電子技術(shù)與液壓技術(shù)

駱駝草

電子技術(shù)與液壓技術(shù)是一對矛盾的兄弟，一方面,，電子技術(shù)的進(jìn)步,，特別直線電機(jī)得出現(xiàn),，使得液壓技術(shù)又多了競爭對手,，而且在許多方面都對液壓技術(shù)造成了影響,，另一方面,，電子技術(shù)與液壓技術(shù)的結(jié)合,，又拓寬了液壓的應(yīng)用范圍，也提高了技術(shù)水平，當(dāng)前電液結(jié)合的液壓元件是液壓技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)亮點(diǎn),。下面的材料是一些電液結(jié)合方面的資料,，希望對大家有所幫助。



近年來,，流體傳動(dòng)技術(shù)借助和移植了電子技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及新材料和新工藝等后取得了顯著成果,。尤其是電子,、IT技術(shù)和流體傳動(dòng)技術(shù)的相互融合，更使其提高了與電機(jī)傳動(dòng)的競爭能力,，取得新的活力,。
一、電液伺服閥和比例閥的性能不斷提高
  電液伺服閥和比例閥是在電液伺服比例系統(tǒng)中將微弱的電能轉(zhuǎn)換為大的液壓能量的輸出,，是該系統(tǒng)的關(guān)鍵元件,。它決定系統(tǒng)的精度、頻響和工作可靠性,，因而自它面世以來，世界各國都對它的研究開發(fā)給予了足夠的關(guān)注,。特別在對產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)響應(yīng),、控制精度及工作可靠性（耐污染能力）等方面取得不少成果。
1. 電液伺服閥產(chǎn)品
1.1 美國MOOG公司
A. 直動(dòng)型高頻響電液伺服閥
  該閥門內(nèi)置線性永磁式力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng),，閥芯的位移由位移傳感器進(jìn)行檢測,，內(nèi)置式電子放大器對主閥芯進(jìn)行閉環(huán)控制，該閥的特點(diǎn)是：低泄漏,、無先導(dǎo)級(jí)流量,、能耗較低；閥芯驅(qū)動(dòng)力大,，永磁式力馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力為電磁鐵的2倍,，抗污染能力強(qiáng)；動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,，由于力馬達(dá)自然頻率為250Hz,，使閥的動(dòng)態(tài)性能好，且閥的頻率與系統(tǒng)壓力無關(guān),；低滯環(huán),、高分辨率、重復(fù)精度高,；當(dāng)斷電和緊急停車時(shí),，閥芯可自動(dòng)回到空位，使負(fù)載處于安全狀態(tài)；為提高使用壽命,，防止閥芯節(jié)流邊磨損,，一般使用時(shí)要求過濾精度為10μm（β75）。
例如MOOG公司D633/634系列直動(dòng)型電液伺服閥,，其主要參數(shù)為：流量范圍：3.8～100 L/min（7.0MPa閥壓降）,；最大工作壓力：35MPa；分辨率<0.1%,；滯環(huán)<0.2%,；頻響：40～60Hz（±100%輸入信號(hào)）。
B. 先導(dǎo)級(jí)為射流管的雙級(jí)電液伺服閥
  公司多年來一直生產(chǎn)噴咀檔板型雙級(jí)電液伺服閥,，該閥具有高頻響,、高精度等性能，但是耐污染能力差,，要求油液清潔度高,。最近發(fā)展了先導(dǎo)級(jí)為射流管的雙級(jí)電液伺服閥。該閥動(dòng)態(tài)性能好,，耐污染能力強(qiáng),，主閥芯位置用位移傳感器進(jìn)行電反饋，由內(nèi)置式電子放大器對閥芯進(jìn)行閉環(huán)控制,，具有故障保險(xiǎn)（Fail-safe）功能,。當(dāng)出現(xiàn)意外斷電故障時(shí)，可保障機(jī)器設(shè)備處于安全位置,。最低先導(dǎo)級(jí)的控制壓力為2.5MPa,，這一優(yōu)點(diǎn)可使該閥應(yīng)用于汽輪機(jī)之類的低壓控制系統(tǒng)中。
C. D660系列伺服比例閥
