電子技術與液壓技術
電子技術與液壓技術
電子技術與液壓技術是一對矛盾的兄弟，一方面，電子技術的進步，特別直線電機得出現(xiàn)，使得液壓技術又多了競爭對手，而且在許多方面都對液壓技術造成了影響，另一方面，電子技術與液壓技術的結合，又拓寬了液壓的應用范圍，也提高了技術水平，當前電液結合的液壓元件是液壓技術發(fā)展中的一個亮點。下面的材料是一些電液結合方面的資料，希望對大家有所幫助。
近年來，流體傳動技術借助和移植了電子技術、計算機技術、自動控制技術以及新材料和新工藝等后取得了顯著成果。尤其是電子、IT技術和流體傳動技術的相互融合，更使其提高了與電機傳動的競爭能力，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)中將微弱的電能轉換為大的液壓能量的輸出，是該系統(tǒng)的關鍵元件。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)給予了足夠的關注。特別在對產品的動態(tài)響應、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.電液伺服閥產品
1.1美國MOOG公司
A.直動型高頻響電液伺服閥
該閥門內置線性永磁式力馬達驅動閥芯運動，閥芯的位移由位移傳感器進行檢測，內置式電子放大器對主閥芯進行閉環(huán)控制，該閥的特點是：低泄漏、無先導級流量、能耗較低；閥芯驅動力大，永磁式力馬達的驅動力為電磁鐵的2倍，抗污染能力強；動態(tài)響應好，由于力馬達自然頻率為250Hz，使閥的動態(tài)性能好，且閥的頻率與系統(tǒng)壓力無關；低滯環(huán)、高分辨率、重復精度高；當斷電和緊急停車時，閥芯可自動回到空位，使負載處于安全狀態(tài)；為提高使用壽命，防止閥芯節(jié)流邊磨損，一般使用時要求過濾精度為10µm(β75)。
例如MOOG公司D633/634系列直動型電液伺服閥，其主要參數為：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)。B.先導級為射流管的雙級電液伺服閥
公司多年來一直生產噴咀檔板型雙級電液伺服閥，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)展了先導級為射流管的雙級電液伺服閥。該閥動態(tài)性能好，耐污染能力強，主閥芯位置用位移傳感器進行電反饋，由內置式電子放大器對閥芯進行閉環(huán)控制，具有故障保險(Fail-safe)功能。當出現(xiàn)意外斷電故障時，可保障機器設備處于安全位置。最低先導級的控制壓力為2.5MPa，這一優(yōu)點可使該閥應用于汽輪機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，具有很高的動態(tài)響應特性和可靠性，廣泛應用于各種注塑機、中空成型機、壓鑄機、壓力加工機械、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%；響應時間12～42ms；工作壓力為21.0MPa。
1.2日本油研公司的直動式電液伺服閥
該公司的內置放大器直動式電液伺服閥L5VHG系列，只需用24V電源輸入一個0～±10V的指令信號便可獲得高精度的液壓控制。該閥由小型強力馬達驅動閥芯，閥芯位移用差動變壓器進行檢測，內置電子放大器進行閥環(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(在14 MPa條件下的試驗結果)，耐污染能力強(NAS10級)。
1.3 Bosch-Rexroth公司的電液伺服閥
Bosch-Rexroth公司在日本東京IFPEX 2005展會上展出了品種齊全的電液伺服閥。其中內置電子線路的高頻響伺服閥采用直線式電磁鐵驅動閥芯，由差動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)；4WRPEH-10額定流量為50、10 L/min，頻響60Hz(在-900，±5%輸入，31.5MPa時)。
2.比例控制閥產品
比例閥具有價格低，耐污染能力強等優(yōu)點，但與伺服閥比頻率響應性能差，一般只用于開環(huán)系統(tǒng)。為了使其能用于高響應、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公司產品
MOOG公司生產的D680系列伺服比例閥采用了高性能直動式伺服閥作先導級，降低了先導閥泄漏，提高了閥的動態(tài)性能，主閥芯位移用位置傳感器檢測，內置式電子放大器對主閥芯位置進行閉環(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；響應時間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)了直動型高頻比例閥4WRSE系列，采用高頻比例電磁鐵驅動，閥芯位移用電反饋，內置電子線路實現(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)。
2.3意大利ATOS公司
公司生產了品種齊全的比例閥，由高精度比例電磁鐵驅動閥芯位移，由位置傳感器進行檢測，內置電子線路實行閉環(huán)控制，頻響接近一般電液伺服閥(25～60Hz，100%閥行程)。但同時還保留了比例閥的特點，比如耐污染能力強，不需要很精細的濾油器，高可靠性、易維修、維護費用低等。
二、發(fā)展電子控制液壓變量油泵，實現(xiàn)節(jié)能，提高精度
由電子控制裝置實現(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，實現(xiàn)泵的各種控制形式，合理的功率匹配和軟啟動，并適應負荷變化改變油泵參數(如流量和壓力)。比如Bosh-Rexroth公司生產的ALOVSO DFEE變量柱塞泵。
在東京IFPEX 2005展覽會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為基礎結合電子技術和傳感技術，實現(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、電子技術、計算機技術和電氣技術相融合，簡稱Hybrid系統(tǒng)。它是高速變頻器(電機)和AC伺服電動機驅動定量泵的可變速的控制系統(tǒng)，在日本這類系統(tǒng)已經商品化。當執(zhí)行器不工作時，電機轉速以低速運行或停止運行，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，下面介紹幾個產品：
