的介绍：

  到2016年中止，榜首个关于两级电液伺服阀的专利现已曩昔了70年，而双喷嘴挡板伺服阀专利的授权也曩昔了60年。本篇文章首要回忆在那个时代关于伺服阀的一些规划，特别两级电液伺服阀。单级阀，也便是直动式或许份额阀的开展，在工业上而不是航空方面的运用，也做了简略回忆。接着，评论了现在关于伺服阀技能的一些研讨，特别是压电驱动以及增材制作。

  伺服阀是闭环电液运动操控体系的首要元件。“伺服阀”是指主阀芯方位与电信号成份额，而阀芯运动是由内部液动力驱动的。阀芯的运动改动节省口的巨细，因而操控了流量；可是，流量取决于节省口压差，除非运用了压力补偿器。最常见的伺服阀规划便是带机械反应的两级喷嘴挡板伺服阀（图1）。

  力矩马达作为电气与机械的转化器，由绷簧管支撑，其无冲突偏转，阻隔了力矩马达与液压油（图2a）。

  挡板由力矩马达驱动，能够束缚经过喷嘴的流量（图2b）；挡板行程~0.1mm。也能够用单个喷嘴（图2c），其只能用于调节阀芯一侧的压力。可是由于液动力的不平衡，其对力矩马达有更高的要求。

  榜首级构成H型液压桥式回路，其间一对喷嘴是可变节省器，当挡板偏转的时分，会在阀芯两头产生压差。

  反应绷簧杆带动阀芯移动（行程大约~1mm），直到挡板的反应力与力矩马达的力相平衡，挡板将再回到中心方位。

  伺服阀既是一个功率扩大器，也是一个电气与液压的转化器。电气输入功率一般约0.1W，经过先导级扩大之后，液压输出功率约达10W，经过主阀芯转化之后液压输出功率可达10kW。因而阀的功率扩大因子到达105。关于一个三级阀，小阀芯驱动大阀芯，且带电气方位反应，能够进一步带来别的100倍的功率扩大。假如是4级阀，扩大因子也是同此道理。

  初期的电液伺服阀首要是为军事用处而开发，如用在二次世界大战的主动火炮瞄准。这类伺服阀典型的包含了电磁驱动阀芯，并带阀芯绷簧对中。首要用于流量操控，可是操控精度很低，呼应也很慢。Tinsley工业外表公司（伦敦）请求了榜首个两级伺服阀专利（图3）。电磁铁（34）驱动榜首级带绷簧对中的阀芯（47），其驱动一个旋转运动的主级（51），经过凸轮（54）把其方位反应到榜首级，反应绷簧（59）把方位转化为力。

  两级阀首要运用喷嘴挡板或许更小的滑阀作为先导级，虽然其时射流管现已呈现，但被以为呼应慢一些而首要用于工业而非航空用处。喷嘴挡板阀，无论是单喷嘴仍是双喷嘴，从1920年之后，都现已很好的运用于气动操控体系，如Foxboro公司所制作的。第二级（或主级）有时选用绷簧对中，或许由内部的反应，驱动主阀芯，使其与电气输入信号成份额。主阀芯方位反应要么机械的，经过反应绷簧杆加载电磁驱动力（力反应），或许电气上即主级阀芯上运用位移传感器。液压反应，经过负载压力与榜首级压力的比较，用于压力操控运用。

  部分制作商两级流量操控阀的清单见表1。由表可见，不同制作商，其电磁驱动、先导级和主级反应等，都不是彻底相同的。其间一些在图4和图5中解说。

  液压操控阀的开端规划是在MIT，并在由Blackburn，Reethof和Shearer合著的书上有翔实的描绘。这本书是在50时代，由MIT职工给工业范畴的工程师训练的一个课程。这种阀显现，电气方位反应能够做得很有用，因而也带动了扭矩马达的开展。

  Cadillac Gage FC-2 阀 (图 4b)值得咱们留意的，它是两级阀的前驱，后来也成为了规划标准：它在先导级把力矩马达与喷嘴挡板结合起来(虽然是单喷嘴)，主阀芯的机械力反应选用反应绷簧杆。

