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     德國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伺服閥具有動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長等優(yōu)點，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)書籍會包含電液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伺服閥具有動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長等優(yōu)點，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。

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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)時一位古埃及人發(fā)明了人類第一個液壓伺服系統(tǒng)——水鐘。然而在隨后漫長的歷史階段，液壓控制技術(shù)一直裹足不前，直到18世紀末19世紀初，才有一些重大進展。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)了突飛猛進地發(fā)展，許多早期的控制閥原理及均是這一時代的產(chǎn)物。如：Askania調(diào)節(jié)器公司及Askania-Werke發(fā)明及申請了射流管閥原理的。同樣Foxboro發(fā)明了噴嘴擋板閥原理的。而德國Siemens公司發(fā)明了一種具有永磁馬達及接收機械及電信號兩種輸入的雙輸入閥，并開創(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)動閥芯運動的單級開環(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Tinsiey獲得了兩級閥的；Raytheon和Bell航空發(fā)明了帶反饋的兩級閥；MIT用力矩馬達替代了螺線管使馬達消耗的功率更小而線性度更好。1950年，W.C.Moog第一個發(fā)明了單噴嘴兩級MOOG伺服閥。1953年至1955年間，T.H.Carson發(fā)明了機械反饋式兩級MOOG伺服閥；W.C.Moog發(fā)明了雙噴嘴兩級MOOG伺服閥；Wolpin發(fā)明了干式力矩馬達，消除了原來浸在油液內(nèi)的力矩馬達由油液污染帶來的可靠性問題。 1957年R.Atchley利用Askania射流管原理研制了兩級射流管MOOG伺服閥。并于1959年研制了三級電反饋MOOG伺服閥。

1959年2月國外某液壓與氣動雜志對當(dāng)時的MOOG伺服閥情況作了12頁的報道，顯示了當(dāng)時MOOG伺服閥蓬勃發(fā)展的狀況。那時生產(chǎn)各種類型的MOOG伺服閥的制造商有 20多家。各生產(chǎn)廠家為了爭奪MOOG伺服閥生產(chǎn)的霸權(quán)地位展開了激烈地競爭?；仡櫄v史，可以看到最終取勝的幾個廠家，大多數(shù)生產(chǎn)具有反饋及力矩馬達的兩級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。如：第二級對第一級反饋形成閉環(huán)控制；采用干式力矩馬達；前置級對功率級的壓力恢復(fù)通?？蛇_到50%；第一級的機械對稱結(jié)構(gòu)減小了溫度、壓力變化對零位的影響。同時，由早期的直動型開環(huán)控制閥發(fā)展變化而來的直動型兩級閉環(huán)控制MOOG伺服閥也已出現(xiàn)。當(dāng)時的MOOG伺服閥主要用于軍事領(lǐng)域，隨著太空時代的到來，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，隨著MOOG伺服閥工業(yè)運用場合的不斷擴大，某些生產(chǎn)廠家研制出了專門使用于工業(yè)場合的工業(yè)MOOG伺服閥。如Moog公司就在1963年推出了第一款專為工業(yè)場合使用的73系列MOOG伺服閥產(chǎn)品。隨后，越來越多的專為工業(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（需要時亦可采用鋼材）；獨立的第一級以方便調(diào)整及維修；主要使用在14MPa以下的低壓場合；盡量形成系列化、標準化產(chǎn)品。然而Moog公司在德國的分公司卻將其MOOG伺服閥的應(yīng)用場合主要集中在高壓場合，一般工作壓力在21MPa，有的甚至到35MPa，這就使閥的設(shè)計專重于高壓下的使用可靠性。而隨著MOOG伺服閥在工業(yè)場合的廣泛運用，各公司均推出了各自的適合工業(yè)場合用的比例閥。其特點為低成本，控制精度雖比不上MOOG伺服閥，但通過先進的控制技術(shù)和先進的電子裝置以彌補其不足，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)場合的比例閥標準接口。Bosch研制出了其標志性的射流管先導(dǎo)級及電反饋的平板型MOOG伺服閥。1974年，Moog公司推出了低成本、大流量的三級電反饋MOOG伺服閥。Vickers公司研制了壓力補償?shù)腒G 型比例閥。Rexroth、Bosch及其他公司研制了用兩個線圈分別控制閥芯兩方向運動的比例閥等等

