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除了采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高速開(kāi)關(guān)閥，新型的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)也是研究的重點(diǎn)。明尼蘇達(dá)大學(xué)(University of Minnesota)設(shè)計(jì)了一種通過(guò)PWM信號(hào)控制的高速開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)閥，如圖6所示。該閥的閥芯表面呈螺旋形，PWM信號(hào)與閥芯的轉(zhuǎn)速成比例。傳統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)需要克服閥芯慣性而造成的電機(jī)械轉(zhuǎn)換器功率較大，而該閥的驅(qū)動(dòng)功率與閥芯行程無(wú)關(guān)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在試驗(yàn)壓力小于10 MPa的情況下，該閥流量可以達(dá)到40L/min，頻響100Hz，驅(qū)動(dòng)功率30 W。
浙江工業(yè)大學(xué)在2D電液數(shù)字換向閥方面展開(kāi)研究，如圖7所示。其利用三位四通2D數(shù)字伺服閥，在閥套的內(nèi)表面對(duì)稱的開(kāi)一對(duì)螺旋槽。通過(guò)低壓孔、高壓孔與螺旋槽構(gòu)成的面積，推動(dòng)閥芯左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥芯在一定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。該閥利用旋轉(zhuǎn)電磁鐵和撥桿撥叉機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥芯作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);由油液壓力差推動(dòng)閥芯作軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥口的高速開(kāi)啟與關(guān)閉。當(dāng)用旋轉(zhuǎn)電磁鐵驅(qū)動(dòng)時(shí)，在28 MPa工作壓力下，閥芯軸向行程為0.8mm，開(kāi)啟時(shí)間約為18ms，6mm通徑閥流量高達(dá)60L/min。
圖6 高速開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)閥Fig.6 High-speed rotary on/off valve
圖7 2D電液數(shù)字換向閥原理Fig.7 Schematic diagram of 2Ddigital valve
1.3 高速開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)閥島研究
上述研究都是針對(duì)數(shù)字信號(hào)控制的高速開(kāi)關(guān)閥。然而，由于閥芯質(zhì)量、液動(dòng)力和頻響之間的相互制約關(guān)系，單獨(dú)的高速開(kāi)關(guān)閥都面臨著壓力低、流量小的限制，在挖掘機(jī)、起重機(jī)工程機(jī)械上應(yīng)用還具有一定的局限性。為解決在大流量場(chǎng)合情況下的應(yīng)用問(wèn)題，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)提出了使用多個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥并聯(lián)控制流量的數(shù)字閥島結(jié)構(gòu)。以坦佩雷理工大學(xué)為代表，丹麥奧爾堡大學(xué)(Aalborg University)與巴西圣卡塔琳娜州聯(lián)邦大學(xué)(Federal University of Santa Catarina)都在這方面有深入的研究。
坦佩雷理工大學(xué)(Tampere University of Technology)研究的SMISMO系統(tǒng)。采用4*5個(gè)螺紋插裝式開(kāi)關(guān)閥控制一個(gè)執(zhí)行器，使油路從P-A，P-B，A-T，B-T處于完全可控狀態(tài)，每個(gè)油路包含5個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥，每個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥后有大小不同的節(jié)流孔，如圖8所示。通過(guò)控制高速開(kāi)關(guān)閥啟閉的邏輯組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究，采用SMISMO的液壓系統(tǒng)更加節(jié)能。
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