CN100535486C - 压电晶体驱动高速开关阀 - Google Patents

压电晶体驱动高速开关阀 Download PDF

Info

Publication number
CN100535486C
CN100535486C CNB2008100611387A CN200810061138A CN100535486C CN 100535486 C CN100535486 C CN 100535486C CN B2008100611387 A CNB2008100611387 A CN B2008100611387A CN 200810061138 A CN200810061138 A CN 200810061138A CN 100535486 C CN100535486 C CN 100535486C
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
spool
valve body
high speed
piezoelectric crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2008100611387A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101235903A (zh
Inventor
欧阳小平
蒋昊宜
杨华勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CNB2008100611387A priority Critical patent/CN100535486C/zh
Publication of CN101235903A publication Critical patent/CN101235903A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100535486C publication Critical patent/CN100535486C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种压电晶体驱动高速开关阀。将压电晶体分别布置在阀体的两端，在压电晶体之间的阀体孔内装有锥阀一滑阀混合结构，在插入阀体内的阀套的孔和阀体本身的孔中滑动，并具有一定的阀口重叠度，阀芯与阀套之间，阀芯与挡片之间设置有阻尼弹簧，压电晶体与选入端盖之间嵌入热缩片。利用压电晶体执行器的冲击特性来解决压电晶体输出位移小的缺陷；利用滑阀结构增强其带负载能力并增加其阀芯运动行程；设置阻尼弹簧，减少阀芯高速冲击产生的振动；增加温度补偿片，解决压电晶体受温度影响大的问题。实现一种能同时满足高速、高压、大流量要求的高速开关阀。