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、材料的更替及測試方法的改變。

1）在結(jié)構(gòu)改進上，主要是利用冗余技術(shù)對MOOG伺服閥的結(jié)構(gòu)進行改造。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。對此，國外的許多廠家對MOOG伺服閥結(jié)構(gòu)作了改進，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)計了雙冗余位置傳感器，用來檢測閥芯位置。一旦出現(xiàn)故障信號可立即切換備用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構(gòu)用于航天行業(yè)。我國的航天系統(tǒng)有關(guān)單位早在90年代就已進行三余度等多余度伺服機構(gòu)的研制，將MOOG伺服閥的力矩馬達、反饋元件、滑閥副做成多套，發(fā)生故障可隨時切換，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）在加工工藝的改進方面，采用新型的加工設(shè)備和工藝來提高MOOG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)的氣動配磨的模式，采用液壓油作為測量介質(zhì)，更直接地反應(yīng)了所測滑閥副的實際情況，提高了測量結(jié)果的準確性與精度。在力矩馬達的焊接方面中船重工第704研究所與德國廠家合作，采用了先進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伺服閥力矩馬達彈性元件測量裝置。解決了原有手動測量法中存在的測量精度低、操作復(fù)雜、效率低等問題。對彈性元件能高效完成剛度測量、得到完整的測量曲線，且不重復(fù)性測量誤差不大于1%。

3）在材料的更替上方面。除了對某些零件采用了強度、彈性、硬度等機械性能更*的材料外。還對特別用途的MOOG伺服閥采用了特殊的材料。如德國有關(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，而降低動靜態(tài)性能，使工作壽命縮短。機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。此外對密封圈的材料也進行了更替，使MOOG伺服閥耐高壓、耐腐蝕的性能得到提高。

4）在測試方法改進方面，隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展生產(chǎn)單位均采用計算機技術(shù)對MOOG伺服閥的靜、動態(tài)性能進行測試與計算。某些單位還對如何提高測量精度，降低測量儀器本身的振動、熱噪聲和外界的高頻干擾對測量結(jié)果的影響，作了深入的研究。如采用測頻/測周法、尋優(yōu)信號測試法、小波消噪法、正弦輸入法及數(shù)字濾波等新技術(shù)對MOOG伺服閥測試設(shè)備及方法進行了研制和改進

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

壓電元件的特點是“壓電效應(yīng)”：在一定的電場作用下會產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，形變與電場強度成正比。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直動式MOOG伺服閥的原理是：在閥芯兩端通過鋼球分別與兩塊多層壓電元件相連。通過壓電效應(yīng)使壓電材料產(chǎn)生伸縮驅(qū)動閥芯移動。實現(xiàn)電-機械轉(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)生壓差推動閥芯移動。壓電式電-機械轉(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，MOOG伺服閥頻寬甚至能達到上千赫茲，但亦有滯環(huán)大、易漂移等缺點，制約了壓電元件在電液MOOG伺服閥上的進一步應(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，在磁場的作用下能產(chǎn)生大得多的長度或體積變化。利用GMM轉(zhuǎn)換器研制的直動型MOOG伺服閥是把 GMM轉(zhuǎn)換器與閥芯相連，通過控制驅(qū)動線圈的電流，驅(qū)動GMM的伸縮，帶動閥芯產(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，而且具有精度高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。在GMM的研制及應(yīng)用方面，美國、瑞典和日本等國處于水平。國內(nèi)浙江大學(xué)利用GMM技術(shù)對氣動噴嘴擋板閥和內(nèi)燃機燃料噴射系統(tǒng)的高速強力電磁閥，進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和特性研究。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。世界各國對GMM電-機械轉(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，已由實驗室研制階段逐步進入市場開發(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)匹配等方面的問題以利于在高科技領(lǐng)域得到廣泛運用。

3.形狀記憶合金

形狀記憶合金（SMA）的特點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)，對其施加外力。一般金屬在超過其彈性變形后會發(fā)生變形，而SMA卻在將其加熱到某一溫度之上后，會恢復(fù)其原來高溫下的形狀。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，通過加熱和冷卻的方法來驅(qū)動SMA執(zhí)行器，使閥芯兩端的形狀記憶合金伸長或收縮，驅(qū)動閥芯作用移動，同時加入位置反饋來提高MOOG伺服閥的控制性能。從該閥的情況來看，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。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。