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漫談液壓閥發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)

文章出處:精頂液壓設(shè)備人氣:-發(fā)表時(shí)間:2014-09-23 00:00:00【

 流體傳動(dòng)與控制技術(shù)發(fā)展至今已成為一門較成熟的應(yīng)用技術(shù)。它憑借功率密度大、布局靈活、傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。作為液壓系統(tǒng)的控制元件,液壓閥的發(fā)展具有兩面性:一方面他制約著流體技術(shù)的發(fā)展,另一方面他也對(duì)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)發(fā)展起導(dǎo)向作用。

  回顧液壓閥的發(fā)展,其有著漫長(zhǎng)的歷史,再次回顧液壓閥的發(fā)展歷史,認(rèn)識(shí)其發(fā)展規(guī)律,總結(jié)其發(fā)展方向,有助于展望其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

  液壓閥最早的原型是閥門,閥門最早出現(xiàn)于水利和治水工程,此時(shí)的閥門主要用來(lái)截止水流、或者改變水流方向。既不追求嚴(yán)格的密封性能和流量調(diào)節(jié),也沒(méi)有壓力調(diào)節(jié)的概念。

  后來(lái)隨著蒸汽技術(shù)的出現(xiàn),為保證鍋爐的安全使用,出現(xiàn)了類似安全閥的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力保護(hù)。從而將壓力調(diào)節(jié)的概念引入到流體技術(shù)中。

  十八世紀(jì)七十年代,蒸汽技術(shù)取得了突破性發(fā)展。蒸汽機(jī)的發(fā)明使閥門進(jìn)入了機(jī)械工程領(lǐng)域,在瓦特的蒸汽機(jī)上除了使用旋塞閥、安全閥和止回閥外,還是用了蝶閥,可以調(diào)節(jié)流量。隨著蒸汽機(jī)流量和壓力的增大,使用旋塞閥控制蒸汽機(jī)的進(jìn)氣和排氣已不能滿足需要,于是出現(xiàn)了滑閥?;y的出現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)技術(shù)來(lái)說(shuō)具有重要的意義,基于滑閥可以實(shí)現(xiàn)方向控制,也可以實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。方向控制和流量調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)廣了流體傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。如果此前只是在單純的利用流體傳動(dòng),那么現(xiàn)在可以主動(dòng)地對(duì)流體傳動(dòng)進(jìn)行控制。

  十九世紀(jì)是液壓氣動(dòng)技術(shù)走向工業(yè)應(yīng)用的世紀(jì)。工業(yè)革命以來(lái)的社會(huì)產(chǎn)業(yè)需求刺激了液壓技術(shù)及元件方面的不斷進(jìn)步,此時(shí)傳統(tǒng)的開關(guān)閥發(fā)展已相當(dāng)成熟,各種壓力閥、流量閥、方向閥相繼出現(xiàn)。

  二十世紀(jì)伴隨著制造業(yè)、冶金鋼鐵、石油礦業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展,將流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的應(yīng)用推向了頂峰:

  1936Harry Vickers 發(fā)明了以先導(dǎo)控制壓力閥為標(biāo)志的管式系列液體控制元件,之后簡(jiǎn)單的通斷式液壓控制閥問(wèn)世,為工業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力源。但是他們組成的回路和系統(tǒng),在控制的功能、精度及動(dòng)作時(shí)間方面,往往不能滿足某些使用場(chǎng)合的要求。

  50年代,線性控制理論的形成對(duì)液壓控制技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響。由于航空航天伺服控制系統(tǒng)的實(shí)踐需要,電液伺服元件及系統(tǒng)相繼問(wèn)世,液伺服閥是電子和液壓兩門技術(shù)結(jié)合,能滿足自動(dòng)控制更高要求。具有控制精度高、響應(yīng)速度快、體積小,由于需要反饋回路,系統(tǒng)較復(fù)雜,元件及整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)昂貴,且工作條件要求嚴(yán)格,這給使用和維護(hù)帶來(lái)很大困難。

  60年代后期,各類民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求,顯得更加迫切和廣泛,這些液壓系統(tǒng)通常只希望采用較簡(jiǎn)易的電氣裝置,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)精度和響應(yīng)速度要求不太高的控制。并且大多數(shù)都是不要求反饋的開環(huán)控制。另外希望它們對(duì)液壓系統(tǒng)污染控制要求不很高,滿足工作可靠、使用維修簡(jiǎn)單的目的。比例控制閥正是根據(jù)這種需要產(chǎn)生,它在通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的電-液控制元件。

  隨著工業(yè)液壓的發(fā)展,要求液壓系統(tǒng)的模塊化、集成化布置,從而出現(xiàn)了板式以及疊加式液壓元件,從而使液壓技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。它使液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,減少閥間的管道連接,便于安裝、使用和維修。但是,用這些常用的液壓閥構(gòu)成的集成系統(tǒng)的各種方式,僅對(duì)小流量的液壓系統(tǒng)能收到較為良好的效果,對(duì)中、大流量系統(tǒng),還只能采用管道進(jìn)行閥間連接,組成系統(tǒng)。由于流量大,管道粗,因此配管工作量大,安裝、維修困難,且易出現(xiàn)漏油、振動(dòng)等弊病,這就構(gòu)成了液壓技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)難題。

