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比例方向阀电液伺服阀研制领域的新型材料
2019-08-30

比例方向阀压电元件的特点是“压电效应”:在一定的电场作用下会产生外形尺寸的变化,在一定范围内,形变与电场强度成正比。压电元件的主要材料为压电陶瓷(PZT)、电致伸缩材料(PMN)等。比较典型的压电陶瓷材料有日本TOKIN企业的叠堆型压电伸缩陶瓷等。PZT直动式伺服阀的原理是:在阀芯两端通过钢球分别与两块多层压电元件相连。通过压电效应使压电材料产生伸缩驱动阀芯移动。实现电-机械转换。PMN喷嘴挡板式伺服阀则在喷嘴处设置一与压电叠堆固定连接的挡板,由压电叠堆的伸、缩实现挡板与喷嘴间的间隙增减,使阀芯两端产生压差推动阀芯移动。目前压电式电-机械转换器的研制比较成熟并已得到较广泛的应用。它具有频率响应快的特点,伺服阀频宽甚至能达到上千赫兹,但亦有滞环大、易漂移等缺点,制约了压电元件在电液伺服阀上的进一步应用。

超磁致伸缩材料(GMM)与传统的磁致伸缩材料相比,在磁场的作用下能产生大得多的长度或体积变化。利用GMM转换器研制的直动型伺服阀是把 GMM转换器与阀芯相连,通过控制驱动线圈的电流,驱动GMM的伸缩,带动阀芯产生位移从而控制伺服阀输出流量。该阀与传统伺服阀相比不仅有频率响应高的特点,而且具有精度高、结构紧凑的优点。目前,在GMM的研制及应用方面,美国、瑞典和日本等国处于领先水平。

形状记忆合金(SMA)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,对其施加外力。一般金属在超过其弹性变形后会发生永久变形,而SMA却在将其加热到某一温度之上后,会恢复其原来高温下的形状。利用其特性研制的伺服阀是在阀芯两端加一组由形状记忆合金绕制的SMA实行器,通过加热和冷却的方法来驱动SMA实行器,使阀芯两端的形状记忆合金伸长或收缩,驱动阀芯作用移动,同时加入位置反馈来提高伺服阀的控制性能。从该阀的情况来看,SMA虽变形量大,但其响应速度较慢,且变形不连续,也限制了其应用范围。

与传统伺服阀相比,采用新型材料的电-机械转换器研制的伺服阀,普遍具有高频响、高精度、结构紧凑的优点。虽然目前还各自呈在某些关键技术需要解决,但新型功能材料的应用和发展,给电液伺服阀的技术发展发展提供了新的途径。

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