  公司的D660系列伺服比例閥可用作二通,、三通,、四通和五通節(jié)流型的流量控制閥，適用于電液位置,、電液速度,、電液壓力和電液力控制系統(tǒng)中，具有很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和可靠性,，廣泛應(yīng)用于各種注塑機(jī),、中空成型機(jī)、壓鑄機(jī),、壓力加工機(jī)械,、造紙和木材加工等行業(yè)。其主要性能：流量范圍30～1500 L/min（1.0MPa 閥壓降）,；最大工作壓力35.0 MPa,；分辨率 <0.2%；滯環(huán)<1.0%；響應(yīng)時(shí)間12～42ms,；工作壓力為21.0MPa,。
1.2 日本油研公司的直動(dòng)式電液伺服閥
  該公司的內(nèi)置放大器直動(dòng)式電液伺服閥L5VHG系列，只需用24V電源輸入一個(gè)0～±10V的指令信號(hào)便可獲得高精度的液壓控制,。該閥由小型強(qiáng)力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)閥芯,，閥芯位移用差動(dòng)變壓器進(jìn)行檢測，內(nèi)置電子放大器進(jìn)行閥環(huán)控制,。LSVHG-03EH型的主要性能是：額定流量180 L/min,，工作壓力35MPa，滯環(huán)死區(qū)<0.2%,，頻響80～100Hz（±25%V輸入,，相位滯后-900），帶有故障指示信號(hào)（在14 MPa條件下的試驗(yàn)結(jié)果）,，耐污染能力強(qiáng)（NAS10級(jí)）,。
1.3 Bosch-Rexroth公司的電液伺服閥
  Bosch-Rexroth公司在日本東京IFPEX 2005展會(huì)上展出了品種齊全的電液伺服閥。其中內(nèi)置電子線路的高頻響伺服閥采用直線式電磁鐵驅(qū)動(dòng)閥芯,，由差動(dòng)變壓器檢測閥芯位移,，電子線路控制組成閉環(huán)系統(tǒng)。4WRPEH系列直動(dòng)型伺服閥中包括：4WRPEH-6 額定流量為2～40 L/min（共六種規(guī)格）,，頻響120Hz（在-900,，±5%輸入，31.5MPa時(shí)）,；4WRPEH-10 額定流量為50、10 L/min,， 頻響60Hz（在-900,，±5%輸入，31.5MPa時(shí)）,。
2. 比例控制閥產(chǎn)品
  比例閥具有價(jià)格低,，耐污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但與伺服閥比頻率響應(yīng)性能差,，一般只用于開環(huán)系統(tǒng),。為了使其能用于高響應(yīng)、高精高的閉環(huán)系統(tǒng),，各公司開發(fā)了高頻比例控制閥,。
2.1. MOOG公司產(chǎn)品
  MOOG公司生產(chǎn)的D680系列伺服比例閥采用了高性能直動(dòng)式伺服閥作先導(dǎo)級(jí)，降低了先導(dǎo)閥泄漏,，提高了閥的動(dòng)態(tài)性能,，主閥芯位移用位置傳感器檢測，內(nèi)置式電子放大器對主閥芯位置進(jìn)行閉環(huán)控制，使用方便,。其主要性能： 流量范圍30～500L/min（1.0MPa 閥壓降）,；最大工作壓力35.0 MPa；響應(yīng)時(shí)間11～14ms,；分辨率 <0.03%,；滯環(huán) <0.2%；工作壓力21.0MPa,。
2. 2 Bosh-Rexroth公司
  公司開發(fā)了直動(dòng)型高頻比例閥4WRSE系列,，采用高頻比例電磁鐵驅(qū)動(dòng)，閥芯位移用電反饋,，內(nèi)置電子線路實(shí)現(xiàn)閥芯的閉環(huán)控制,，具有良好的頻響特性80～105Hz（±10%輸入，21MPa時(shí)）,。
2．3 意大利ATOS公司
  公司生產(chǎn)了品種齊全的比例閥,，由高精度比例電磁鐵驅(qū)動(dòng)閥芯位移，由位置傳感器進(jìn)行檢測,，內(nèi)置電子線路實(shí)行閉環(huán)控制,，頻響接近一般電液伺服閥（25～60Hz，100%閥行程）,。但同時(shí)還保留了比例閥的特點(diǎn),，比如耐污染能力強(qiáng)，不需要很精細(xì)的濾油器,，高可靠性,、易維修、維護(hù)費(fèi)用低等,。


