072-559A MOOG伺服閥

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     德國(guó)MOOG穆格伺服閥是相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥

電液MOOG伺服閥是電液伺服控制中的關(guān)鍵元件，它是一種接受模擬電信號(hào)后，相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥。電液MOOG伺服閥具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統(tǒng)中。

液壓MOOG伺服閥是構(gòu)建液壓伺服控制系統(tǒng)的核心元件，因此液壓控制系統(tǒng)書(shū)籍會(huì)包含電液MOOG伺服閥內(nèi)容。

電液MOOG伺服閥是電液伺服控制中的關(guān)鍵元件，它是一種接受模擬電信號(hào)后，相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥。電液MOOG伺服閥具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統(tǒng)中。

液壓MOOG伺服閥是構(gòu)建液壓伺服控制系統(tǒng)的核心元件，因此液壓控制系統(tǒng)書(shū)籍會(huì)包含電液MOOG伺服閥內(nèi)容

電液MOOG伺服閥技術(shù)誕生是液壓控制技術(shù)和液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展的結(jié)果。

液壓控制技術(shù)的歷史最早可追溯到公元前240年，當(dāng)時(shí)一位古埃及人發(fā)明了人類第一個(gè)液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長(zhǎng)的歷史階段，液壓控制技術(shù)一直裹足不前，直到18世紀(jì)末19世紀(jì)初，才有一些重大進(jìn)展。在二戰(zhàn)前夕，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，液壓控制技術(shù)出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，許多早期的控制閥原理及均是這一時(shí)代的產(chǎn)物。如：Askania調(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請(qǐng)了射流管閥原理的。同樣Foxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥原理的。而德國(guó)Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達(dá)及接收機(jī)械及電信號(hào)兩種輸入的雙輸入閥，并開(kāi)創(chuàng)性地使用在航空領(lǐng)域。

在二戰(zhàn)末期，MOOG伺服閥是用螺線管直接驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)的單級(jí)開(kāi)環(huán)控制閥。然隨著控制理論的成熟及軍事應(yīng)用的需要，MOOG伺服閥的研制和發(fā)展取得了巨大成就。 1946年，英國(guó)Tinsiey獲得了兩級(jí)閥的；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級(jí)閥；MIT用力矩馬達(dá)替代了螺線管使馬達(dá)消耗的功率更小而線性度更好。1950年，W.C.Moog第一個(gè)發(fā)明了單噴嘴兩級(jí)MOOG伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機(jī)械反饋式兩級(jí)MOOG伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級(jí)MOOG伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達(dá)，消除了原來(lái)浸在油液內(nèi)的力矩馬達(dá)由油液污染帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。 1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級(jí)射流管MOOG伺服閥。并于1959年研制了三級(jí)電反饋MOOG伺服閥。

1959年2月國(guó)外某液壓與氣動(dòng)雜志對(duì)當(dāng)時(shí)的MOOG伺服閥情況作了12頁(yè)的報(bào)道，顯示了當(dāng)時(shí)MOOG伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時(shí)生產(chǎn)各種類型的MOOG伺服閥的制造商有 20多家。各生產(chǎn)廠家為了爭(zhēng)奪MOOG伺服閥生產(chǎn)的霸權(quán)地位展開(kāi)了激烈地競(jìng)爭(zhēng)?；仡櫄v史，可以看到最終取勝的幾個(gè)廠家，大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達(dá)的兩級(jí)MOOG伺服閥。我們可以看到1960年的MOOG伺服閥已具有現(xiàn)代MOOG伺服閥的許多特點(diǎn)。如：第二級(jí)對(duì)第一級(jí)反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達(dá)；前置級(jí)對(duì)功率級(jí)的壓力恢復(fù)通?？蛇_(dá)到50%；第一級(jí)的機(jī)械對(duì)稱結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對(duì)零位的影響。同時(shí)，由早期的直動(dòng)型開(kāi)環(huán)控制閥發(fā)展變化而來(lái)的直動(dòng)型兩級(jí)閉環(huán)控制MOOG伺服閥也已出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)的MOOG伺服閥主要用于軍事領(lǐng)域，隨著太空時(shí)代的到來(lái)，MOOG伺服閥又被廣泛用于航天領(lǐng)域，并研制出高可靠性的多余度MOOG伺服閥等產(chǎn)品。

