对通径6的数字伺服阀的性能进行研究。首先阐明2D数字伺服阀的工作原理,其次分析其内泄漏的原因并进行理论分析。2D数字伺服阀为利用阀芯的双运动自由度原理设计而成的导控型阀,由于其采用的是螺旋伺服机构,使得两个自由度互不干扰,十分巧妙地实现了两级阀的功能。最后对其进行试验研究,实验结果和与国外阀的性能比较均表明2D数字伺服阀具有良好的动态性能,并且其内泄漏量很小。

为优化设计2D伺服阀并提高其测试的准确性和高效性,结合虚拟仪器和高速数据采集技术,开发一套2D伺服阀的测控系统,包括参数设置、数据采集、数据存储及分析等功能。通过对10通径2D伺服阀进行测试,结果表明:该测控系统能够实现不同工况下2D伺服阀的静动态特性及频响测试;静态特性显示阀芯轴向位移与流量成线性关系,且滞回非常小;当系统压力为14 MPa、阶跃响应时,伺服阀轴向位移的上升和下降时间分别为9和7 ms;当敏感腔体积加倍,系统压力为13 MPa时,2D伺服阀会发生自激振动和啸叫,且振动基频约为1300 Hz。

为提高2D伺服阀的性能,设计应用于2D伺服阀的嵌入式电液伺服控制系统。该系统基于TMS320F2812DSP芯片设计了新型嵌入式控制器,集成A/D采样以及串口通讯等功能模块,并采用位置与电流双闭环控制算法对2D伺服阀的动静态特性进行实验测试。同时,利用图形化编程工具Lab VIEW,设计了人机交互界面,可以方便对控制器相关功能模块参数进行在线调试和实时显示工作状态。实验结果表明,该伺服控制系统工作稳定,具有良好的性能,由其控制的2D伺服阀的性能有了很大的提升。

阐述了插装式二维(2D)伺服阀的结构及工作原理,设计了圆形和扇形两种回油流道结构,通过Fluent软件对不同进出口压差下两种流道结构的流量、压力分布、速度分布进行数值模拟计算,进而算出两种流道结构的流阻系数,通过实验研究验证了仿真结果的正确性。研究表明,在进出口压差相同的条件下,扇形流道的流阻相比圆形流道的流阻较小,能量损失较小,通流能力较大,流阻系数是流道的本身性质与外界条件无关。这为插装式伺服阀的优化设计提供了一定的参考。

介绍了一种2D结构的大流量伺服阀的工作原理,通过理论分析和产品样机试验,研究该阀的泄漏特性、空载流量特性以及阀芯运动过程的动态特性,并结合试验数据阐述了大流量2D伺服阀设计中需要注意的问题.该阀在单边压降为3.5 MPa时,流量可达到1000 L/min,并且具有良好的动态特性,且频宽约为120 Hz.

2D伺服阀采用伺服螺旋机构实现阀芯的角位移转换为阀芯的轴向位移。采用2D阀的结构方案实现了1000L/min大流量阀的设计。采用步进电机作为电一机械转换器，并采用位置和电流闭环来驱动阀芯转动。为了实现步进电机输出角位移连续可控采用了步进电机连续跟踪算法的控制方法并在步进控制中引入脉宽调制控制技术，并以此为基础搭建了试验平台，设计了以TMS320F2812作为CPU的2D伺服阀控制器。在分析该阀的结构和工作原理基础上，对该阀频率响应进行实验研究。实验表明：该阀具有良好的动态特性，在幅值为25％阀满开口的正弦信号输入下，相位滞后90°对应的频宽约为50Hz。

为了研究2D伺服阀控制液压单出杆缸位置闲环系统输出对输入的响应特性，设计了2D阀控单出杆实验的原理和结构及其同步电液数字伺服系统，并在此基础上完成2D阀控单出杆的稳定性分析和响应特性分析的实验研究。实验结果表明对2D阀控单出杆缸位置闭环实验，当输入信号幅值为0．1v（8mm）时，阶跃响应的上升时间为1．2s，调整时间为2．5s，系统稳态误差为0，-3dB时对应的频宽为5Hz。

为研究双自由度（2D）伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响，运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明，在出口压力低于1 MPa时，阀口处会出现气穴现象，且因气穴指数σ较小，故在弓形感受通道会出现气泡现象，出口压力高于5 MPa时，无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在；随着入口流速增加，阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加；在出口压力0.1 MPa情况下，随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明，2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴，对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。

为了研究阀芯形式为圆孔型高低压孔2D伺服阀的阶跃响应时间，设计了摆轮式阶跃响应装置，并在此基础上完成对圆孔型2D伺服阀的阀芯位移的响应特性分析和稳定性分析的实验研究。实验结果表明：摆轮式机构可以给出一个理想的阶跃信号，当输入压力为21MPa时，阶跃信号为0．9ms，圆孔型2D伺服阀的阀芯位移阶跃响应时间为2ms。

为提高螺旋伺服机构的动态性能，设计了阀芯形式为斜槽型高低压孔的2D伺服阀，并对斜槽型2D伺服阀和圆孔型2D伺服阀进行导控级零位泄漏实验、阀芯阶跃响应特性和动态特性的实验研究。实验结果表明：对阀芯的高低压孔进行斜槽型结构的改进是合理的，可以提高伺服螺旋机构的动态性能的目的。