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SV20GB1-43/V
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Piezo EAC concept 1.2 高速开关阀阀体结构优化与创新 高速开关阀常用的阀芯结构为球阀式和锥阀式。浙江大学周盛研究了不同阀芯阀体结构液动力的影响及补偿方法。通过对阀口射流流场进行试验研究，对流场内气穴现象及压力分布进行观测和测量。美国BKM公司与贵州红林机械有限公司合作研发生产了一种螺纹插装式的高速开关阀(HSV)，使用球阀结构，通过液压力实现衔铁的复位，避免弹簧复位时由于疲劳带来复位失效的影响。推杆与分离销可以调节球阀开度，且具有自动对中功能。该阀采用脉宽调制信号(占空比为20%~80%)控制，压力可达20MPa，流量为2~9L/min，启闭时间≤3.5ms。该高速开关阀代表了国内产业化高速开关阀的***水平，如图4所示。 美国Caterpillar公司研发了一款锥阀式高速开关阀，如图5所示。该阀的阀芯设计为中空结构，降低了运动质量，提高了响应速度与加速度。其将复位弹簧从衔铁位置移动至阀芯中间部位，使得阀芯在尾部受到电磁力，中间部位受到弹簧回复力，在运动过程中更加稳定。但是此设计使得阀芯前后座有较高的同轴度要求，初始气隙与阀芯行程调节较难，加工难度高，制造成本大。该阀开启、关闭时间为1ms左右，目前已经在电控燃油喷射系统中得到运用。美国Sturman Industries公司开发了基于数字阀的电喷系统，其系统所用高速开关阀最小响应时间可达0.15ms。 图4 贵州红林HSV高速开关阀Fig.4 HSV high-speed on/off valve 图5 Caterpillar公司的锥阀式高速开关阀Fig.5 Poppet high-speed on/off valve of Caterpillar 除了采用传统结构的高速开关阀，新型的数字阀结构也是研究的重点。明尼苏达大学(University of Minnesota)设计了一种通过PWM信号控制的高速开关转阀，如图6所示。该阀的阀芯表面呈螺旋形，PWM信号与阀芯的转速成比例。传统直线运动阀芯运动需要克服阀芯惯性而造成的电机械转换器功率较大，而该阀的驱动功率与阀芯行程无关。从实验结果可知，在试验压力小于10 MPa的情况下，该阀流量可以达到40L/min，频响100Hz，驱动功率30 W。 浙江工业大学在2D电液数字换向阀方面展开研究，如图7所示。其利用三位四通2D数字伺服阀，在阀套的内表面对称的开一对螺旋槽。通过低压孔、高压孔与螺旋槽构成的面积，推动阀芯左右移动。步进电机通过传动机构驱动阀芯在一定的角度范围内转动。该阀利用旋转电磁铁和拨杆拨叉机构驱动阀芯作旋转运动;由油液压力差推动阀芯作轴向移动，实现阀口的高速开启与关闭。当用旋转电磁铁驱动时，在28 MPa工作压力下，阀芯轴向行程为0.8mm，开启时间约为18ms，6mm通径阀流量高达60L/min。 图6 高速开关转阀Fig.6 High-speed rotary on/off valve 图7 2D电液数字换向阀原理Fig.7 Schematic diagram of 2Ddigital valve 1.3 高速开关阀并联阀岛研究 上述研究都是针对数字信号控制的高速开关阀。然而，由于阀芯质量、液动力和频响之间的相互制约关系，单独的高速开关阀都面临着压力低、流量小的限制，在挖掘机、起重机工程机械上应用还具有一定的局限性。为解决在大流量场合情况下的应用问题，国外研究机构提出了使用多个高速开关阀并联控制流量的数字阀岛结构。以坦佩雷理工大学为代表，丹麦奥尔堡大学(Aalborg University)与巴西圣卡塔琳娜州联邦大学(Federal University of Santa Catarina)都在这方面有深入的研究。 坦佩雷理工大学(Tampere University of Technology)研究的SMISMO系统。采用4*5个螺纹插装式开关阀控制一个执行器，使油路从P-A，P-B，A-T，B-T处于完全可控状态，每个油路包含5个高速开关阀，每个高速开关阀后有大小不同的节流孔，如图8所示。通过控制高速开关阀启闭的逻辑组合，实现对流量的控制。通过仿真和实验研究，采用SMISMO的液压系统更加节能。 图8 SMISMO系统原理图Fig.8 Hydraulic
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