與此同時(shí)，隨著MOOG伺服閥工業(yè)運(yùn)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大，某些生產(chǎn)廠家研制出了專門使用于工業(yè)場(chǎng)合的工業(yè)MOOG伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了第一款專為工業(yè)場(chǎng)合使用的73系列MOOG伺服閥產(chǎn)品。隨后，越來(lái)越多的專為工業(yè)用途研制的MOOG伺服閥出現(xiàn)了。它們具有如下的特征：較大的體積以方便制造；閥體采用鋁材（需要時(shí)亦可采用鋼材）；獨(dú)立的第一級(jí)以方便調(diào)整及維修；主要使用在14MPa以下的低壓場(chǎng)合；盡量形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國(guó)的分公司卻將其MOOG伺服閥的應(yīng)用場(chǎng)合主要集中在高壓場(chǎng)合，一般工作壓力在21MPa，有的甚至到35MPa，這就使閥的設(shè)計(jì)專重于高壓下的使用可靠性。而隨著MOOG伺服閥在工業(yè)場(chǎng)合的廣泛運(yùn)用，各公司均推出了各自的適合工業(yè)場(chǎng)合用的比例閥。其特點(diǎn)為低成本，控制精度雖比不上MOOG伺服閥，但通過(guò)先進(jìn)的控制技術(shù)和先進(jìn)的電子裝置以彌補(bǔ)其不足，使其性能和功效逼近MOOG伺服閥。1973年，Moog公司按工業(yè)使用的需要，把某些MOOG伺服閥轉(zhuǎn)換成工業(yè)場(chǎng)合的比例閥標(biāo)準(zhǔn)接口。Bosch研制出了其標(biāo)志性的射流管先導(dǎo)級(jí)及電反饋的平板型MOOG伺服閥。1974年，Moog公司推出了低成本、大流量的三級(jí)電反饋MOOG伺服閥。Vickers公司研制了壓力補(bǔ)償?shù)腒G 型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個(gè)線圈分別控制閥芯兩方向運(yùn)動(dòng)的比例閥等等

當(dāng)前電液MOOG伺服閥的研究主要集中在結(jié)構(gòu)及加工工藝的改進(jìn)、材料的更替及測(cè)試方法的改變。

1）在結(jié)構(gòu)改進(jìn)上，主要是利用冗余技術(shù)對(duì)MOOG伺服閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。由于MOOG伺服閥是伺服系統(tǒng)的核心元件，MOOG伺服閥性能的優(yōu)劣直接代表著伺服系統(tǒng)的水平。另外，從可靠性角度分析，MOOG伺服閥的可靠性是伺服系統(tǒng)中最重要的一環(huán)。由于MOOG伺服閥被污染是導(dǎo)致MOOG伺服閥失效的最主要原因。對(duì)此，國(guó)外的許多廠家對(duì)MOOG伺服閥結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，先后發(fā)展出了抗污染性較好的射流管式、偏導(dǎo)射流式MOOG伺服閥。而且，俄羅斯還在其研制的射流管式MOOG伺服閥閥芯兩端設(shè)計(jì)了雙冗余位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號(hào)可立即切換備用MOOG伺服閥，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，此種兩余度技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于航空行業(yè)。而且，美國(guó)的Moog公司和俄羅斯的沃斯霍得工廠均已研制出四余度的伺服機(jī)構(gòu)用于航天行業(yè)。我國(guó)的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在90年代就已進(jìn)行三余度等多余度伺服機(jī)構(gòu)的研制，將MOOG伺服閥的力矩馬達(dá)、反饋元件、滑閥副做成多套，發(fā)生故障可隨時(shí)切換，保證系統(tǒng)的正常工作。此外多線圈結(jié)構(gòu)、或在結(jié)構(gòu)上帶零位保護(hù)裝置、外接式濾器等型式的MOOG伺服閥亦已在冶金、電力、塑料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

2）在加工工藝的改進(jìn)方面，采用新型的加工設(shè)備和工藝來(lái)提高M(jìn)OOG伺服閥的加工精度及能力。如在閥芯閥套配磨方法上，上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)均研制出了智能化、全自動(dòng)的配磨系統(tǒng)。特別是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的配磨系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的氣動(dòng)配磨的模式，采用液壓油作為測(cè)量介質(zhì)，更直接地反應(yīng)了所測(cè)滑閥副的實(shí)際情況，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與精度。在力矩馬達(dá)的焊接方面中船重工第704研究所與德國(guó)廠家合作，采用了先進(jìn)的焊接工藝取得了良好的效果。另外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)還研制出智能化的MOOG伺服閥力矩馬達(dá)彈性元件測(cè)量裝置。解決了原有手動(dòng)測(cè)量法中存在的測(cè)量精度低、操作復(fù)雜、效率低等問(wèn)題。對(duì)彈性元件能高效完成剛度測(cè)量、得到完整的測(cè)量曲線，且不重復(fù)性測(cè)量誤差不大于1%。

3）在材料的更替上方面。除了對(duì)某些零件采用了強(qiáng)度、彈性、硬度等機(jī)械性能更*的材料外。還對(duì)特別用途的MOOG伺服閥采用了特殊的材料。如德國(guó)有關(guān)公司用紅寶石材料制作噴嘴檔板，防止因氣饋造成檔板和噴嘴的損傷，而降低動(dòng)靜態(tài)性能，使工作壽命縮短。機(jī)械反饋桿頭部的小球也用紅寶石制作，防止小球和閥芯小槽之間的磨損，使閥失控，并產(chǎn)生尖叫。航空六O九所、中船重工第七O四研究所等單位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油為介質(zhì)的耐腐蝕MOOG伺服閥。此外對(duì)密封圈的材料也進(jìn)行了更替，使MOOG伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。

