2 超磁致伸缩材料在电液伺服阀中的应用现状

GMM在电液伺服领域中的应用主要集中在电液伺服阀的研发上，电液伺服阀可接收系统发出的指令信号，从而控制系统输出较大功率的液压能，进而驱动相应的执行元件，是系统电液信号转换的关键器件。GMM应用于电液伺服阀的研究涉及到机、磁、电、液等诸多学科之间的复杂联系。目前，国内外学者们在GMM基础理论及阀体设计研究方面己经具有一定水平，因而为GMM应用于伺服阀的研发上提供了有利支撑。

电液伺服阀的分类标准繁多，根据现阶段GMM在电液伺服阀中应用的情况，主要分为喷嘴挡板阀、射流管阀和直接驱动伺服阀。

2.1 在喷嘴挡板阀中的应用

图1所示为喷嘴挡板阀的典型结构，是当前较为常见的两级电液伺服阀。这种阀的工作原理为:压力油从P口进入，再经过喷嘴与挡板之间的间隙流至溢流空间，在断电条件下，挡板位于两喷嘴中间，此时挡板两侧的液流阻力相等，阀芯位于中间;当通入某一极性的电流时，挡板受力发生偏转，导致两端容腔压力不相等，带动阀芯运动。该阀具有灵敏度高、体积小的特点，但同样存在易污染堵塞、中位泄漏大等缺点。

1.过滤器2.左节流孔3.喷嘴4.可动衔铁5.力矩马达6.线圈7.弹簧管8.挡板9.反馈杆10.阀芯11.右节流孔

图1 喷嘴挡板阀典型结构

印度Imarat研究中心的KARUNANIDHI等设计了两款GMM喷嘴挡板阀，图2为两款喷挡阀的三维图。

这两款喷嘴挡板阀分别采用机械放大式和永磁偏置式GMM驱动器，机械放大式GMM喷嘴挡板阀采用压曲式放大机构对GMM棒输出位移进行放大，能得到较大的系统输出流量;永磁偏置式GMM喷挡阀采用偏置式永磁体，能够产生较均匀的偏置磁场，用以消除GMM在高频振动时出现的倍频现象，同时能够适量调节GMM内磁场大小。基于超磁致伸缩材料的优良特性，该两款阀具有比传统喷嘴挡板阀更好的输出特性，其输出性能参数对比如表2所示。

图2 GMM喷挡阀

表2伺服阀的性能参数对比

常家庆等设计了一种超磁致伸缩驱动水压伺服阀，其工作原理为:向左侧驱动线圈中通入电流后，GMM棒产生应变位移直接推动反馈杆A端向右移动，喷嘴口处的挡板在支点0的作用下向右偏转，使得挡板远离右侧喷嘴，靠近左侧喷嘴。在液压桥路的作用下，两端喷嘴前腔压力P₁、P₂发生变化致使阀芯两端产生压力差进而驱动阀芯向右运动，并且反馈杆的下端与阀芯铰接，阀芯会连带反馈杆底端向右移动，因而产生“反馈”效应。该阀集中了超磁致伸缩材料和水压传动的优点，同时具有传感和驱动控制功能，能实现对执行元件的精准控制。通过实验仿真得到此阀的相频宽度为50Hz，幅频宽度为60Hz，响应时间为16ms，所设计阀的结构如图3所示。

图3 超磁致伸缩驱动水压伺服阀

王新华等基于超磁致伸缩材料的正逆效应开发了集传感与驱动于一体的自传感驱动器，首次提出了一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器新概念，并利用该驱动器设计了一种带有位移放大机构的双相对置超磁致伸缩自传感驱动双喷嘴挡板阀，其结构如图4所示。

1.调整螺钉2.后端盖3.外壳4. GMM棒5.驱动线圈6.偏置线圈7.线圈骨架8.放人机构9.碟簧10.输出杆11.柔性铰接挡板12.反馈杆13.阀体14.阀套巧.阀芯16.右阀芯端部腔17.右静压工作腔

18.右节流孔19.左静压工作腔20.左节流孔21.右端喷嘴22.左端喷嘴23.左阀芯端部腔

图4 双相对置GMM自传感驱动双喷嘴挡板阀

该阀通过自传感驱动器将输入的电流信号转换成柔性铰接挡板的偏移，使得喷嘴前腔中形成压力差，从而推动阀芯工作。该阀工作时，一钡」驱动器产生输出，另一侧驱动器利用自身的传感检测功能，将输出信号反馈至输入电流，形成闭环控制，能实现对驱动对象的实时控制和精确定位，提高了控制的可靠性和精度。在基于J一A模型、二次畴转模型及伺服阀结构动力学模型原理上，建立了该阀的磁滞非线性动态模型，并利用MATLAB / Simulink对其静动态特性进行了仿真分析，结果表明该阀的频宽约为40Hz，系统稳定性好。