二,、 發(fā)展電子控制液壓變量油泵，實(shí)現(xiàn)節(jié)能,，提高精度
  由電子控制裝置實(shí)現(xiàn)變量柱塞泵的流量,、壓力和功率控制。電子控制裝置主要由高頻響電液比例閥,、壓力和位移傳感器,、電子控制器組成。用閉環(huán)控制取代原來的開環(huán)控制,，通過微處理器改變微處理程序,，實(shí)現(xiàn)泵的各種控制形式，合理的功率匹配和軟啟動(dòng),，并適應(yīng)負(fù)荷變化改變油泵參數(shù)（如流量和壓力）,。比如Bosh-Rexroth公司生產(chǎn)的ALOVSO DFEE變量柱塞泵 ,。
  在東京IFPEX 2005展覽會(huì)上日本油研公司展出了帶閉環(huán)控制和開環(huán)控制的變量柱塞泵，具有良好的節(jié)能效果,。它們是A系列04型電液比例負(fù)荷傳感型和A系列04E型電液比例流量,、壓力閉環(huán)控制型比例變量柱塞泵。
  A系列04E型變量柱塞泵是以比例技術(shù)為基礎(chǔ)結(jié)合電子技術(shù)和傳感技術(shù),，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的變量柱塞泵,。通過比例閥對壓力和流量進(jìn)行匹配控制，并由壓力傳感器和斜盤角度傳感器對輸出壓力和流量持續(xù)監(jiān)控,，使輸出的壓力和流量更精確,，更接近實(shí)際需要的壓力和流量，所以更節(jié)能,，控制精度也更高,。
三、發(fā)展電氣液壓融合系統(tǒng)（Hybrid系統(tǒng)）
  這是日本液壓界建立的新概念,，即將液壓技術(shù),、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電氣技術(shù)相融合,，簡稱Hybrid系統(tǒng),。它是高速變頻器（電機(jī)）和AC伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵的可變速的控制系統(tǒng)，在日本這類系統(tǒng)已經(jīng)商品化,。當(dāng)執(zhí)行器不工作時(shí),，電機(jī)轉(zhuǎn)速以低速運(yùn)行或停止運(yùn)行，可以大量節(jié)省能量消耗,，還可降低噪聲和系統(tǒng)溫升,，油箱的容積和用油量大大減少，下面介紹幾個(gè)產(chǎn)品：
1．日本大金（DAIKIN）公司生產(chǎn)的SUT高級(jí)高壓液壓單元
  大金公司以生產(chǎn)變頻空調(diào)聞名于世,，他們將變頻空調(diào)技術(shù)移植到液壓工業(yè),，先后開發(fā)了高速變頻器和IPM節(jié)能高效電機(jī)。IPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了新材料硅鋼片和稀土類磁鐵,，驅(qū)動(dòng)原理除了磁性扭矩外也利用了磁阻扭矩。在整個(gè)工作范圍內(nèi)比異步電機(jī)效率高,、速度精度高,、沒有滑動(dòng)、指令同步運(yùn)轉(zhuǎn),、不受負(fù)載影響,、扭矩特性優(yōu)良，即使低速時(shí)扭矩也不變小,。價(jià)格低于AC馬達(dá),，比異步電機(jī)加普通變頻機(jī)稍高,。
  大金公司的SUT高壓超級(jí)單元融合了大金獨(dú)有的高效率IPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓泵切換控制技術(shù)，具體優(yōu)點(diǎn)包括：通過4種模式的P,、Q設(shè)定值進(jìn)行選擇,，簡單實(shí)現(xiàn)了多級(jí)壓力、流量控制,；節(jié)能率達(dá)到50%（保壓時(shí)21MPa）,；低噪聲60dB(A)（21MPa保壓時(shí)），在全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲也在70 dB(A)以下,；系統(tǒng)溫升小,，油箱容積小，用油量少,；可減少大量閥門,，減少系統(tǒng)阻力和漏油點(diǎn)，減少漏油機(jī)率,。
2．日本油研公司生產(chǎn)的1H伺服控制單元
  該單元由AC伺服馬達(dá),、柱塞泵、油箱及液壓控制回路組成一體的小型節(jié)能低噪聲液壓裝置,。根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)控制油泵的輸出流量,、壓力，配置帶位置傳感器的液壓缸及專用控制器可以構(gòu)成簡易的位置,、速度,、壓力、閉環(huán)控制系統(tǒng),。其主要特點(diǎn)包括：節(jié)省能耗,，在保壓時(shí)系統(tǒng)消耗能量為老系統(tǒng)的1/10；噪聲低,，在壓力控制時(shí),，油泵回轉(zhuǎn)是為了補(bǔ)償油壓內(nèi)部泄漏，油泵在低速回轉(zhuǎn)時(shí)噪聲很�,�,；在流量控制時(shí)，油泵轉(zhuǎn)數(shù)主要滿足主機(jī)所需的流量,，在低于額定最高轉(zhuǎn)速下工作,，因而噪聲較小,；小型化,，由于系統(tǒng)發(fā)熱小，油箱容積小,，因此由AC電動(dòng)機(jī),、油泵,、油箱、液壓控制回路組成的一體化單元,，實(shí)現(xiàn)了小型化,，同時(shí)可直接裝于主機(jī)上。
3．川崎電液融合系統(tǒng)（Electro-hydraulic Hybrid System）,，川崎ECO伺服單元
  該系統(tǒng)是由帶有壓力和流量反饋功能的控制器,、變頻器、感應(yīng)電機(jī),、K3VL軸向柱塞泵,、閥門、執(zhí)行器及壓力和位置傳感器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng),。其特點(diǎn)是：高壓,、大流量（最大工作壓力35MPa，排量22～140cm3）,；適應(yīng)環(huán)保要求,，采用兩級(jí)切換式液壓泵和變頻電動(dòng)機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)了節(jié)省能耗和低噪聲運(yùn)轉(zhuǎn),；由于配置了專用控制器,，使之成為高精度的電液控制系統(tǒng)；應(yīng)用于中小型壓機(jī),、機(jī)床,、試驗(yàn)裝置及各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械用液壓源；油泵排量22～140 cm3/r（五種規(guī)格）,；最高壓力35MPa,；電機(jī)容量 11～55kW（五種規(guī)格）。

