射流管电液伺服阀综述

默雪

射流管电液伺服阀综述

摘要：随着我国液压技术的发展，电液伺服阀在各种控制系统中应用日趋普遍，射流管伺服阀就是其中的一类电液伺服阀，它是因其前置级为射流管式放大器而得名，它与一般双喷嘴型伺服阀相比具有极强的抗污染性。射流管伺服阀由于其优越的抗污染性以及结构简单等特点，已在航空、航天、电力系统控制等领域得到了广泛的应用，但也存在一些问题，包括加工工艺、流场分析、可靠性以及使用维修等。因此，从理论上分析射流管伺服阀中射流放大器的特性, 为设计和调试产品做必要的准备。

关键词：射流管；伺服阀；研究现状；特性分析

一、射流管电液伺服阀的研究现状及发展趋势

射流管伺服阀是美国五十年代末研制的军用产品，目前除美国的军用飞机和民航客机普遍使用射流管伺服阀外，欧洲及俄罗斯等世界各国的军用飞机和民航客机都在大量使用射流管电液伺服阀。美国主要生产射流管伺服阀的厂家为ABEX航空公司(现已被PARKER公司兼并)，其主要型号为405、410、415、420、425、450等，被大量使用在各种飞机上。

目前, 国内生产伺服阀的厂家主要有：中国船舶重工集团公司第七0四研究所、航空工业总公司第六0九研究所、航空工业总公司第六一八研究所、航空工业总公司秦峰机床厂、北京机床研究所、中国运载火箭技术研究院第十八研究所、上海航天控制工程研究所等。国外生产伺服阀的厂家主要有: 美国Moog 公司、英国Dowty公司、美国Team 公司、俄罗斯的/ 祖国0设计局、沃斯霍得工厂等， 此外美国Park公司、EatonV ickers公司、德国Bosch 公司、R exroth公司等亦有自己的伺服阀产品。

世界上最大的伺服阀生产商美国MOOG公司亦有自己的射流管伺服阀产品，其主要产品包括208A、211A、214、215A、218、225A、225B、231、240、242、261等系列。MOOG公司在2006年7月召开了产品推广会，推出了射流管式的D660系列产品，并认为该产品代表了今后伺服阀的发展趋势。在国内，生产射流管伺服阀形成规模及系列的有中国船舶重工集团公司第七零四研究所，其产品已开始在航空、航天领域应用，如航空领域的襟翼控制系统、发动机燃油系统、前轮转向作动筒的运动方向和速度等场合。其他有些厂家也在研制或已推出自己的射流管式产品，如航空工业总公司第六零九研究所、中国运载火箭技术研究院第十八研究所等。

二、射流管伺服阀的特点

1、 抗污染性

    射流管伺服阀是靠射流喷嘴喷射工作液，将压力能变成动能，控制两个接受孔获得能量的比例来进行力的控制。这种方式的阀射流喷嘴大，由污粒等工作液中杂物引起的危害小，抗污染能力强。且射流管式液压放大器的压力效率及容积效率高，一般为 70% 以上，有时也可达到 90% 以上的高效率，输出控制力( 滑阀驱动力) 大，提高了抗污染能力。其次由于射流管式先导级比喷嘴挡板式的控制力大，所以射流管式伺服阀阀芯的直径和行程，比喷嘴挡板式的大而长，故其驱动力也越大，即使有一点杂物和污粒，滑阀级也能顺利工作，进一步提高了抗污染能力。自动化程度越高的系统对其关键控制元件的可靠性要求也高。众所周知, 油液的污染度始终是液压控制系统的致命伤。MOOG 公司的(伺服射流管)先导控制技术在这一方面所取得了可喜进展。在保证先导阀的控制流量, 控制功率及响应频率不变甚至更优的前提下，servojet(伺服射流管) 内部的关键间隙尺寸与传统的喷嘴挡板阀相比几乎提高了一个数量级，这使得servojet(伺服射流管)伺服阀的整体可靠性有了极大提高。目前在矿山机械行业，servojet(伺服射流管)伺服阀已经开始全面取代传统的MFB双喷嘴挡板机机械反馈式电液伺服阀。

2、可靠性

    由于射流管是在喷嘴的下游进行力控制，当喷嘴被杂物完全堵死时，因两个接受孔均无能量输入，滑阀阀芯的两端面也没有油压的作用，反馈弹簧的弯曲变形力会使阀芯回到零位上，伺服阀可避免过大的流量输出，具有失效对中能力，并不会发生所谓的满舵现象。另外其先导级在工作时会产生磨蚀，与喷嘴挡板式比较，其磨蚀的产生与性能变化的程度低于喷嘴挡板阀，其接受器的尖边即使经高压油长期凹陷下去，但仍有分水岭的作用，只要其与喷嘴的距离不大于喷嘴直径的 3.5倍，对伺服阀性能的影响非常小。射流管式伺服阀的力矩马达零件全部采用压配及焊接结合成一体，并经严格的时效处理消除内应力，结构牢固稳定，零位漂移小，更能承受强冲击及振动。根据上述，说明其具有较高得稳定性、可靠性。