  Moog阀（图4a）开端由W.C.(Bill)Moog在康奈尔航空实验室（Cornell AeronauticalLaboratory）规划，并用于航空与导弹发射操控运用。Moog带来了许多实践的进步。经过绷簧管支撑力矩马达，使得绷簧管偏置时更轻，冲突力更小，减小了阀的阈值，进步了分辨率。1953年Moog获得了此项专利之后，又开端请求其它方面的专利，即改动单喷嘴规划的缺点，提出了选用双喷嘴挡板的组织，以消除其对供油压力的灵敏。

  一个一般的毛病便是磁性颗粒被油液带入集合在力矩马达，这在Series 2000阀上榜首次得到了处理，即经过把力矩马达和油液阻隔开来。贝尔航空（BellAerospace）在1953年请求了此项专利。

  到1957年中止，约别的17项阀的新规划呈现了，并被美国空军评价，包含制作商Boeing,  Lear, Dalmo  Victor, Robertshaw  Fulton, Hydraulic  Research,  Hagan和National Water。两级双喷嘴挡板阀开端占有商场干流。需求留意的是，喷嘴挡板的结构比先导级选用滑阀的结构制作上更廉价，由于一切先导级的滑阀都需求选用颤振频率战胜冲突，有时乃至是正隐瞒。

  Pegasus  Model  20 – 音圈（voice coil）或许电磁铁/双喷嘴-双挡板/经过在阀芯端部设置小孔，完成机械方位反应；双向对称版别（见图4c）

  Hagan – 音圈（voice coil）/ 先导级滑阀，旋转以减小冲突/无反应

  同期反应的技能问题首要是零漂（虽然首要原因是力矩马达的温度灵敏性），喷嘴和挡板的锈蚀，力矩马达的非线性（假如规划电流过小），以及高频不稳定。其时，只要Moog和Cadillac  Gage有批量生产的阀用于商用意图，Bendix也有许多阀，但只在终究客户那里进行测验。

  到20世纪50时代底，两级机械力反应伺服阀现已在军事和航空范畴开端运用，首要包含航空和导弹飞翔操控，雷达驱动和导弹发射，以及伺服液压体系开端运用于太空火箭的发射。

  此刻，伺服液压或许的工业运用也被人们逐步意识到，许多的运用包含机床，注塑机，汽轮机，冶金轧机，以及仿真和测验工业的精细操控。一些工业阀是从航空阀改动而来的，比方“73”系列为最早的工业阀，是由Moog引进的。

  相关于机械阀芯方位反应，电气反应能够获得更高的闭环增益，然后进步动态呼应，而且也能够校对滞环或许温度效应引起的差错。机械反应阀固有的安全和紧凑对航空范畴来说具有很大的招引力，可是在工业阀，从1970年之后开端选用电气反应。这其间一个标志性的事情便是Bosch在1973年引进了板式设备伺服阀，带射流管，选用霍尔效应方位传感器，更重要的是带集成电子扩大器。

  Rexroth, Bosch, Vickers以及其它的液压制作商均开发了单级伺服阀，选用一对份额电磁铁操控绷簧对中的阀芯，开环操控，其与在20世纪50时代开发的单级阀相似，可是其时被航空工业运用给否决了。经过选用电气方位反应和闭环操控，改进了操控精度以及呼应时刻。与份额电磁铁比较，线性力马达或许音控线圈执行器改进了线时代，用稀土磁体（Rare earth magnet）替代磁钢（Alnico magnet），战胜了先导级输出力巨细的局限性。这种直动式阀由Moog开发（图6），之后Parker也开发了相似产品，其具有与二级阀适当的动态呼应。

  表2示出了典型阀的特性，包含阀芯驱动力型式。高的阀芯驱动力不只要利于战胜液动力，加快阀芯运动，而且能够更好的战胜小颗粒污染物的搀杂，然后防止卡阀。

  这些年来，各式各样的关于阀的规划被探究和开发出来，用以进步动态呼应，减小走漏，改进保护性或许进步其它相关于传统阀的长处。大部分的研讨都会集在选用新的办法来改进阀芯驱动，其常常涉及到新资料的运用。

  当电场效果的时分，压电陶瓷变形非常快，可是最大变形量很小，大约只要0.15%。因而，选用仓库办法的执行器（图7a）实践上也需求运动的扩大，即便在先导级（例如挡板运动大约0.1mm）。矩形曲折执行器（图7b）能够为先导级供给满足的位移，合理的力规模（10N~100N）。此种曲折型式的陶瓷层厚度大约20μm，因而电压大约至50V，可供给满足的磁场强度。可是，压电陶瓷资料受制于滞环（典型的20%），活动，仓库执行器长度取决于温度等要素的影响。由于执行器体现得像一个电容，呼应速度一般受限于扩大器电流的束缚。

