1 液压三极管（Valvistor）的基本原理

图1为维克斯公司发明的液压三极管，该产品被美国汽车工程师学会的《越野工程》杂志评选为1999年度10大最优产品之一，至今约30年了，但我国的液压教科书上关于液压三极管的介绍寥寥无几。

  

图1 维克斯的液压三极管EPV-16

液压三极管（Valvistor）的基本原理如图2所示。

  

图2 液压三极管的基本原理

其中1为采用座阀结构的主阀，2为先导阀，3为主阀的输入口，4为主阀的输出口，5为阀驱动器。当驱动器为脉宽调制器时，就构成了脉宽调制控制流量阀。当驱动器为比例控制器，则就构成了比例控制流量阀（如图3所示）。6为先导控制流量通道，7为座阀芯的圆柱部分开的纵向槽，8为连接座阀芯下端与纵向槽7的反馈孔。

  

图3 基于液压三极管原理的比例控制流量阀

为了说明液压三极管的创新原理，先要将图2所示的液压三极管，同传统的先导式溢流阀（如图4所示）作一下比较。在图4所示的先导式溢流阀中的阻尼孔是直接与主阀芯的上腔相通的，即主阀进油口的压力油通过阻尼孔与先导阀相通，一旦油压力高于调定压力时，先导阀开启，主阀芯上腔与出油口接通，在主阀芯上下腔压差克服主弹簧力后，使座阀开启。

  

图4先导式溢流阀

图2 所示的液压三极管中，反馈孔8不是直接与主阀芯上腔相通，而是与主阀芯圆柱面上的纵向槽7相通，纵向槽7也可以设计为负重叠的，即当座阀处于关闭状态时纵向槽7已有小小的开启量，因此主阀芯下方的压力与主阀芯上方的压力相等，通常主阀芯下方的有效面积仅为主阀芯上方的有效面积的一半，

为此即使主阀芯上方的没有弹簧Km或弹簧力很小，只要先导阀没有开启，座阀总是处于关闭状态。一旦油压力超过先导阀设定压力就开启先导阀，则主阀芯上方的油压下降，形成主阀芯上下的压差，导致主阀芯向上运动，使输入油液快速通过座阀输出。

依据图2所示的液压三极管原理图，图5给出了液压三极管的动态分析方块图，其中的参数参见图2。限于篇幅，各方快中的传递函数不再一一给出，如果忽略先导阀的动态以及油液的压缩性，可将其简化为图6所示的降阶模型。

2 液压三极管（Valvistor）的动态分析

David A.Kolb（1984）系统地梳理了John Dewey,Kurt Lewin与Jean Piaget的学习理论，选择性地吸收心理学、教育学、生理学与哲学的最新科研成果，创造性地提出了以具体体验（concrete experience）、反思观察（reflective observation）、抽象概括（abstract conceptualization）和主动检验（active experimentation）组成的“体验循环圈”。

按液压三极管的功能而言该阀本质上就是流量放大器，即通过先导阀的小流量控制，达到对主阀的大流量控制，该阀具有大的流量增益（通常可达到30～70），即可实现每分钟几百升甚至上千升的大流量控制。主阀芯的纵向槽7结构具有变节流功能，其节流面积正比于主阀芯的开启位移，这就是液压位置反馈控制的基本原理。

在本世纪初我国清华大学毕业生张龙，到美国伊利诺斯大学香槟分校做博士生期间，对液压三极管的动态特性做了深入的研究。

  

图5 液压三极管的动态分析方块图

  

图6 液压三极管的简化方块图

由式（1）可见，有一对相近的零-极点，即低频率零点1.25 rad/s基本上取消了低频极点1 rad/s。这是可取的，否则该液压三极管（Valvistor）的带宽将大约仅仅为1 rad/s(0.16 Hz)。在方块图6中，由Qp至Qb的前向通路的传递函数产生了二个零点，其中零点11.5 rad/s影响了该阀的带宽。由式（1）可见该阀的主导极点为30 rad/s，对应为4.77 Hz。2010年瑞典林雪平大学的一篇研究论文中提到，液压三极管（Valvistor）在流量增益为30，阀压降为10 MPa工况时，阀的截止频率可达到50 Hz，几乎比张龙所研究的维克斯出售的液压三极管（Valvistor）快一个数量级。可见该阀的结构参数尚有进一步优化的空间。如果想有效清除零点对该阀动态的影响，可以将先导流量可以直接送到油箱，但这将大大减少阀的效率。

 

要了解导致液压三极管（Valvistor）没能达到预期的较快的动态响应的原因，先要由图6导出该阀的传递函数如式（1）：

扬中市位于镇江市东部江心，黄金水道——长江中下游，苏南现代化建设示范区内，是由太平洲、中心沙、雷公岛、西沙岛组成的城市。其东北与泰州、扬州隔江相望，西南与镇江、常州一衣带水，南桥与沪宁高速公路和京沪铁路相接，北渡可联京沪高速公路。其距上海浦东国际机场与南京禄口国际机场分别为2.5小时和1.5小时车程。

3 液压三极管（Valvistor）的创新发展

图7所示的液压三极管通过主閥芯的反馈孔分别由A口或B口联通纵向槽，可分别实现A口为输入口或B口为输入口。即原来的液压三极管只能单向流动，图8为双向液压三极管，通过在二个阻尼孔上串联二只单向阀，并二只二位二通阀的控制，即可实现液压三极管双向流动控制。

(一)独立的鸟纹图案。反山12号墓出土的玉钺上有独立的鸟纹的图案，这种鸟纹的图案是比较完整的，给人印象最深的是身体呈卵圆形，其形制完全同于兽首纹中的眼。这就让人思考：到底是鸟纹搬用了兽面纹中的眼纹还是兽面纹搬用了鸟纹中的身体部分用作眼纹？这谁为最先不是没有意义的。如果鸟纹在先，那兽面纹就成了鸟纹的变体——复合的双鸟纹。如果良渚人的意图不是刻画兽面，而是刻画双鸟，那此纹的意义就完全不同了，也许它就不宜称之为神人兽面纹，而应称为神人驭鸟腾空纹了。

  

图7 二种不同输入口的液压三极管

  

图8双向液压三极管

图9 为采用四只双向液压三极管实现液压缸进出口独立控制，与采用传统的三位四通阀对液压缸进出口作联合控制的系统比较，可节能37%。据此有专门的产品，如图10所示。

防水涂料是一种液态或半液态的物质，在建筑表面采用刷子或喷涂等施工技术，通过化学反应形成一个连续的、具有一定的弹性和厚度的薄膜，这样可以抵抗一定的水压力，从而达到防水和防潮的目的。防水涂料是一种特殊的涂料，其特殊性在于涂层表面可以形成一个柔软、防水、抗裂的防水结构层，阻挡水分子从外部向基层渗透。因此，与普通建筑涂料的原材料有所不同，这种防水涂料主要采用憎水性强、耐水性好的有机高分子涂层如聚氨酯、氯丁橡胶、再生橡胶、SBS橡胶沥青及其混合料，辅助材料主要采用固化剂、增韧剂、增粘剂、防腐剂、染色剂和乳化剂等，其生产工艺和膜的形成与普通建筑涂料的原理基本上是相同的。

  

图9 双向液压三极管油缸进出口独立控制

  

图10 四口独立控制组合阀

 

注：有志于该类产品二次创新开发的企业可与本刊编辑部联系。