3、使用寿命

    射流管阀的使用寿命按一般标准规定为5000h或10次，实际寿命统计数据较少，平均检测时间为35700h，平均故障间隔为115000h。而在工业使用场合，像飞机上那样准确记录的不多，不过也有在汽轮机调速器上使用的射流管伺服阀，在8年间无故障运行时间约63000h。并有在继续使用的例子。

三、射流管伺服阀中存在的问题及其解决方法

1、在结构上

    目前主要是利用冗余技术对伺服阀的结构进行改造。由于伺服阀是伺服系统的核心元件，伺服阀性能的优劣直接代表着伺服系统的水平。另外，从可靠性角度分析，伺服阀的可靠性是伺服系统中最重要的一环，由于伺服阀被污染是导致伺服阀失效的最主要原因，对此，国外的许多厂家对伺服阀的结构作了改进，先后发展出了抗污染性较好的射流管式、偏导射流式伺服阀。我国的航天系统有关单位早在90年代就已进行三余度等多余度伺服机构的研制，将伺服阀的力矩马达、反馈元件、滑阀副做成多套，发生故障可随时切换，保证系统的正常工作。

2、在加工工艺上

    采用新型的加工设备和工艺来提高伺服阀的加工精度及能力。如在阀芯阀套配磨方法上上海交通大学、哈尔滨工业大学均研制出了智能化、全自动的配磨系统，特别是哈尔滨工业大学的配磨系统改变了传统的气动配磨模式，采用液压油作为测量介质，更直接的反映了所测滑阀副的实际情况，提高了测量结果的准确性与精度。在力矩马达的焊接方面，中船重工704研究所与德国知名厂家合作，采用了世界最先进的焊接工艺取得了良好的效果。

3、在材料的更替上

    除了对某些零件采用强度、弹性、硬度等机械性能更优越的材料外，还对特别用途的伺服阀采用了特殊的材料。如德国有关公司用红宝石材料制作喷嘴挡板，防止因气溃造成挡板和喷嘴的损伤，而降低动静态性能，是工作寿命缩短。机械反馈杆头部的小球也用红宝石制作，防止小球和阀芯小槽之间的磨损，使阀失控，并产生尖叫。航空609所、中船重工704所等单位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油为介质的耐腐蚀伺服阀，此外对密封圈的材料也进行了更替，使伺服阀耐高压、耐腐蚀的性能得到提高。

4、在测试方法上

随着计算机技术的高度发展，生产单位均采用计算机技术对伺服阀的动、静态性能进行测试与计算。某些单位还对如何提高测量精度，降低测量仪器本身的振动、热噪声和外界的高频干扰对测量结构的影响，作了深入的研究。如采用测频/测周法、寻优信号测试法、小波消噪法、正弦输入法及数字滤波等新技术对伺服阀测试设备及方法进行了研制和改进。

四、射流管伺服阀的发展趋势

1、新型结构的设计

从发展趋势上来看，新型直动型电液伺服阀在某些行业有替代传动的伺服阀特别是喷嘴挡板式伺服阀的趋向，但他的最大问题在于体积大、重量重，只适用于对场地要求较低的工业伺服控制场合，如能减轻其重量、减小其体积，在航空、航天等军工行业亦具有极大的发展潜力。

2、新型材料的采用

当前在电液伺服阀研制领域的新型材料运用，主要是以压电元件、超磁致伸缩材料及形状记忆合金等为基础的转换器研制开发。

2.1 压电元件

压电元件的特点是“压电效应”：在一定的电场作用下会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，形变与电场强度成正比。压电元件的主要材料为压电陶瓷（PZT）、电致伸缩材料（PMN）等。

2.2 超磁致伸缩材料

    超磁致伸缩材料（GMM）与传统的磁致伸缩材料相比，在磁场的作用下能产生大得多的长度和体积变化。

2.3 形状记忆合金

形状记忆合金（SMA）的特点是具有形状记忆效应。将其在高温下定型后，冷却到低温状态，对其施加外力，一般金属在超过其弹性形变后会发生永久变形，而SMA却在将其加热到某一温度之上后，会恢复其原来高温下的形状。

3、电子化、数字化技术的运用

五、总结

综上分析，射流管伺服阀在抗污染能力等可靠性特性方面均高于喷嘴挡板阀。射流管伺服阀的工作稳定性和耐久性是相当高的，目前七〇四研究所生产的伺服阀已在矿山机械领域进行了应用。相信随着射流管伺服阀的应用越来越广泛，在矿山机械类工业控制场合都会有广阔的应用前景。

122080202017 马晓霞  机械电子工程