前言
　　液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一,世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。据统计,世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%,世界液压元器件的销售总额为350亿美元。
　　我国液压工业是随我国工程机械发展而发展起来的行业,底子薄,基础差。近年来在技术引进、技术改造、科研开发等方面国家给予了一定的支持,取得了很大的成绩。据2002年行业统计,主要企业255家,生产总产值85.05亿元,拥有固定资产约50亿元。2004年液压行业总产值达103亿元,首次突破100亿元,创历史最高水平。随着工业化和自动化水平的提高,需要配套大量的高性能和高可靠性的液压元件。初步测算,预计到2010年国内对液压产品需求总额,将由2005年的100多亿元增至200亿元。
　　我国目前主要液压元件制造企业生产的大部分是普通产品,而技术含量高、产品利润率大的缸、泵、阀产品几乎全被国外厂商及合资企业所垄断。我国液压元件制造企业制造的缸、泵、阀,水平低,功耗高,可靠性差,尤其是泄漏和效率,一直是液压技术领域中亟待解决的问题。
　　节流阀是液压系统中调节液体流量的元件。现有节流阀都是通过手柄进行调节的,由于节流阀内的压力往往高于大气压力,在手柄与阀体之间的间隙中会产生液体流动,这就是液压阀的外泄漏。外泄漏会导致污染环境和消耗能量。
　　节流阀的流量特性可用公式q=KA$pm来描述。由流量公式可知,当系数K、压力差$p和指数m一定时,只要改变节流口面积A,就可调节通过阀口的流量。但实际上,当通流截面面积设定以后,还有其他因素影响流量www.cechina.cn,如外负载变化时,压力差$p将发生变化,使通过节流口的流量发生变化。从而影响执行元件速度的稳定性。
　　1 磁力调节节流阀的特点
　　磁力调节节流阀可以解决普通节流阀的外泄漏和改善其流量的稳定性。
　　解决外泄漏的最有效方法就是采取密封措施。实践证明,在静密封处可以做到完全杜绝泄漏,而在动密封处,无论是采用何种密封(如填料密封、橡胶圈密封等),由于零件之间存在着相对运动,泄漏不可能完全消除,特别是使用时间越长,密封材料磨损越严重,泄漏就越大。磁力调节节流阀可以将动密封转化为静密封,从而彻底解决外泄漏问题。
　　当外负载变化时,压力差$p随之发生变化,根据流量特性公式q=KA$pm,通过节流口的流量发生与压力差$p同向的变化。采用磁力调节节流阀,当压力差$p发生变化时,阀芯可在压力差和磁场力的共同作用下达到新的平衡位置,使得节流口面积A的变化与压力差$p的变化方向相反,从而保持流量q的稳定性。
　　2 磁力调节节流阀的结构及工作原理
　　如图1a所示。它主要包括阀体1、外磁体2、内磁体3、调节螺母4、进流口支承套5、弹簧6和阀芯7。阀芯7设置在阀体1内并与内磁体3固定连接,与内磁体3相适配的外磁体2及弹簧6套装在阀体1上,内、外磁体均由永磁材料制成,阀体1由导磁材料制成,在内、外磁体之间可以形成磁场。外磁体2在弹簧6和调节螺母4的共同作用下可沿阀体1的轴向移动CONTROL ENGINEERING China版权所有,这时通过内、外磁体之间所形成的磁场力,带动内磁体3和阀芯7一起沿阀体1的轴向移动。

　　节流阀通流截面面积的大小是通过改变阀芯在阀体内的轴向位置控制的,现在阀芯被装在阀体内部,与外部的调节螺母及其他运动部件无任何接触,其轴向位置是通过内、外磁体之间的磁场力进行调节的,属于无接触传动,取代了过去传统的动密封,从而彻底杜绝了泄漏。
　　当无液体流过节流阀时,阀芯上没有液体压力的作用,这时内磁体上的N(S)极分别与外磁体上的S(N)极相对,内、外磁体之间的作用力(吸力)是沿着阀芯径向作用的,阀芯轴向没有力的作用,阀芯由内磁体确定在图1a所示位置。
　　当液体从节流阀进口流入,经阀芯中心孔、端面小孔、端面三角槽由出口流处时,由于压力损失,使得阀的出口压力p2低于进口压力p1,压差$p=p1-p2的作用使得阀芯向出口方向移动,并带动内磁体移动,这时内磁体上的N(S)极偏离外磁体上的S(N)极,外磁体对内磁体的作用力(吸力)发生偏移,如图1b,这时除了有沿着径向的分力外,还产生了一个沿着阀芯轴向的分力,这个力是指向进口方向的,且偏离越大,这个轴向分力越大[1]。此时沿阀芯轴向作用有2个力:外磁体对内磁体作用力(吸力)的轴向分力和液流压差对阀芯的作用力,这2个力方向相反。当这2个力大小相等时,阀芯处于平衡状态,这时阀芯端面三角槽与阀口之间构成了一定的通流截面面积。调节外磁体的轴向位置CONTROL ENGINEERING China版权所有,内磁体及阀芯随之同向移动,即可得到我们所需要的通流截面面积。向进口方向调节,通流截面面积变大,反之,通流截面面积变小。
　　当压差变化时,如负载增大,使得阀的出口压力p2随之增大,压差Δp=p1-p2变小,小于外磁体对内磁体作用力(吸力)的轴向分力,这时阀芯失去平衡,向阀的进口方向移动;同时外磁体对内磁体作用力(吸力)的轴向分力随之变小,直到阀芯达到新的平衡。在上述阀芯向阀的进口方向移动时,阀芯端面三角槽与阀口之间构成的通流截面面积A变大,根据流量公式q=KAΔpm,Δp减小,而A增大,从而可以保持流经阀的流量基本不变。反之,当负载减小CONTROL ENGINEERING China版权所有,Δp增大时,A减小,仍然可保持流经阀的流量基本不变。
　　3 磁体及阀体材料
　　磁力调节节流阀的核心是用于阀芯位置调节的磁场力,而磁场力的大小取决于内、外磁体。采用稀土钕铁硼(NdFeB)永磁材料作为内、外磁体的材料,它不仅磁性能比优异,最大磁能积(BH)max达到286.6 kJ/m3 [2],而且原材料资源丰富,价格低廉,市场竞争力强,加工性能好,可进行切削和钻孔,成品率高。目前钕铁硼永磁材料已在磁力传动联轴器中得到了广泛的应用。
　　阀体位于内、外磁体之间,对磁场力的大小也会产生很大的影响。它除了必须具有较好的导磁性能,使内、外磁体之间的磁通可以形成磁回路,而且不能被磁化,因此可采用磁化率大小在10-3~10-6之间的顺磁性物质[3];同时由于壁厚较薄,必须具有较高的机械性能,能够承受较高的系统压力,一般可采用不锈钢材料,如1Cr18Ni9Ti。
　　4 结束语
　　磁力调节节流阀符合液压元件未来的发展趋势:一是控制泄漏,防止液体泄漏到外部造成环境污染,发展无泄漏元件,研制液压元件的新型结构www.cechina.cn,将是世界液压技术今后努力的重要方向之一;二是改善性能,提高效率,用理论指导产品设计,找出影响产品性能的主要因素,从结构上解决、减少元件的内部压力损失,以减少功率损失。磁力调节节流阀解决了传统节流阀的泄漏和流量受负载影响的弊端,在液压传动领域有着广阔的应用前景。