  在1955年关于阀的查询中，电机械转化的执行器只要电磁的办法，但也说到“压电晶体”被用于某些实验模型，以获取更好的呼应。可是，到现在中止仍是没有被广泛承受，由于对其抗震功用，温度改变，电气噪音等的高度置疑，以及较难从晶体里获取满足的位移。压电晶体的阀在1955已有专利，包含压电晶体挡板用于双喷嘴挡板阀，还有传递流体的压电晶体油泵。

  选用仓库办法的执行器驱动阀芯需求一些运动扩大。比方选用静压变压器，内充硅橡胶并带有必定的面积比率。相位滞后-90°的带宽频率可达270Hz，而且在阀芯两头选用两个反向的执行器以减小温度灵敏性（图8）。机械扩大选用连杆的办法（图9）。

  选用压电执行器替代二级阀中的力矩马达在很多的研讨中均有陈述。图10，该伺服阀选用机械反应阀移动挡板。图11，一种航空伺服阀，带反应杆，选用矩形压电陶瓷曲折执行器来驱动偏转设备，发明者以为其在射流管处只会产生更小的液动力。与力矩马达比较，其被以为压电陶瓷曲折执行器能够更好加工，更好测验，以及具有更好的重复性。在最近的一个样机中，环形执行器被用于先导级。先导级是迷你阀，带正隐瞒以补偿走漏。选用电气方位反应的阀见图12。

  别的一种选用压电陶瓷仓库作业原理的阀如图13。先导级的4个节省口构成H-桥式回路，且均是可调的，选用轿车燃油喷发，带40μm行程，-90°的带宽到达1kHz以上。

  图14所示的是别的一种进步直动式阀的快速呼应的新理念。选用仓库技能，阀芯阀套移动规模+/-20μm，适当于传统的线mm的移动间隔。因而，即便在高于60Hz以上的频宽，也能够完成很精细的流量操控。

  磁致弹性是别的一种资料现象，可被用于发明“智能执行器”。磁致弹性阀芯的运动也现已被测验许多年。它面对的与压电陶瓷相同的应战，如有限位移量，滞环，温度灵敏性等。

  增材制作Additive Manufacturing，俗称3D打印，给液压元件的制作带来新的办法。AM能够用以减轻阀块的分量，更重要的是供给规划者更多的规划自由度，由于不需求考虑一些加工制作的束缚。例如图12所示的压电效应阀，选用激光熔融技能，用钛合金制作阀块。图15显现了终究的制品阀，图16显现的是AM阀体，图17示例了CT扫描阀体的内部状况。

  一些根本的关于单级阀或许两级阀的规划理念在20世纪50时代中期被提出来的。两级的机械反应的伺服阀在60年达开端运用于航空，以及一些高功用要求的工业范畴。单级阀，带份额电磁铁或许线性力马达驱动阀芯的，在70时代和80时代作为一种低成本处理方案，开端运用于工业体系，而且跟着阀芯方位带反应和集成电子的运用不断增加。

  力矩马达驱动的两级伺服阀得到了极大的成功运用。虽然如此，手艺设备和调整力矩马达一直证明是有必要的。在一些运用，寻觅一些潜在的具有更高动态呼应的压电效应伺服阀或许其它资料，招引越来越多的爱好。虽然60年来，人们没有中止对新资料，新技能的研讨，可是力矩马达仍然持续在运用。或许将来，会呈现真实的竞争者。

  增材制作，特别是在制作量不太大（例如在航空航天）的时分，消除了阀体和其他液压元件中的许多制作束缚。这将使一些规划思维打破物理的束缚，而加工制作的潜能将得到进一步发挥。

  进一步的开展趋势是伺服阀的智能化。集成自校对功用、状况监测和通讯才能的进步是工业电液伺服阀的开展趋势，也将在航空航天得到运用。

  应该留意的是，阀控液压体系的面对的应战正在产生，如选用电液执行器（伺服泵操控执行器），或泵伺服变量操控的机器更节能。可是，这种体系的功率密度和动态呼应远远低于传统的阀控体系，所以技能的开展轨道仍然是不确定的。