開通或相互封閉,從而控制輸出壓力或流量。由于在工作時閥芯閥套是相互轉(zhuǎn)動的,降低了閥工作時的摩擦阻力,同時污染物不容易在轉(zhuǎn)動的滑閥內(nèi)堆積,提了抗污染性能。此外,Park公司開發(fā)了“音圈驅(qū)動(Voice Coil Drive)"技術(shù)(VCD),以及以此技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的DFplus控制閥。所謂音圈驅(qū)動技術(shù),顧名思義,即是類似于揚聲器的一種驅(qū)動裝置,其基本結(jié)構(gòu)就是套在固定的圓柱形*磁鐵上的移動線圈,當信號電流輸入線圈時,在電磁效應(yīng)的作用下,線圈中產(chǎn)生與信號電流相對應(yīng)的軸向作用力控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,并驅(qū)動與線圈直接相連的閥芯運動,驅(qū)動力很大。線圈上內(nèi)置了位移反饋傳感器,因此,采用VCD驅(qū)動的DFplus閥本質(zhì)上是以閉環(huán)方式進行控制的,線性度相當。此外,由于 VCD驅(qū)動器的運動零件只是移動線圈,慣量極小,相對運動的零件之間也沒有任何支承,DFplus閥的全部支承就是閥芯和閥體間的配合面,大大減小了摩擦這一非線性因素對控制的影響。
美Parker派克BD062系列伺服閥的原理是:在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動閥芯移動。實現(xiàn)電-機械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板,由壓電疊堆的伸、縮實現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減,使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動閥芯移動。目前壓電式電-機械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,伺服閥頻寬甚能達到上千赫茲,但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點,制約了壓電元件在電液伺服閥上的進一步應(yīng)用。
美Parker派克BD062系列伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)的特點,而且具有、結(jié)構(gòu)緊湊的。目前,在GMM的研制及應(yīng)用方面,美、瑞典和日本等處于水平。內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對氣動噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機燃料噴射系統(tǒng)的速強力電磁閥,進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和特性研究。從目前情況來看GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比,具有應(yīng)變大、能量密度、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點。各對GMM電-機械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當重視,GMM技術(shù)水平快速發(fā)展,已由實驗室研制階段逐步進入市場開發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數(shù)匹配等方面的問題以利于在科技域得到廣泛運用。
美Parker派克BD062系列伺服閥技術(shù)上的運用主要有兩種方式:其一,在電液伺服閥模擬控制元器件上加入D/A轉(zhuǎn)換裝置來實現(xiàn)其數(shù)字控制。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,可把控制元器件安裝在閥體內(nèi)部,通過計算機程序來控制閥的性能,實現(xiàn)數(shù)字化補償?shù)裙δ?。但存在模擬電路容易產(chǎn)生零漂、溫漂,需加D/A 轉(zhuǎn)換接口等問題。其二,為直動式數(shù)字控制閥。通過用步進電機驅(qū)動閥芯,將輸入信號轉(zhuǎn)化成電機的步進信號來控制伺服閥的流量輸出。該閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度及位置開環(huán)可控及可直接數(shù)字控制等,被廣泛使用。但在實時性控制要求較的場合,如按常規(guī)的步進方法,無法兼顧量化及響應(yīng)速度的要求。浙江工業(yè)大學(xué)采用了連續(xù)跟蹤控制的辦法,消除了兩者之間的矛盾,獲得了良的動態(tài)特性。
簡單概述美Parker派克BD062系列伺服閥