伺服阀与比例阀的发展研究摘要：介绍了伺服阀与比例阀的原理与应用，并比较其差别最后介 绍了电液伺服比例阀，比例伺服阀是比例技术和伺服技术结合的产物，是 技术进步的必然关键词：伺服阀，比例阀，伺服比例阀，发展趋势1. 伺服阀与比例阀概述1.1伺服阀的简介与原理液控伺服阀是在伺服系统中将电信号输入转换为功率较大的压力或 流量压力信号输出的执行元件根据输入信号的方式不同，又分为电液伺 服阀和机液伺服阀它既是电液或机液转换元件，也是功率放大元件伺 服阀的灵敏度高，快速性好，能将小功率的微弱电气或机械输入信号转换 为大功率的液压能（流量和压力）输出，可以驱动多种类型的负载过去 人们曾把喷嘴档板阀、射流管或滑阀伺服马达等液压放大装置都列入伺服 阀范围内20世纪70年代以来，伺服阀一般仅指电液伺服阀伺服阀主要有力反馈式伺服阀和位置反馈式伺服阀这里以力反馈式 伺服阀为代表介绍伺服阀的工作原理力反馈式电液伺服阀的结构和原理 如图1所不，其中1是永久磁铁，2是衔铁，3是扭轴，4是喷嘴，5是弹 簧片，6是过滤器，7是滑阀，8是线圈，9是挽铁当没有信号电流输入 时，衔铁和挡板处于中间位置这时喷嘴4二腔的压力pa=pb,滑阀7二 端压力相等，滑阀处于零位。
输入电流后，电磁力矩使衔铁2连同挡板偏 转为顺时针偏转，则由于挡板的偏移使pa>pb,滑阀向右移动 滑阀的移动，通过反馈弹簧片又带动挡板和衔铁反方向旋转（逆时针）， 二喷嘴压力差又减小在衔铁的原始平衡位置（无信号时的位置）附近, 力矩马达的电磁力矩、滑阀二端压差通过弹簧片作用于衔铁的力矩以及喷 嘴压力作用于挡板的力矩三者取得平衡，衔铁就不再运动同时作用于滑 阀上的油压力与反馈弹簧变形力相互平衡，滑阀在离开零位一段距离的位 置上定位这种依靠力矩平衡来决定滑阀位置的方式称为力反馈式如果 忽略喷嘴作用于挡板上的力,则马达电磁力矩与滑阀二端不平衡压力所产 生的力矩平衡，弹簧片也只是受到电磁力矩的作用因此其变形，也就是 滑阀离开零位的距离和电磁力矩成正比同时由于力矩马达的电磁力矩和 输入电流成正比，所以滑阀的位移与输入的电流成正比，也就是通过滑阀 的流量与输入电流成正比，并且电流的极性决定液流的方向，这样便满足 了对电液伺服阀的功能要求图1力反馈式伺服阀结构图1.2比例阀简介与原理电液比例阀，是针对伺服控制存在的诸如功率损失大、对液压过滤要 求高、制造和维护费用高、而它提供的快速响应性在一般工业设备中又往 往用不着的情况，是在传统开关阀的基础上发展起来的。
电液比例阀可以 根据输入电气信号，按比例对工作油液的压力、流量和方向进行控制比例阀发展的初期阶段，仅是将比例电 磁铁代替普通液压阀的开关型电磁铁或调节手柄，工作频宽小，稳态滞环 大，只能用于开环系统20世纪70年代中期至80年代初，比例阀开始采 用各种内反馈原理，耐高压、比例电磁铁和比例放大器技术日趋成熟阀的 工作频宽达到5〜10 Hz,稳态滞环降低到3%左右80年代后，比例阀在 设计上采用了压力、流量、位移内反馈及电校正等手段，使阀的稳态精度、 动态响应和稳定性都有了进一步提高除了中位仍有部分死区外，其控制 性能与伺服阀更为接近流量式四通或五通比例控制阀可以控制气动执行元件在两个方向上 的运动速度，这类阀也称方向比例阀图2示即为这类阀的结构原理图 它由直流比例电磁铁1、阀芯2、阀套3、阀体4、位移传感器5和控制放大器6等赞成位移传感 器采用电感式原理，它的作用是将比例电磁铁的衔铁位移线性地转换为电 压信号输出控制放大器的主要作用是：(1) 将位移传感器的输出信号进行放大；(2) 比较指令信号Ue和位移反馈信号Uf,得到两者的差.(3) 放大，转换为电流信号I输出此外，为了改善比例阀的性能，控 制放大器还含有对反馈信号UfU的处理环节。