  70年代初,液壓邏輯閥(兩通插裝閥)出現(xiàn)解決了大流量液壓系統(tǒng)的應(yīng)用問(wèn)題,它不僅能實(shí)現(xiàn)常用液壓控制閥的各種動(dòng)作要求,而且和普通的液壓閥相比,在控制同等功率的情況下,具有重量輕,體積小,功率損失小,動(dòng)作速度快和易于集成等突出的優(yōu)點(diǎn),特別適用于大流量液壓系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)。

  80年代的主要進(jìn)展是比例技術(shù)和二通插裝技術(shù)相結(jié)合形成了一系列二通比例壓力、流量、方向控制組件,配以各種參數(shù)檢測(cè)反饋和電子或微機(jī)控制單元,使液壓系統(tǒng)性能大幅度提高,系統(tǒng)大幅度簡(jiǎn)化,更好的適應(yīng)了中大功率工程控制的技術(shù)要求。形成80年代有特色的比例插裝技術(shù)。

  90年代機(jī)電一體化已成為國(guó)外工程機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)。將液壓技術(shù)與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等相互交融,從而提高了液壓控制元件的自動(dòng)化程度,改善作業(yè)性能,實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的。數(shù)字閥也是在這種背景下誕生的,與比例閥、伺服閥相比,這種閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工藝性好,價(jià)廉,抗污染能力強(qiáng),重復(fù)性好,工作穩(wěn)定可靠,功率小。但是它的發(fā)展速度不快,應(yīng)用范圍也不大。這是由于數(shù)字閥的類型都有自身的局限性,一般數(shù)字閥主要用于先導(dǎo)控制和中小流量控制場(chǎng)合,例如數(shù)控電液伺服閥或者數(shù)控比例閥等。

  21世紀(jì)的,研究者充分利用其他學(xué)科的發(fā)展來(lái)發(fā)展液壓技術(shù),像應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真與設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造、計(jì)算機(jī)智能控制、計(jì)算機(jī)模糊控制等,實(shí)現(xiàn)了液壓技術(shù)的機(jī)電一體化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。液壓閥的發(fā)展和液壓技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。

  液壓閥目前的發(fā)展動(dòng)態(tài)大致有如下幾個(gè)方面:

 1、節(jié)能性

  開發(fā)高效率的液壓閥,如低功率電磁換向閥,

  2、控制性

  計(jì)算機(jī)的普遍使用和各種傳感器的開發(fā)以及控制理論的發(fā)展,為液壓閥改善性能、提高控制性創(chuàng)造了條件。提高電液伺服閥的性能(如流量控制性、頻率特性)以擴(kuò)大應(yīng)用范圍,開發(fā)高性能電液比例閥(為克服死區(qū)、提高響應(yīng)性、靜特性與重復(fù)性)及數(shù)字控制閥等,以滿足微機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)的需要。

  3、可靠性

  液壓閥向高壓、高速化發(fā)展的結(jié)果,必然要求提高可靠性和壽命。為此發(fā)展了有關(guān)液壓閥特性的基礎(chǔ)性研究。例如,固定節(jié)流孔與可變節(jié)流孔動(dòng)特性的研究,作用在滑閥上的瞬態(tài)液動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)研究、超高速電液伺服閥中瞬態(tài)液動(dòng)力的計(jì)算、作用在內(nèi)流式錐閥上的液動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)研究、液壓閥氣穴的研究等。

  4、智能化

  為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制或遙控,液壓閥越來(lái)越多使用電氣控制,即通過(guò)電信號(hào)來(lái)使液壓閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。目前有一種智能型組合閥,也叫可編程電液控制閥,是將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通用液壓閥進(jìn)行融合構(gòu)成可編程電液控制閥,它是通過(guò)控制幾個(gè)通用電液閥的控制邏輯和各個(gè)閥之間的協(xié)調(diào)邏輯,來(lái)實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于普通電液控制閥的功能。

  5、綠色化

  隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高,以及可持續(xù)發(fā)展理念的提出,未來(lái)液壓技術(shù)的介質(zhì)、材料、工藝、產(chǎn)品將要符合生態(tài)與環(huán)保的要求,符合可再生、可持續(xù)發(fā)展要求,液壓閥勢(shì)必滿足綠色設(shè)計(jì)、綠色工藝、綠色產(chǎn)品的概念,從產(chǎn)品結(jié)構(gòu),產(chǎn)品材料,產(chǎn)品工藝及產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程應(yīng)均符合生態(tài)環(huán)保要求。

  伴隨著其他的學(xué)科的進(jìn)步與發(fā)展,流體傳動(dòng)與控制技術(shù)將被引入到新的領(lǐng)域。未來(lái)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)將在以下領(lǐng)域取得突破:

  隨著生命科學(xué)與生物技術(shù)不斷取得新的突破,以及納米材料、納米工藝的進(jìn)展,將對(duì)流體傳動(dòng)與控制技術(shù)的設(shè)計(jì)觀念與方法產(chǎn)生深刻的影響并帶來(lái)革命性的變化,將可能使流體傳動(dòng)與控制元件加工精度及表面質(zhì)量達(dá)到納米量級(jí),從而使元件的效率、控制精度、壽命得以大大的提高。同時(shí)以此發(fā)展出微型液壓閥,從而使微型液壓系統(tǒng)在仿生機(jī)械、人造器官、等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用,成為新的技術(shù)前言。

  近幾年3D打印技術(shù)的發(fā)展為液壓閥的制造開辟了新的道路。