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作為液壓系統(tǒng)中最重要的控制元件，液壓閥負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，是最敏感的元件，往往也是最貴的液壓元件 。數(shù)值計(jì)算仿真、動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、線性或非線性建模等技術(shù)的應(yīng)用使得液壓閥的設(shè)計(jì)方法與制造技術(shù)獲得很大進(jìn)步。數(shù)字閥的出現(xiàn)是液壓閥技術(shù)發(fā)展的最典型代表，其極大的提高了控制的靈活性，直接與計(jì)算機(jī)接口，無需D/A轉(zhuǎn)換元件，機(jī)械加工相對容易，成本低、功耗小，且對油液不敏感。
目前，對于數(shù)字液壓的定義國內(nèi)外比較主流的觀點(diǎn)有如下幾種。坦佩雷理工大學(xué)(Tampere University of Technology)的Matti Linjiama多年致力于數(shù)字液壓元件的研究，他認(rèn)為“Digital fluid power means hydraulic and pneumatic systems having discrete valued component(s)actively controlling system output”。國內(nèi)學(xué)者從上世紀(jì)80年代開始研究數(shù)字液壓元件和系統(tǒng)，一些研究人員認(rèn)為，數(shù)字液壓技術(shù)是將液壓終端執(zhí)行元件直接數(shù)字化，通過接受數(shù)字控制器發(fā)出的脈沖信號(hào)和計(jì)算機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)可靠工作的液壓技術(shù)，將控制還回給電，而數(shù)字化的功率放大留給液壓。從以上的主流觀點(diǎn)可以將數(shù)字閥歸結(jié)為狹義的數(shù)字閥(坦佩雷理工大學(xué)的觀點(diǎn))與廣義的數(shù)字閥。據(jù)此，液壓元件具有流量離散化(Fluid flow discretization)或控制信號(hào)離散化(Control signal discretization)特征的液壓元件，稱為數(shù)字液壓元件(Digital hydraulic component)，具有數(shù)字液壓元件特征的液壓系統(tǒng)稱為數(shù)字液壓系統(tǒng)(Digital hydraulic system)。
1 數(shù)字液壓閥研究現(xiàn)狀與發(fā)展
如圖1所示為現(xiàn)有數(shù)字閥產(chǎn)品及分類。從現(xiàn)有的液壓閥元件來看，狹義的數(shù)字閥特指由數(shù)字信號(hào)控制的開關(guān)閥及由開關(guān)集成的閥島元件。廣義的數(shù)字閥則包含由數(shù)字信號(hào)或者數(shù)字先導(dǎo)控制的具有參數(shù)反饋和參數(shù)控制功能的液壓閥。
圖1 數(shù)字液壓閥分類Fig.1 Digital hydraulic valves
從數(shù)字液壓閥的發(fā)展歷程可以將數(shù)字閥的研究分為兩個(gè)方向：增量式數(shù)字閥與高速開關(guān)式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥將步進(jìn)電機(jī)與液壓閥相結(jié)合，脈沖信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，步進(jìn)電機(jī)輸出與脈沖數(shù)成正比的步距角，再轉(zhuǎn)換成液壓閥閥芯的位移。上世紀(jì)末是增量式數(shù)字閥發(fā)展的黃金時(shí)期，以日本東京計(jì)器公司生產(chǎn)的數(shù)字調(diào)速閥為代表，國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)與工業(yè)界都相繼推出了增量式數(shù)字閥產(chǎn)品。然而，受制于步進(jìn)電機(jī)低頻、失步的局限性，增量式數(shù)字閥并非目前研究的熱點(diǎn)。
高速開關(guān)式數(shù)字閥一直在全開或者全閉的工作狀態(tài)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(tǒng)伺服比例閥，高速開關(guān)閥能直接將ON/OFF數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成流量信號(hào)，使得數(shù)字信號(hào)直接與液壓系統(tǒng)結(jié)合。近些年來，高速開關(guān)式數(shù)字閥一直是行業(yè)研究熱點(diǎn)，主要集中在電-機(jī)械執(zhí)行器、高速開關(guān)閥閥體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及創(chuàng)新、高速開關(guān)閥并聯(lián)閥島以及高速開關(guān)閥新應(yīng)用等方面。
1.1 高速開關(guān)電-機(jī)械執(zhí)行器的發(fā)展
上世紀(jì)中期開始，對于高速開關(guān)電磁鐵的研究就一直是高速開關(guān)閥研究的重點(diǎn)。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(xué)等對傳統(tǒng)E型電磁鐵進(jìn)行改進(jìn)，提高了電磁力與響應(yīng)速度。浙江大學(xué)研發(fā)了一種并聯(lián)電磁鐵線圈提高電磁力。試驗(yàn)顯示電磁鐵的開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間與延遲都得到了明顯的縮短。芬蘭Aalto工程大學(xué)(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(shù)及尺寸對驅(qū)動(dòng)力的影響。奧地利林茨大學(xué)(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(jìn)行了詳細(xì)的分析。
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將液體壓縮后另一個(gè)單向閥被打開，
被吸入缸內(nèi)的液體被排出。
這種工作方式連續(xù)運(yùn)動(dòng)后就形成了連續(xù)供油 。
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