高速开关阀及其发展趋势

姚亚妮（国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司,新疆　哈密　839000）

高速开关阀及其发展趋势

姚亚妮
（国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司,新疆哈密839000）

本文首先对高速开关阀在国内外的种类及发展进行了介绍，然后论述了国内外对于高速开关阀的其他型式的研究，最后具体阐述了高速开关阀的控制特点及发展趋势。

高速开关阀；趋势；发展

高速开关阀常常利用计算机实现有效控制，它虽然受到开关量控制的影响，但并不只是单纯的开关信号。运用计算机简单的持续控制是高速开关阀的特别大的优点。数据处理和构建有逻辑性的控制数据策略是计算机所具备的能力。所以，在液压控制的回落中运用计算机替代各种人工判断和检测，能提高控制水平和系统性能，并且高速开关阀可以将OFF/ON的这种数字信号直接换为流体的脉冲信号，不需要运用D/A转换接口就能利用计算机把液压系统和控制技术相互结合。

1　高速开关阀在国内外的发展及分类

国外很早就对高速开关阀有研究，上个世纪70年代末的英国对高速开关阀中的电磁开关阀就有研究，开发出Colenoid阀和Helenoid阀这两种有着特殊结构的电磁开关阀。并且都是利用了形状和结构比较特殊的电磁铁，解决了“越大的电磁作用力反而具有较小的衔铁加速度”的电磁开关阀的矛盾，但是结构复杂的这两种电磁开关阀，成本很高，制造和加工的难度也非常大，在实际运用中受到限制。

我国相对于国外来说，高速开关阀的研究工作不仅晚，而且自从上世纪80年代开始到现在，小于0.5ms响应时间的高速开关阀仍未出现。研究工作可分为：一方面是合作或者自主开发电磁开关阀的样本机器以及和样机互相配套的相关驱动控制装置；另一方面根据外国的相关研究，摸索缩短响应时间的电磁开关阀的基础研究理论。

最近几年，全球各国的科研机构或企业开发了很多高速开关阀的型式，高速开关阀按照不同方式可分为。

1.1依据工作位置进行分类

依据工作位置可将高速开关阀分为：三位四通、三位三通、二位三通和二位二通。经常使用的是二位三通和二位二通两种高速开关阀，其具体工作原理在这里就不一一介绍了。

1.2根据阀芯结构形式进行分类

我们经常使用的阀芯结构是工艺性能好、动作比较灵敏、密封好且行程短、运动摩擦力小、面积梯度大、动态性能好，结构又非常简单的球阀式。不过，球阀式结构因为被液动力影响，使其在钢球上作用导致液压力失衡，最终只能把球阀式结构制成小通径阀。为了降低动态响应速度，常在有较高要求的流量场合，为了构造二级开关阀结构把它作为先导阀。

锥阀式结构是比较理想的一种阀芯结构形式，它设计了不受液动力影响的高低压平衡，避免球阀式结构的相关液压力失衡问题。不过，它受限于工艺性能，只能做成二位二通的形式。

平板阀由于静态力失衡，只能应用于低压或小通径场合。

1.3依据电一机械的转换装置进行分类

依据电一机械的转换装置可以把高速开关阀分为力矩马达式、螺管电磁铁式、压电晶体和盘式电磁铁式等。

盘式和螺管电磁铁式的输出力相对较大，由于线圈匝数和运动部件影响转换装置，造成较差的动态性能，也延迟了电磁时间。虽然力矩马达式有比较好的动态性能，但它价格较高，结构非常复杂，并且输出力也很小。压电晶体式有较好的动态性能及最短的切换时间，输出力也相对较高，不过它的输出位移相对较小，能控制的流量也不大，在驱动时会耗费大量的电能[1]。

2　高速开关阀的其他型式在国内外的研究

2.1高速开关阀的压电晶体型

国外最近采用晶体材料，利用其压电效应研究，制造出一种高响应的电液阀。其压电材料具有在外力作用导致变形时，表面会因为内部极化而产生电荷的特点，是一种晶体材料，我们常用的煤气灶就把这种原理应用到点火装置。反之，利用较强电场对极化的地方进行施压，就会导致压电材料变形，没有电场施压时，材料又恢复原样。压电材料的这种特性也被运用到压电晶体阀中[2]。

2.2稀土超磁致伸缩材料高速开关阀

由于电磁铁吸合式电磁阀的输出功率和频响有一定的局限性，现在我们做驱动器时采用稀土超磁致伸缩材料。这种材料比较压电陶瓷材料，在低频阶段的应变量相对较大，并且对压应力的承受能力较大，能让机械能和电磁能两者之间进行高速转换，不过在转换中对驱动能量的消耗较大，汽车电喷系统中的应用不太方便。

2.3电流变液高速开关阀

电流变液高速开关阀的驱动元件是电流变液体。电场致流变流体，指介电常数从高向低把颗粒分散到绝缘液体中形成的比较均匀的一类悬浮液。在交流或直流电场中，这种悬浮液会出现流变性能的变化，表观粘度比没有电场时高很多个数量级，也有可能会变成固态，除去电场，粘度又变为原值，体系也变为液体。因为电流变液的这种特性，加上较快的响应速度，人们称它为“机敏材料”。电流变技术有很大的应用前景，如果突破了，在机电液压技术、汽车等工业中会被大量应用[3]。

3　高速开关阀的发展趋势

数字控制电液系统中，高速开关阀起着很重要的作用。它与比例阀和伺服阀一样，价格比较便宜、结构相对简单，而且具有较强的抗污染能力；不同的是，高速开关阀的控制精度和流量都不理想，而且响应频率也低。根据高速开关阀的应用范围受上述缺点限制，它的发展趋势跟随国内外学者的研究方向：一般研究运用二级高速开关阀来控制阀的流量；从控制方式着手探究阀的控制精度；通过改进、研究驱动器的结构材料来改变阀的响应频率。

4　结语

综上所述，高速开关阀相对于比例阀及伺服阀具有不少优点，比如寿命较长、较快的响应速度、结构比较简单紧凑、抗污染能力较强、较好的重复性、工作可靠且价格较低等等。作为数字式元件比较适合工作环境较差且没有较高精度要求的工作场合，有效控制电液系统的数字。高速开关阀在国外的应用领域比较广，如在大型液压控制系统、汽车制造及工程机械中都有用到。在不断进步的机电一体化、计算机控制和自动化等技术发展过程中，高速开关阀的发展趋势也在不断扩大。

[1]胡竟湘,李建军,钟定清等.高速开关阀及其发展趋势[J].机电产品开发与创新,2009,22(02):60-62.

[2]丁凡,姚健娣,笪靖等.高速开关阀的研究现状[J].中国工程机械学报,2011,09(03):351-358.

[3]温成卓,吴张永,王娴等.高速开关阀控插装阀的特性研究[J].机床与液压,2012,40(23):61-63.