4）在測(cè)試方法改進(jìn)方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展生產(chǎn)單位均采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)MOOG伺服閥的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試與計(jì)算。某些單位還對(duì)如何提高測(cè)量精度，降低測(cè)量?jī)x器本身的振動(dòng)、熱噪聲和外界的高頻干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，作了深入的研究。如采用測(cè)頻/測(cè)周法、尋優(yōu)信號(hào)測(cè)試法、小波消噪法、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對(duì)MOOG伺服閥測(cè)試設(shè)備及方法進(jìn)行了研制和改進(jìn)

新型材料的采用

當(dāng)前在電液MOOG伺服閥研制領(lǐng)域的新型材料運(yùn)用，主要是以壓電元件、超磁致伸縮材料及形狀記憶合金等為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器研制開(kāi)發(fā)。它們各具有其自己的優(yōu)良特性。

1.壓電元件

壓電元件的特點(diǎn)是“壓電效應(yīng)”：在一定的電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。壓電元件的主要材料為壓電陶瓷（PZT）、電致伸縮材料（PMN）等。比較典型的壓電陶瓷材料有日本TOKIN公司的疊堆型壓電伸縮陶瓷等。PZT直動(dòng)式MOOG伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過(guò)鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過(guò)壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)電-機(jī)械轉(zhuǎn)換。PMN噴嘴擋板式MOOG伺服閥則在噴嘴處設(shè)置一與壓電疊堆固定連接的擋板，由壓電疊堆的伸、縮實(shí)現(xiàn)擋板與噴嘴間的間隙增減，使閥芯兩端產(chǎn)生壓差推動(dòng)閥芯移動(dòng)。壓電式電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的研制比較成熟并已得到較廣泛的應(yīng)用。它具有頻率響應(yīng)快的特點(diǎn)，MOOG伺服閥頻寬甚至能達(dá)到上千赫茲，但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點(diǎn)，制約了壓電元件在電液MOOG伺服閥上的進(jìn)一步應(yīng)用。

2.超磁致伸縮材料

超磁致伸縮材料（GMM）與傳統(tǒng)的磁致伸縮材料相比，在磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生大得多的長(zhǎng)度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動(dòng)型MOOG伺服閥是把 GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)線圈的電流，驅(qū)動(dòng)GMM的伸縮，帶動(dòng)閥芯產(chǎn)生位移從而控制MOOG伺服閥輸出流量。該閥與傳統(tǒng)MOOG伺服閥相比不僅有頻率響應(yīng)高的特點(diǎn)，而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。在GMM的研制及應(yīng)用方面，美國(guó)、瑞典和日本等國(guó)處于水平。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對(duì)氣動(dòng)噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機(jī)燃料噴射系統(tǒng)的高速?gòu)?qiáng)力電磁閥，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究。GMM材料與壓電材料和傳統(tǒng)磁致伸縮材料相比，具有應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快、輸出力大等特點(diǎn)。世界各國(guó)對(duì)GMM電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器及相關(guān)的技術(shù)研究相當(dāng)重視，GMM技術(shù)水平快速發(fā)展，已由實(shí)驗(yàn)室研制階段逐步進(jìn)入市場(chǎng)開(kāi)發(fā)階段。今后還需解決GMM的熱變形、磁晶各向異性、材料腐蝕性及制造工藝、參數(shù)匹配等方面的問(wèn)題以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。

3.形狀記憶合金

形狀記憶合金（SMA）的特點(diǎn)是具有形狀記憶效應(yīng)。將其在高溫下定型后，冷卻到低溫狀態(tài)，對(duì)其施加外力。一般金屬在超過(guò)其彈性變形后會(huì)發(fā)生變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會(huì)恢復(fù)其原來(lái)高溫下的形狀。利用其特性研制的MOOG伺服閥是在閥芯兩端加一組由形狀記憶合金繞制的SMA執(zhí)行器，通過(guò)加熱和冷卻的方法來(lái)驅(qū)動(dòng)SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長(zhǎng)或收縮，驅(qū)動(dòng)閥芯作用移動(dòng)，同時(shí)加入位置反饋來(lái)提高M(jìn)OOG伺服閥的控制性能。從該閥的情況來(lái)看，SMA雖變形量大，但其響應(yīng)速度較慢，且變形不連續(xù)，也限制了其應(yīng)用范圍。

與傳統(tǒng)MOOG伺服閥相比，采用新型材料的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器研制的MOOG伺服閥，普遍具有高頻響、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。雖然還各自呈在某些關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但新型功能材料的應(yīng)用和發(fā)展，給電液MOOG伺服閥的技術(shù)發(fā)展發(fā)展提供了新的途徑。