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1 數字液壓閥研究現狀與發展

如圖1所示為現有數字閥產品及分類。從現有的液壓閥元件來看，狹義的數字閥特指由數字信號控制的開關閥及由開關集成的閥島元件。廣義的數字閥則包含由數字信號或者數字先導控制的具有參數反饋和參數控制功能的液壓閥。



圖1 數字液壓閥分類Fig.1 Digital hydraulic valves

從數字液壓閥的發展歷程可以將數字閥的研究分為兩個方向：增量式數字閥與高速開關式數字閥。增量式數字閥將步進電機與液壓閥相結合，脈沖信號通過驅動器使步進電機動作，步進電機輸出與脈沖數成正比的步距角，再轉換成液壓閥閥芯的位移。上世紀末是增量式數字閥發展的黃金時期，以日本東京計器公司生產的數字調速閥為代表，國內外很多科研機構與工業界都相繼推出了增量式數字閥產品。然而，受制于步進電機低頻、失步的局限性，增量式數字閥并非目前研究的熱點。

高速開關式數字閥一直在全開或者全閉的工作狀態下，因此壓力損失較小、能耗低、對油液污染不敏感。相對于傳統伺服比例閥，高速開關閥能直接將ON/OFF數字信號轉化成流量信號，使得數字信號直接與液壓系統結合。近些年來，高速開關式數字閥一直是行業研究熱點，主要集中在電-機械執行器、高速開關閥閥體結構優化及創新、高速開關閥并聯閥島以及高速開關閥新應用等方面。

1.1 高速開關電-機械執行器的發展

上世紀中期開始，對于高速開關電磁鐵的研究就一直是高速開關閥研究的重點。英國LUCAS公司，美國福特公司，日本Diesel Kiki公司，加拿大多倫多大學等對傳統E型電磁鐵進行改進，提高了電磁力與響應速度。浙江大學研發了一種并聯電磁鐵線圈提高電磁力。試驗顯示電磁鐵的開關轉換時間與延遲都得到了明顯的縮短。芬蘭Aalto工程大學(Aalto University School of Engineering)研究了5種軟磁材料用于電磁鐵線圈的效果以及不同的匝數及尺寸對驅動力的影響。奧地利林茨大學(Johannes Kepler University Linz)對因加工誤差、摩擦力和裝配傾斜造成的電磁鐵性能差異進行了詳細的分析。

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