电液比例阀与电液伺服阀性能比较及前景展望

（１）加工精度没有电液伺服阀要求高，因此其价格 较低；
（２）相 对 于 电 液 伺 服 阀 来 讲 ，对 液 压 油 的 要 求 较 低，抗污染能力较强；
（３）由于存在不灵敏区和滞环，在其不带电时的安 全稳定性好。
２ 工作原理分析
在液压系统中，比例阀以及伺服阀的种类基本上 都是与普通阀的种类一一对应的。在此笔者以电液比 例换向阀和电液伺服阀为例来说明他们的工作原理。 ２．１ 电液伺服阀工作原理
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｖａｌｖｅ ａｎｄ
Ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｅｒｖｏ Ｖａｌｖｅ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ
ＳＵ Ｄｏｎｇ－ ｈａｉ ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ ｌａｎ ＲＥＮ Ｄａ－ ｌｉｎ
（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００２３， Ｃｈｉｎａ）
图 １ 电液伺服阀原理图
２．２ 电液比例换向阀的工作原理 电液比例换向阀的工作原理如图 ２ 所示。当电信
号输入给比例电磁铁时，比例电磁铁将电信号转换成 机械位移，使双向减压阀芯移动，这时从 Ｐ 点进入的压 力油经减压阀芯流到液动换向阀芯的油腔，推动阀芯 移动，使压力油 Ｐ 与 Ｐ１ 相通、Ｐ２ 与 Ｔ 相通；当电信号输 入另一电磁铁时，压力油 Ｐ 就会与 Ｐ２ 相通，Ｐ１ 与 Ｔ 相 通，阀上没有反馈油孔，反馈油压经反馈油孔分别引向 减压阀芯的两端，当作用在减压阀芯的液压力与电磁 铁的电磁力相等时，减压阀芯即处于平衡状态。阀的输 出流量大小和液流方向可以由输入电信号的大小及方 向来控制。
当输入控制电流 Ｉ＞０ 时，力矩马达会产生一个偏转 力矩，带动针形挡板偏转一个角度，此时，由于针形挡 板的偏转动作，使原来喷嘴与针形挡板的间隙变为一 边隙缝大，一边隙缝小，因此，喷嘴隙缝大的滑阀油腔 压力降低，喷嘴隙缝小的滑阀油腔压力增大，在滑阀两 端油腔的压力差的作用和针形挡板的拨动下，滑阀被 推向隙缝大的一边，当滑阀滑动时，针形挡板也同时起 反馈作用，它用本身具有的弹簧力与作用在滑阀上的 油液相互作用，直到大小相等、相互平衡为止。此时，滑 阀有一定的开口量，进油口 Ｐ 从的压力油通过滑阀的 开启，通向主液压泵斜盘的控制油缸，使主油泵动作。 输入的控制油压越大，滑阀的偏移量也越大。当输入的 控制电流 Ｉ＜０ 时，力矩马达会产生一个和输入电流 Ｉ＞０ 时相反的偏转力矩，使伺服滑阀向相反的方向移动使 执行机构也反向运动。
电液比例控制技术是一门比较年轻的技术，它的 发展和普遍应用还不到 ５０ 年，然而凭借着它的优点却 形成了流体传动与控制领域的一个重要分支，并成为 现代液压控制工程的基本技术构成之一。电液比例阀 是阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动 作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此 完成与输入电压成比例的压力、流量输出的元件。阀芯 位移也可以以机械、液压或电的形式进行反馈。对应于 普通的液压阀都能够找到一种与之对应的电液比例 阀。电液比例阀可以用于开环系统中实现随液压参数 的遥控，也可以作为信号转换与放大元件用于闭环控 制系统。电液比例技术虽然起步比电液伺服技术晚，但 是近年来发展却比较迅速，而且在液压系统中的应用
０ 引言
液压工业己成为全球性的工业，国际液压界一些 著名公司如美国的派克汉尼汾公司（ＰＡＲＫＥＲ ＨＡＮ－ ＮＩＦＩＮ）、 德 国 的 力 士 乐 （ＲＥＸＲＯＴＨ） 和 博 世 公 司 （ＢＯＳＣＨ）等居世界领先地位，我国液压工业距国外还 有一定的差距。
现代液控技术始于第一次世界大战后。今天，机电 一体化的进程对液控技术提出了更多的需求，而计算 机技术和控制理论的发展则为液压技术注入了新的动 力。电液比例阀与电液伺服阀作为液压系统中的重要 控制元件，分别代表了电液比例技术与电液伺服技术 的发展情况。电液伺服阀与电液比例阀的出现使液压 系统与现代化的电子技术结合的更加紧。
（３）由于传感器和电子器件的小型化，出现了传感 器、测量放大器、控制放大器和阀复合一体化的元件， 极大地提高了比例阀（电反馈）的工作频宽。主要表现 在一下几个方面：
１）高频响、低功耗比例放大器及高频响比例电磁 铁的研制，１９８６ 年西德 ＢＯＳＣＨ 公司提出高性能闭环控 制比例阀，由于采用了高响应直流比例电磁铁和相应 的放大器，并含位置反馈闭环，其流量输出稳态调节特 性无中位死区，滞环仅 ０．３％，零区压力增益达 ３％额定
１ 性能简介
电液伺服阀是闭环控制系统中最重要的一种伺服 控制元件，它能将微弱的电信号转换成大功率的液压 信号（流量和压力）。用它作转换元件组成的闭环系统 称为电液伺服系统。电液伺服系统用电信号作为控制 信号和反馈信号，灵活、快速、方便；用液压元件作执行
收稿日期：２００７－ １２－ ０６ 作者简介：苏东海（１９６４－ ），男，黑龙江省牡丹江市人，教授、博士，主要从 事液压技术方面的科研和教学工作。
