伺服阀：Domin如何改变游戏规则

原文作者：Antonino Bonanno教授，著名液压专家、欧盟机械指令委员会顾问、《Oleodinamica e Pneumatica》杂志科学编辑。

编辑整理：腾益登

伺服比例阀和伺服阀被视为液压领域的标志性产品。然而，即使在这个领域，3D打印等新技术也在推动重大变革。令人兴奋的新可能性正在出现，以对抗电动驱动的兴起。让我们来探讨一下Domin的案例，这是一家充满活力且高度创新的英国公司。

在工业工厂中，能源效率低但高度可靠的解决方案通常比更节能但可靠性较低的替代方案更受青睐。然而，移动行业却讲述了一个不同的故事，能源效率和控制占据了中心位置。

最近，在电力系统日益增长的竞争压力的推动下，一些制造商也在工业领域引入了创新技术。

最近进入市场的最先进的解决方案之一来自总部位于英国布里斯托尔的 Domin Fluid Power Limited。我的朋友 Alessandro D’Angelo（Domin的销售总监）向我介绍了这家公司，我要感谢他为本文提供素材。

让我们首先回顾一下传统伺服阀的工作原理以及Domin新阀门的工作原理。

伺服比例阀

控制液压执行器运动的最简单方法是通过伺服比例阀。这些控制装置使用具有复杂机械设计的阀芯，由高动态比例电磁阀驱动。通常，这些阀门使用 LVDT 线性传感器在闭环中控制。

如前所述，这些阀门的一个显着特点是阀芯上有凹槽。这些凹槽根据其形状确定阀芯位移与流过阀门的流量之间的关系。图2显示了此流量特性的一个示例。

比例阀有两个关键特性：(i) 死区，即尽管向电磁阀提供电流，也不会发生流动的区域；(ii) 非线性流量特性。

死区宽度和电流与流量的比例取决于凹槽的形状。

阀芯上的环形凹槽起稳定作用，防止阀门操作期间发生卡塞。如图2所示，沿 Y 轴的不对称通常是出于与应用相关的功能原因而故意为之。

尽管阀芯需要复杂且昂贵的加工，但由于没有先导级且阀体加工要求较低，伺服比例阀比两级伺服阀更易于制造。

这些阀门的其他典型特征包括长驱动行程、与伺服阀相比精度较低以及动态响应较慢。这在图3中的对数图中有所说明，其中阀门的响应在4Hz以上下降超过3dB，这意味着信号幅度在较高频率下减半。

实际上，这意味着控制精度仅在 4 Hz 以下的驱动频率下才可靠。传统上，比例伺服阀比两级伺服阀更笨重，因此不太适合空间和重量至关重要的应用。

两级伺服阀

两级伺服阀由两个独立部件组成：先导级和功率级（主级），如图4所示。先导级使用系统压力（通常不超过 30 bar）来产生移动功率级所需的驱动力。

在先导级中，流量较低，从而最大限度地减少压力损失。先导产生用于驱动功率级的压力信号。

通过使用电磁阀控制先导级（由于流量和压力低，所需的功率最小），可以控制功率级阀芯的移动以处理更高的流量和压力。

先导级和功率级之间的面积差异产生了信号放大效应。

根据所使用的先导系统，动态响应可能明显高于伺服比例阀，如图5中的对数图所示。

对于阀门用户来说，尽量减少寄生损耗至关重要。两级阀门需要较小但恒定的驱动功率来保持先导级处于活动状态。

传统制造商通常不会解决寄生损耗的根本原因，而是缩小先导级控制开口的尺寸，从而增加了污染物堵塞阀门的风险。

因此，需要高效过滤以防止先导级堵塞。

图 5 – 两级伺服阀频率响应示例

Domin旋转驱动伺服阀

关键创新在于利用3D打印精确加工阀体，并利用无刷电机的优势实现精度和稳定性。

该专利解决方案使 S4 Pro 阀门能够处理 0.5 至 18 l/min 的流量，带宽为 200 Hz。此外，与传统的伺服比例阀不同，S4 Pro 提供了指令和流量之间的完美线性关系。

S4 Pro 在待机模式下的功耗为 2W，在满流量下功耗不到 100W，重量仅为 290 克，包括集成控制电子设备。3D 打印的好处远不止于此。

在传统阀门中，需要对阀芯进行昂贵的加工以调整流量特性。在Domin的设计中，调整是在阀体上完成的，可根据客户要求进行定制。

在 S6 Pro 型号中，阀芯不再是旋转阀芯，而是轴向移动，类似于传统的伺服比例阀。不过，在这种情况下，驱动仍然由通过偏心轮连接到阀芯的无刷电机提供动力。

S6 Pro (NG6) 处理流量高达 60 升/分钟，带宽超过200Hz，重量不到 600克。控制电子元件集成在阀门中，可以通过简单的电压或电流信号进行操作，就像市场上传统的伺服比例阀一样。

这又增加了另一个优势：与传统解决方案完全兼容。创新全部在阀门内部，因此客户无需进行任何特殊调整即可安装 Domin 的产品。

对于更高的流量要求，Domin 还提供 S10 Pro (NG10)，其处理量高达 250 l/min，带宽超过 100 Hz。

到今年年底，Domin 将发布另外两款型号：S12 Pro (NG16) 和 S14 Pro (NG25)，将流量范围扩大到高达 1500 l/min。

Domin 是一家充满活力且快速发展的公司，在全球流体动力行业迅速声名鹊起。该公司正在迅速扩张，其网站上目前有多个职位空缺就是明证。

3D打印正在为最成熟的液压领域（如阀门）带来一场革命。挑战已经开始，看看竞争对手如何应对将会很有趣。

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：伺服阀：Domin如何改变游戏规则