四,、適應(yīng)PLC控制和總線連接
1． 低能耗電磁閥產(chǎn)品
  在東京IFPEX 2005展會(huì)上,，各公司展出了低能耗電磁閥產(chǎn)品，努力降低電磁換向閥的能耗和滿足現(xiàn)場總線接口的要求,。
  低保持電流的小型電磁閥,。日本TOKIMEC公司展出的DG4VL-3和DG4VL-5小型電磁閥的保持電流分別減低到6W和7.5W，是驅(qū)動(dòng)電磁鐵功率的1/4（保持電流為換向后使閥芯保持位置所需的電流）,。
  TOKIMEC公司生產(chǎn)的DG4VC-3和DG4VC-5微小電流控制的小型電磁閥的控制信號(hào)為24V,、10mA；內(nèi)置半導(dǎo)體開關(guān),，PLC可直接控制，不需外部繼電器,，從而可節(jié)省開關(guān)柜尺寸,；適應(yīng)總線M12接口,。
2．氣動(dòng)元件
  氣動(dòng)技術(shù)是自動(dòng)化不可缺少的重要手段。近年來的發(fā)展動(dòng)向是向小型化,、低能耗,、精度化、組合化,、高速化和潔凈化方向發(fā)展,，尤其是氣動(dòng)系統(tǒng)的潔凈化和低能耗等促進(jìn)了半導(dǎo)體工業(yè)和制藥工業(yè)的發(fā)展，國外一些展覽會(huì)上更充分顯示了氣動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,。
2．1．小型化,、低能耗電磁閥
日本SMC公司開發(fā)的SO70電磁閥，閥寬7mm,，重量僅5g（閥單體）,，消耗電力0.35W（標(biāo)準(zhǔn)），采用節(jié)能回路時(shí)為0.1W,，流通能力Cv0.021,，工作噪聲為38dB(A)以下。
2．2．高集成樹脂氣路塊
  節(jié)省空間,、配置簡單,、重量輕，采用熱熔技術(shù)成功地制造出過去注射成形工藝所不能完成的立體流路,�,？蓾M足各種用戶多樣化安裝的要求，由于印刷電路板集層化,，簡化了配線工件,。
2．3．適應(yīng)現(xiàn)場總線控制的氣動(dòng)元件
  現(xiàn)場總線可用單行方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，可以簡化布線,，節(jié)省大量電纜消耗,，還可大大縮減復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試、故障診斷及日常維護(hù)工作,。日本SMC公司生產(chǎn)的適用于總線接口的氣動(dòng)電磁換向閥組GW裝置/EX510（圖18）,，輸入和輸出各為64個(gè)點(diǎn)，可適用于CC-Link,、Device Net,、ProfiBUS-DP的連接。SMC生產(chǎn)的大部分氣動(dòng)電磁閥都適用總線通信系統(tǒng),。