1.日本大金(DAIKIN)公司生產的SUT高級高壓液壓單元
大金公司以生產變頻空調聞名于世，他們將變頻空調技術移植到液壓工業(yè)，先后開發(fā)了高速變頻器和IPM節(jié)能高效電機。IPM電機驅動系統(tǒng)采用了新材料硅鋼片和稀土類磁鐵，驅動原理除了磁性扭矩外也利用了磁阻扭矩。在整個工作范圍內比異步電機效率高、速度精度高、沒有滑動、指令同步運轉、不受負載影響、扭矩特性優(yōu)良，即使低速時扭矩也不變小。價格低于AC馬達，比異步電機加普通變頻機稍高。
大金公司的SUT高壓超級單元融合了大金獨有的高效率IPM電機驅動系統(tǒng)和液壓泵切換控制技術，具體優(yōu)點包括：通過4種模式的P、Q設定值進行選擇，簡單實現(xiàn)了多級壓力、流量控制；節(jié)能率達到50%(保壓時21MPa)；低噪聲60dB(A)(21MPa保壓時)，在全負荷運轉時噪聲也在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，減少漏油機率。
2.日本油研公司生產的1H伺服控制單元
該單元由AC伺服馬達、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。根據伺服電動機的轉數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成簡易的位置、速度、壓力、閉環(huán)控制系統(tǒng)。其主要特點包括：節(jié)省能耗，在保壓時系統(tǒng)消耗能量為老系統(tǒng)的1/10；噪聲低，在壓力控制時，油泵回轉是為了補償油壓內部泄漏，油泵在低速回轉時噪聲很�。辉诹髁靠刂茣r，油泵轉數主要滿足主機所需的流量，在低于額定最高轉速下工作，因而噪聲較��；小型化，由于系統(tǒng)發(fā)熱小，油箱容積小，因此由AC電動機、油泵、油箱、液壓控制回路組成的一體化單元，實現(xiàn)了小型化，同時可直接裝于主機上。
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、感應電機、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)。其特點是：高壓、大流量(最大工作壓力35MPa，排量22～140cm3)；適應環(huán)保要求，采用兩級切換式液壓泵和變頻電動機組合，實現(xiàn)了節(jié)省能耗和低噪聲運轉；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)；應用于中小型壓機、機床、試驗裝置及各種產業(yè)機械用液壓源；油泵排量22～140 cm3/r(五種規(guī)格)；最高壓力35MPa；電機容量11～55kW(五種規(guī)格)。
四、適應PLC控制和總線連接
1.低能耗電磁閥產品
在東京IFPEX 2005展會上，各公司展出了低能耗電磁閥產品，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，是驅動電磁鐵功率的1/4(保持電流為換向后使閥芯保持位置所需的電流)。
TOKIMEC公司生產的DG4VC-3和DG4VC-5微小電流控制的小型電磁閥的控制信號為24V、10mA；內置半導體開關，PLC可直接控制，不需外部繼電器，從而可節(jié)省開關柜尺寸；適應總線M12接口。
2.氣動元件
氣動技術是自動化不可缺少的重要手段。近年來的發(fā)展動向是向小型化、低能耗、精度化、組合化、高速化和潔凈化方向發(fā)展，尤其是氣動系統(tǒng)的潔凈化和低能耗等促進了半導體工業(yè)和制藥工業(yè)的發(fā)展，國外一些展覽會上更充分顯示了氣動技術的發(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(標準)，采用節(jié)能回路時為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.適應現(xiàn)場總線控制的氣動元件
現(xiàn)場總線可用單行方式實現(xiàn)信號傳遞，可以簡化布線，節(jié)省大量電纜消耗，還可大大縮減復雜系統(tǒng)的調試、故障診斷及日常維護工作。日本SMC公司生產的適用于總線接口的氣動電磁換向閥組GW裝置/EX510(圖18)，輸入和輸出各為64個點，可適用于CC-Link、Device Net、ProfiBUS-DP的連接。SMC生產的大部分氣動電磁閥都適用總線通信系統(tǒng)。
2.4.Parker-KURODA公司的VA01系統(tǒng)小型直動電磁閥
該閥應用高速電磁鐵，頻率響應時間為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的粒子數幾乎為零。該閥寬10mm，帶閥座重量為35g，音速流導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，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
為適應某些領域的需要，近年來不少公司推出了電動氣缸、磁性無桿氣缸等產品。小金井的產品采用了公司獨自生產的鋁管，特點是低速性能好，可達8mm/s，帶防沖擊器，安裝方便。產品符合ROHS指令要求，不含有害物質。
結束語
流體動力傳動是工業(yè)自動化技術的重要組成部分，它是主機向智能化、自動化、高速化、高效率、高精度、高可靠性、多樣化、潔凈化方向發(fā)展不可缺少的關鍵技術。近年來，由于流體動力技術與電子技術、信息技術相結合，使它產生了新的活力，提高了與電氣和機械傳動的競爭力。
只要沿著此方向走下去，并不斷跟蹤和移植新技術成果，比如電子、信息、計算機、磨擦磨損等新技術、新工藝、新材料等成果，發(fā)揮流體傳動的優(yōu)點，克服能耗大、噪聲大等缺點。作為現(xiàn)代傳動與控制的重要組成部分的流體傳動技術，將不斷擴大應用領域，保持強大的競爭力，并不斷向前發(fā)展。