傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)和無閥電液伺服系統(tǒng)傳統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)液壓傳動(dòng)技術(shù)作為一項(xiàng)十分重要的傳動(dòng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。近代液壓技術(shù)與微電子技術(shù)密切結(jié)合，使得電液伺服技術(shù)得到迅速發(fā)展。但是，傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng)在工作中能量損失較大、對介質(zhì)的污染非常敏感、制造精度要求很高、造價(jià)昂貴、出現(xiàn)故障時(shí)不易查找原因、管理維修費(fèi)用奇高、對溫度的變化也比較敏感。這些弊端極大地限制了傳統(tǒng)系統(tǒng)的應(yīng)用和普及。近年來，伺服比例控制、數(shù)字控制等技術(shù)取得了許多新成就，但大都沒有從根本上克服以上弊端。無閥電液伺服系統(tǒng)無閥電液伺服系統(tǒng)(ValvelessHydraulicServoSystem，VHSS)也叫直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)(DirectDriveHydraulicServo，DDHS)、直接驅(qū)動(dòng)容積控制(DirectDriveVolumeControl，DDVC)或電液混合(Hybrid)執(zhí)行裝置，即用調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓泵，這種系統(tǒng)不是靠改變泵的排量而是靠改變泵的轉(zhuǎn)速來改變其輸出流量，達(dá)到調(diào)節(jié)執(zhí)行元件速度的目的，從而實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。它最重要的特點(diǎn)就是使用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伺服閥。它結(jié)合了交流調(diào)速的靈活性和液壓大出力的雙重優(yōu)點(diǎn)。采用交流變頻和液壓容積調(diào)速組合成的交流變頻容積調(diào)速回路具有調(diào)速范圍寬、分辨率高、節(jié)能性好、抗污能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。在一般技術(shù)性能要求的伺服裝置上，已經(jīng)可以代替使用電液伺服閥的傳統(tǒng)型電液伺服系統(tǒng)。無閥電液伺服控制系統(tǒng)是最近幾年在國際液壓技術(shù)界出現(xiàn)的一項(xiàng)重大技術(shù)革新成果，它克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的某些缺陷，具有抗污染能力強(qiáng)、節(jié)能、造價(jià)低、可靠性高、安裝連接簡便等顯著特點(diǎn)在某些領(lǐng)域可完全替代傳統(tǒng)系統(tǒng)，是今后液壓控制的一個(gè)發(fā)展方向。無閥電液伺服系統(tǒng)的基本原理無閥電液伺服系統(tǒng)框圖如圖1所示，交流可調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵所

產(chǎn)生的液壓動(dòng)力直接推動(dòng)液壓缸（或液壓馬達(dá)）。無閥系統(tǒng)的工作原理圖2是一種閉式回路?；钊麠U伸出時(shí)，油缸上腔進(jìn)壓力油，下腔的油直接進(jìn)入油泵。因上腔容積大于下腔，上腔不足的油通過單向閥從油箱補(bǔ)油到油泵入口。反之，活塞桿縮入時(shí)，油泵反轉(zhuǎn)，下腔進(jìn)壓力油同時(shí)將液控單向閥打開，上腔多余的油（兩腔的油量差）返回油箱。由系統(tǒng)的工作原理可以看出，在缸的運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)能夠自動(dòng)補(bǔ)償差動(dòng)缸活塞面積差所產(chǎn)生的不對稱流量，能夠自動(dòng)補(bǔ)償缸泄漏產(chǎn)生的影響，靜態(tài)時(shí)可保持缸的兩腔處于某一壓力的張緊平衡狀態(tài)，而且在缸的運(yùn)動(dòng)和加載過程中兩腔的壓力能夠朝相反的方向變化，克服負(fù)載或使缸加減速。根據(jù)圖2所示工作原理，將單桿活塞液壓缸做成雙向?qū)ΨQ缸，就可以應(yīng)用于磨床液壓系統(tǒng)，也可將液壓缸換成液壓馬達(dá)作成一個(gè)泵控馬達(dá)液壓系統(tǒng)。國外無閥電液伺服系統(tǒng)發(fā)展情況概述世界上最早研究直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的國家是日本、德國、美國和瑞典。日本是世界上能源最匱乏的國家之一，所以，日本對節(jié)能技術(shù)方面的研究比較深入。日本第一電氣公司對直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)有著近十年的研究，取得領(lǐng)先的研究成果，并已經(jīng)達(dá)到實(shí)用的階段。其研制的直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)已經(jīng)在精密鍛壓機(jī)、船用舵機(jī)、連鑄設(shè)備、印刷機(jī)、六自山度平臺(tái)、2500噸液壓成型機(jī)等裝置上得到了應(yīng)用。日本鋼管株式會(huì)社(NKK)福山制鐵所連鑄設(shè)備采用第一電氣株式會(huì)社設(shè)計(jì)的無閥電液伺服系統(tǒng)，節(jié)能效果十分明顯，每年電費(fèi)從500萬日元銳減為9萬日元，只占改造前的1.8%。而且，因無閥系統(tǒng)所用的液壓油相對較少，改造后的連鑄設(shè)備解決了廢油處理和環(huán)保等方面的難題。