2．4．Parker-KURODA公司的VA01系統(tǒng)小型直動(dòng)電磁閥
  該閥應(yīng)用高速電磁鐵,，頻率響應(yīng)時(shí)間為3ms，誤差精度為±1ms以下,，壽命為2億次,，發(fā)塵量甚小,，10萬次換向后Φ0.3μm的粒子數(shù)幾乎為零。該閥寬10mm,，帶閥座重量為35g,，音速流導(dǎo)C值為0.2dm3/s.bar。該閥可用于真空和正壓系統(tǒng),，不含有害物質(zhì),，符合ROHS指令要求。

2．5．日本小金井推出的電磁式無活塞桿氣缸
  為適應(yīng)某些領(lǐng)域的需要,，近年來不少公司推出了電動(dòng)氣缸,、磁性無桿氣缸等產(chǎn)品。小金井的產(chǎn)品采用了公司獨(dú)自生產(chǎn)的鋁管,，特點(diǎn)是低速性能好,，可達(dá)8mm/s，帶防沖擊器,，安裝方便,。產(chǎn)品符合ROHS指令要求，不含有害物質(zhì),。

結(jié)束語
  流體動(dòng)力傳動(dòng)是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分,，它是主機(jī)向智能化、自動(dòng)化,、高速化,、高效率、高精度,、高可靠性,、多樣化、潔凈化方向發(fā)展不可缺少的關(guān)鍵技術(shù),。近年來,，由于流體動(dòng)力技術(shù)與電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合,，使它產(chǎn)生了新的活力,，提高了與電氣和機(jī)械傳動(dòng)的競爭力。
  只要沿著此方向走下去,，并不斷跟蹤和移植新技術(shù)成果,，比如電子、信息,、計(jì)算機(jī),、磨擦磨損等新技術(shù)、新工藝、新材料等成果,，發(fā)揮流體傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),，克服能耗大、噪聲大等缺點(diǎn),。作為現(xiàn)代傳動(dòng)與控制的重要組成部分的流體傳動(dòng)技術(shù)，將不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域,，保持強(qiáng)大的競爭力,，并不斷向前發(fā)展。

雷鋒（上海）2008

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電液取長補(bǔ)短，獲得更大發(fā)展,。