机构，重量轻、惯量小、响应快、精度高。对整个系统来 说，电液伺服阀是信号转换和功率放大元件；对系统中 的液压执行机构来说，电液伺服阀是控制元件；阀本身 也是个多级放大的闭环电液伺服系统，提高了伺服阀 的控制性能。电液伺服系统是液压伺服系统和电子技 术相结合的产物，由于它具有更快的响应速度，更高的 控制精度，在军事、航空、航天、机床等领域中得到广泛 的应用。目前，液压伺服系统特别是电液伺服系统己经 成为武器自动化和工业自动化的一个重要方面，应用 十分广泛。
２
图 ２ 电液比例换向阀原理图
通过上述工作原理分析可以知道，电液比例换向 阀和电液伺服阀都是将电信号转换成阀芯位移信号， 再转换成压力信号来控制液压系统的工作。所以在一 些控制精度要求不是特别高的场合可以用电液比例换 向阀替代电液伺服阀来实现其控制性能。另外，电液比 例阀在价格上与电液伺服阀相比还是有很大的优越性 的。在现代化工业生产中已经有先例证明了电液比例 阀取代电液伺服阀的可行性。比如：奥钢联生产的 ９０ｔ 超高功率电炉液压站中电动机升降控制阀就是采用了 电液比例换向阀，其使用效果优于我国北钢设计院设 计的精炼炉液压系统的电液伺服阀。广州火电总公司 液压系统采用电液比例换向阀替代电液伺服阀成功改 造 ３ 台设备，动作安全可靠，操作灵活，未出现故障。因 此，可以说明电液比例换向阀替代原装电液伺服阀是 可行的。
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ ＆ Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．４．２００８
控制电压，负载腔达 ８０％供油压力，工作频宽和性能能 己达高水平伺服阀，而成本仅为后者的 １／３。
２）集成式放大器的位移传感器（２００Ｈｚ）的开发，为 电反馈比例阀小型化，集成化创造良好的条件。加拿大 的 ＭＩＣＲＯＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ 公司生产的高性能电液比例 流量阀 ＣＩＪＴＯＰＳ 可提供伺服阀特性而是比例阀的价 格，工作频宽达 ４０Ｈｚ。
电液伺服阀的工作原理如图 １ 所示。当工作压力 油由进油口 Ｐ 进入阀内，分别经两个节流孔进入滑阀 两端的油腔，然后再由两个喷嘴与针形挡板中间的隙 缝中流出，回到油箱，当没有控制电流输入时，针形挡
板在两个喷嘴端面的中间位置，此时，两个喷嘴孔和两 固定节流孔的压力参数相等，因而滑阀的两端油腔的 压力相等，滑阀处于中间平衡位置。关闭各通道，伺服 阀没有压力输出。行走主液压泵斜盘的控制油缸不动 作，而使主液压泵不做功。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｅｒｖｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ． Ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎ，ｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｌｖｅｓ ｃａｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏ－ ｇｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｗ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｖａｌｖｅｓ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｇｉｖｅｓ ｕｓ ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ａｎｄ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｉｎｄｉｖｉｄｕ－ ａｌｌｙ． Ａｌｌ ａｂｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍａｋｅ ｕｓ ｋｎｏｗ ｔｈｅ ｔｏｗ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｖａｌｖｅｓ ｗｅｌｌ． Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ；ｅｌｅｃｔｒｏ－ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ ｖａｌｖｅ；ｐｅｒｆｏｒ－ ｍａｎｃｅｓ
表 １ 电液伺服、比例、开关元件的性能对比
电液伺服阀具有体积小、功率放大率高、直线性 好、死区小、响应速度快、运动平稳可靠，能适应模拟量 和数字量调制等优点，所以在各种电液伺服系统中得 到了极广泛的应用，成为系统中的“心脏”，受到特别的 重视。
在液压系统中，电液伺服阀虽然有以上所列优点， 但是由于它对油液介质条件要求高，价格昂贵等的限 制与电液伺服阀相比，电液比例阀的出现使这些限制 条件都有所减低。与电液伺服阀相比，电液比例换向阀 优点：
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液压气动与密封／２００８ 年第 ４ 期 也是越来越广泛。
电液比例阀与伺服控制系统中的伺服阀相比， 在某些方而还有一定的性能差距，其主要性能比较 如表 １ 所示，但它显著的优点是抗污染能力强，大大 地减少了因污染所造成的工作故障，提高了液压系 统的工作稳定性和可靠性。另一方面比例阀的成本 比伺服阀低，结构也简单，己在许多场合获得广泛应 用。