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如圖1所示為現(xiàn)有數(shù)字閥產(chǎn)品及分類。從現(xiàn)有的液壓閥元件來看，狹義的數(shù)字閥特指由數(shù)字信號控制的開關(guān)閥及由開關(guān)集成的閥島元件。廣義的數(shù)字閥則包含由數(shù)字信號或者數(shù)字先導(dǎo)控制的具有參數(shù)反饋和參數(shù)控制功能的液壓閥。
圖1 數(shù)字液壓閥分類Fig.1 Digital hydraulic valves
從數(shù)字液壓閥的發(fā)展歷程可以將數(shù)字閥的研究分為兩個方向：增量式數(shù)字閥與高速開關(guān)式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥將步進電機與液壓閥相結(jié)合，脈沖信號通過驅(qū)動器使步進電機動作，步進電機輸出與脈沖數(shù)成正比的步距角，再轉(zhuǎn)換成液壓閥閥芯的位移。上世紀末是增量式數(shù)字閥發(fā)展的黃金時期，以日本東京計器公司生產(chǎn)的數(shù)字調(diào)速閥為代表，國內(nèi)外很多科研機構(gòu)與工業(yè)界都相繼推出了增量式數(shù)字閥產(chǎn)品。然而，受制于步進電機低頻、失步的局限性，增量式數(shù)字閥并非目前研究的熱點。
高速開關(guān)式數(shù)字閥一直在全開或者全閉的工作狀態(tài)下，因此壓力損失較小、能耗低、對油液污染不敏感。相對于傳統(tǒng)伺服比例閥，高速開關(guān)閥能直接將ON/OFF數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成流量信號，使得數(shù)字信號直接與液壓系統(tǒng)結(jié)合。近些年來，高速開關(guān)式數(shù)字閥一直是行業(yè)研究熱點，主要集中在電-機械執(zhí)行器、高速開關(guān)閥閥體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及創(chuàng)新、高速開關(guān)閥并聯(lián)閥島以及高速開關(guān)閥新應(yīng)用等方面。
1.1 高速開關(guān)電-機械執(zhí)行器的發(fā)展
上世紀中期開始，對于高速開關(guān)電磁鐵的研究就一直是高速開關(guān)閥研究的重點。英國LUCAS公司，美國福特公司，日本Diesel Kiki公司，加拿大多倫多大學(xué)等對傳統(tǒng)E型電磁鐵進行改進，提高了電磁力與響應(yīng)速度。浙江大學(xué)研發(fā)了一種并聯(lián)電磁鐵線圈提高電磁力。試驗顯示電磁鐵的開關(guān)轉(zhuǎn)換時間與延遲都得到了明顯的縮短。芬蘭Aalto工程大學(xué)(Aalto University School of Engineering)研究了5種軟磁材料用于電磁鐵線圈的效果以及不同的匝數(shù)及尺寸對驅(qū)動力的影響。奧地利林茨大學(xué)(Johannes Kepler University Linz)對因加工誤差、摩擦力和裝配傾斜造成的電磁鐵性能差異進行了詳細的分析。
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