東京海洋大學(xué)的練習(xí)船“汐路丸”號舵機(jī)于1998年改造時(shí)也采用了日本第一電氣株式會(huì)社設(shè)計(jì)生產(chǎn)的無閥電液伺服驅(qū)動(dòng)的舵機(jī)裝置，所需電力只為改造前的十分之一。該系統(tǒng)投入使用以來，運(yùn)行狀況大大超過改造前的操舵性能，還可進(jìn)行舵減搖的試驗(yàn)研究。該船改造前后傳統(tǒng)型和無閥系統(tǒng)對比表如表1所示。東京工科大學(xué)的一柳研究室對直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)也有深入的研究；日本的NAMBU公司和OPTON公司都有直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的成型產(chǎn)品;美國、德國、俄羅斯、瑞士等國家對直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的研究，目前集中在電動(dòng)靜液作動(dòng)器(EHA)、注塑機(jī)、制磚廠和液壓電梯上。美國MOOG公司研制的新型電動(dòng)靜液作動(dòng)器于1997年在F一18上作了飛行試驗(yàn)。1997年，瑞士BERINCER公司在德國奧斯布格的“‘97’INTERLIFT國際電梯展覽會(huì)”上展出了其最新研制的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯控制系統(tǒng)。從國外的自驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的研制情況可以看出，目前國外在直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)的研制方面已具備相對成熟的技術(shù)，而且已有專業(yè)廠家生產(chǎn)。圖3所示為日本第一電氣公司生產(chǎn)的直驅(qū)式容積控制電液伺服機(jī)構(gòu)。國內(nèi)無閥電液伺服系統(tǒng)的發(fā)展情況國內(nèi)對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的研究起步稍晚，主要研究單位有浙江大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和太原理工大學(xué)。浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立變頻液壓系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)。在該試驗(yàn)臺(tái)上可以模擬直線水平運(yùn)動(dòng)、直線垂直運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的負(fù)載。他們提出了幾種典型的VVVF液壓系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)直線水平負(fù)載（已用于注塑機(jī)等設(shè)備中）、驅(qū)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)負(fù)載的開式系統(tǒng)回路（用于液壓電梯）以及由變頻器，經(jīng)異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向液壓泵的閉式系統(tǒng)回路（可用于驅(qū)動(dòng)大型機(jī)床的主軸或回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）;并建立了變頻回轉(zhuǎn)液壓裝置的數(shù)學(xué)模型，利用Simulink作了動(dòng)態(tài)特性仿真，討論了主要參數(shù)改變對仿真曲線的影響，結(jié)論是減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有利于啟動(dòng)；彈性模量減小則使啟動(dòng)平緩但使動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢;阻尼變化對轉(zhuǎn)速?zèng)]有影響，但對系統(tǒng)壓力有影響。浙江大學(xué)已經(jīng)將這種新的調(diào)速方式用于液壓電梯的研究中，對回路內(nèi)泄漏的補(bǔ)償、低頻力矩、電磁屏蔽及下行能量回收等問題進(jìn)行了深入的研究。廣東工業(yè)大學(xué)的研究主要集中在理論上，他們對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性和可行性做了深入的研究，結(jié)論是交流變頻容積調(diào)速回路與傳統(tǒng)容積調(diào)速回路具有完全相同的輸出特性。在調(diào)速范圍上，新的調(diào)速回路遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的容積調(diào)速回路的調(diào)速范圍:調(diào)速精度和效率上新的調(diào)速回路也要好于傳統(tǒng)的容積調(diào)速回路。北京航空航天大學(xué)主要是針對電動(dòng)靜液作動(dòng)器（EHA）進(jìn)行了深入的研究。他們給出了這種新型EHA原理樣機(jī)的方案并進(jìn)行了仿真分析，指出了直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，具有重大的發(fā)展意義。太原理工大學(xué)的權(quán)龍教授針對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)這種新型電液動(dòng)力源也有深入的研究，為此還申請了國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目。其他的院校，如西安交通大學(xué)等也開展了對直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)的研究工作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)對直驅(qū)式容積控制電液伺