比如状态反馈控制和PID调节等图2比例阀结构图2.伺服阀与比例阀的差别2.1电机械转换器电液伺服阀与电液比例阀最大的差别在于电2机械转换器比例阀电2机械转换器采用比例电磁铁，因此不论其是否带检测元件(反馈闭环), 它的控制电流较大,从几百毫安到1~2安培均有故放大器功率大、价格 高，且相对容易烧管子这抵消了比例阀机械部件精度相对较低带来的价 格优势，综合可靠性较低伺服阀，不论是射流管式还是双喷嘴档板式, 其控制电流只需凡毫安到几十毫安，控制功率很小，一般为儿十毫瓦到一、 二百毫瓦伺服放大器价格低廉、故障率低动圈式伺服阀控制电流相对 较大，从几十毫安到上百毫安2.2加工精度比例阀结构相对简单，同时考虑到加工成本问题，加工精度要求较低, 一般为10U级，而且一般没有阀套，且其零位死区和滞环大，频响较低, 比较适合用在控制精度不高的开环控制工业场合伺服阀一般加工精度为 U级，采用阀芯、阀套、阀体的配合方式，阀芯和阀套为单配，间隙为2〜 4umo阀芯和阀套窗口之间采用气动配磨或液压配磨方式，无死区，滞环 小，频响高2.3功率级阀芯驱动力有前置级液压放大器的伺服阀，无论是射流放大器还是喷嘴挡板放大 器，其产生阀芯驱动力都要比比例电磁铁大得多（高一个数量级）。
伺服 阀阀芯卡滞的几率比比例阀小特别是射流管伺服阀的射流放大器因为没有压力负反馈，前置级 流量增益与压力增益都较高，推动阀芯的力更大，所以伺服阀有更高的分 辨率和较小的滞环与比例阀相比，伺服阀频响和加工精度高、零位无死 区、线圈功率小3. 电液伺服比例阀发展趋势3.1比例阀向伺服比例阀的发展随着液压工业的发展，一般工程系统对闭环控制要求逐渐升温，而比 例阀不能很好用于常运行于零位附近的位置、力控制闭环，即使在放大器 中设置了阶跃信号发生器，在性能上总不及无零位死区的伺服阀同时, 原来伺服阀加工精度要求高的缺陷和要求系统油液过滤精度高的矛盾逐 渐淡化对电控器来讲，处理大电流的技术水平大为提高，为使用大电流、 高可靠性的比例电磁铁提供了前提条件在这样的技术背景下，在一般比 例技术与伺服技术之间，出现了新的层面上吸收两者优势而形成的更高一 级的比例阀，也常被称为电液伺服比例阀目前德国和意大利有两个公司均有成熟的伺服比例阀产品，其动态特 性较比例阀大为改善，频宽可达40〜80 Hz,并且可达到滞环和重复精度小于 0.1%的高稳态控制精度此型伺服比例阀解决了位置、力等要求无零位死 区的闭环控制，所以可以方便地用于绝大部分闭环系统。
但其采用的电子 元器件往往受温度影响比较大，需加入温度补偿等校正电路，放大器成本 比较高，故障率相对较高此外，伺服比例阀体积较大，故适用于流量较 大、对场地要求不高的闭环控制场合目前国内暂无成规模生产伺服比例 阀的厂家，用户使用的均为国外产品，成本较高，订货周期长3.2伺服阀向伺服比例阀的发展液压伺服控制因响应快、精度高和功率重量比大等优点而受到特别重 视特别是近几十年，由于整个工业技术的发展，尤其是军事和航空航天 技术的发展，促使液压伺服控制得到迅速发展然而液压伺服系统对油液的清洁度要求较高，一般喷嘴挡板伺服阀要 求油液的清洁度等级为NAS6级，射流管伺服阀为NAS8级而一般液压系 统的油液清洁度等级为NAS9级对于普通工业级用户来说，伺服阀的使 用和维护相当困难，系统极易因阀喷嘴堵塞、阀芯卡死引起故障此外, 伺服阀相对于比例阀来讲价格相对较高目前，国外电液伺服阀在保持原 基本性能与技术指标的前提下，己向着结构简化、降低制造成本、提高抗 污染能力和高可靠性方向发展因此，在比例阀向着更高层次发展的同时, 高性能的伺服阀也向着更适用于工业场合使用的方向发展，也称为伺服比 例阀比如某公司的D660系列就是其中一种。
以D661伺服比例阀为例, 该阀采用了阀芯电反馈、取消阀套结构以降低加工难度、采用抗污染能力 强的射流管先导级射流管先导级由力矩马达、射流管和接收器组成，它 有以下工作特点：大大改善了流量接受效率（90%以上的先导级流量被利 用），使得能耗降低；性能可靠，射流放大器有很高的压力效率80%以上， 可提供给功率级阀芯较大的驱动力，提高了阀芯的位置重复精度；最低先 导级控制压力小，可用于像汽轮机控制一类的低压系统中4. 结论伺服比例阀是伺服技术与比例技术结合的产物,是技术进步的一种必 然目前，从国内外的研究来看，射流管伺服阀向伺服比例阀延伸己经成 为一种趋势伺服比例阀的性能和控制精度高，抗污染能力强，使用和维 护更方便，有广阔的应用前景参考文献[1] 黄曾.电液伺服比例技术及其发展趋势[J].机械产品与科技.2006,2[2] 金瑶兰 李博•比例阀与伺服阀的发展[J].液压与气动.2009,1[3] 苏东海 人大林杨京兰.电液比例阀与电液伺服阀性能比较及前景展望[J].液压气动与密封.2008。