Description

压电晶体驱动高速开关阀
技术领域
本发明涉及电液转换控制元件，尤其是涉及一种压电晶体驱动高速开关阀。
背景技术
高速开关阀作为一种新型数字式电液转换控制元件，采用脉冲流量控制方式，实现高精度的压力，流量控制，具有体积小、可靠性高、抗污染和结构简单等优点，有着广泛应用前景和发展潜力。数字阀以提高响应频率来实现微量控制，频响越高其控制精度就越高。
目前，高速开关阀存在高速响应与高压、大流量之间的矛盾。因为目前高速开关阀的驱动器主要是强力电磁铁，一般响应时间为几个毫秒，提高电磁力需要较多的安匝数，导致电磁阀发热，结构复杂、体积较大，进一步提高电磁阀的响应能力遇到了限制。
压电晶体驱动器是近年来发展起来的一种新型驱动器，具有以下特点：
1)响应快，可达GHz；而电磁驱动器频响在几百Hz以下。
2)输出力大，可达kN以上，而电磁驱动器输出力通常在50N以下。
3)功耗低，比电磁式驱动器低一个数量级。
但是压电晶体输出位移只约占其长度的0.1％，通常为几十微米，大大小于液压阀阀芯位移(毫米级)。因此，需要将其位移放大后才能驱动阀芯。目前国际上采用的杠杆放大、压曲位移放大、液压放大等方法都没有很好地解决压电晶体微位移放大问题，造成压电晶体数字阀的流量都不大。
同时在压电晶体高频伸缩工作一段时间后，会产生一定的热量，使压电晶体温度上升，从而产生一定的微米级热伸缩膨胀，与其本身微米级的工作伸缩长度在同一个数量级上，会导致很大的不可控伸缩误差。因此必须对其进行温度补偿。
高速开关阀在高频响下工作，阀芯高速运动撞击阀座，有振荡回弹现象，必须增加阻尼以于消除。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电晶体驱动高速开关阀，利用其高频响和高输出力的特性，解决高速开关阀高频响与高压、大流量间的矛盾，同时克服了压电晶体低输出位移，输出位移对温度变化敏感等问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：
在阀体一端孔中装有第一驱动器外套，第一驱动器外套内装有第一压电晶体，第一压电晶体靠近阀体外侧的一端装有第一热缩片，第一热缩片嵌入在第一端盖中，第一压电晶体另一端的阀体孔中装有阀套；阀体另一端孔中装有第二驱动器外套，第二驱动器外套内装有第二压电晶体，第二压电晶体靠近阀体外侧的一端装有第二热缩片，第二热缩片嵌入在第二端盖中，第二压电晶体的另一端经第二阻尼弹簧与挡片连接；阀芯装在阀体孔内，阀芯一端的圆柱滑动部分A能在阀套孔内滑动，阀芯的锥阀部分的肩面与阀套用第一阻尼弹簧连接，阀芯的锥阀部分和阀口相接触，阀芯另一端的由两个圆柱滑动部分组成，两个圆柱滑动部分间形成阀腔，两个圆柱滑动部分能在阀体孔内滑动，阀芯另一端的端面顶在挡片端面；第二阻尼弹簧与挡片间的阀体上开有回油口，阀芯锥阀部分的阀体上开有高压油进口，阀芯锥阀部分与所述阀芯另一端圆柱滑动部分的阀体上开有数字阀油液出口。高压油进口与油液出口能连通，油液出口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通，回油口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通。
本发明具有的有益效果是：
除了利用压电晶体响应快、输出力大的特性来提高达到高频响之外，设计一种锥阀-滑阀混合结构，利用压电晶体执行器的冲击特性来解决压电晶体输出位移小的缺陷；利用滑阀结构增强其带负载能力并增加其阀芯运动行程；设置阻尼弹簧，减少阀芯高速冲击产生的振动；增加温度补偿片，解决压电晶体受温度影响大的问题。实现一种能同时满足高速、高压、大流量要求的高速开关阀。
1)频响响应高，可达200Hz以上；
2)工作压力高，可达20MPa；
3)输出流量大，可达10L/min；
4)带负载能力强；
5)阀的开关性能不受温度变化的影响。
附图说明
附图是压电晶体数字阀结构原理示意图。
图中：1.压电晶体，2.压电晶体，3.阀芯，4.阀体，5.阀套，6.端盖，7.端盖，8.热缩片，9.热缩片，10.驱动器外套，11.驱动器外套，12.阻尼弹簧，13.阻尼弹簧，14.密封圈，15.挡片，P1.高压油液进口，P2.高压油液出口，Pt.回油口。
具体实施方式
如附图所示，本发明在阀体4一端孔中装有第一驱动器外套10，第一驱动器外套10内装有第一压电晶体2，第一压电晶体2靠近阀体4外侧的一端装有第一热缩片9，第一热缩片9嵌入在第一端盖6中，第一压电晶体2另一端的阀体4孔中装有阀套5；阀体4另一端孔中装有第二驱动器外套10，第二驱动器外套10内装有装有第二压电晶体1，第二压电晶体1靠近阀体4外侧的一端装有第二热缩片8，第二热缩片8嵌入在第二端盖7中，第二压电晶体1的另一端经第二阻尼弹簧12与挡片15连接；阀芯3装在阀体4孔内，阀芯3一端的圆柱滑动部分A能在阀套5孔内滑动，阀芯3的锥阀部分的肩面与阀套5用第一阻尼弹簧13连接，阀芯3的锥阀部分和阀口相接触，阀芯3另一端由两个圆柱滑动部分组成，两个圆柱滑动部分间形成阀腔，两个圆柱滑动部分能在阀体4孔内滑动，阀芯3另一端的端面顶在挡片15端面；第二阻尼弹簧12与挡片15间的阀体4上开有回油口，阀芯3锥阀部分的阀体4上开有高压油进口，阀芯3锥阀部分与所述阀芯3另一端圆柱滑动部分的阀体4上开有数字阀油液出口。高压油进口与油液出口能连通，油液出口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通，回油口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通。所述的压电晶体为PZT压电晶体堆。
工作原理如下：
本发明利用压电执行器高频响、高输出力特性提出一种新型高速开关阀结构，见附图。高速开关阀有3个油口，分别通高压油(p1)、负载(p2)、油箱(pt)；高速开关阀的阀芯由A、B、C三部分组成，分别控制阀口a、b、c。其中a为为锥阀阀口，控制进出油口的开关。b、c为滑阀阀口，通过设置其正负重叠开口量，可在阀芯被冲开一定位移后，辅助阀芯打开并保持在一定位移，同时在阀芯关闭时适时关闭，使阀芯保持在稳定关闭状态。通过2个压电晶体1、2来控制高压油液p1与负载压力p2的通断。
正常情况下：阀芯在压力p1的作用下，阀口a、b关闭、阀口c打开，回油口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔连通；由于图中阀芯的结构，压力p2对阀芯作用力接近0。打开阀芯：压电晶体2得电，输出2kN以上的瞬时力FPZT2冲击阀芯，使阀芯加速运动并迅速打开阀口a，负载压力p2迅速上升；同时由于阀芯向右运动，使得阀口b逐渐打开、阀口c逐渐关闭，油液出口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔连通，使阀腔内的压力逐渐升高并接近p2，由于阀芯B的横截面积略大于阀芯C，整个阀芯得以在推力作用下继续向右运动，到达阀芯的终点，并在弹簧阻尼的作用停止运动。关闭阀芯：压电晶体1得电，输出2kN以上的瞬时力FPZT1冲击阀芯，使阀芯向左加速运动，阀口a和b逐渐关闭，而阀口c逐渐打开，阀腔内的压力迅速降低并接近油箱压力pt，导致整个阀芯向左方向作用力增加，阀芯保持向左运动状态，并在终点处在弹簧阻尼的作用停止运动。通过旋入端盖选入量可调节阀芯位移来限制阀芯的最终输出位移。热缩片在温度升高后其长度减小来补偿压电驱动器热膨胀所造成的伸长量。
该高速开关阀利用压电晶体瞬时产生的高输出力，推动阀芯在高压下高速运行，输出大的流量(阀芯位移可达0.7mm以上)。由于利用的是压电晶体高输出力的冲击特性，其输出位移对高速开关阀功能的实现不产生影响，因此克服了压电晶体输出位移小和温度变化下输出位移不稳定的缺陷，同时解决了高速开关阀高频响、高压、大流量间的矛盾。

Claims (2)

1.一种压电晶体驱动高速开关阀，其特征在于：在阀体(4)一端孔中装有第一驱动器外套(10)，第一驱动器外套(10)内装有第一压电晶体(2)，第一压电晶体(2)靠近阀体(4)外侧的一端装有第一热缩片(9)，第一热缩片(9)嵌入在第一端盖(6)中，第一压电晶体(2)另一端的阀体(4)孔中装有阀套(5)；阀体(4)另一端孔中装有第二驱动器外套(10)，第二驱动器外套(10)内装有第二压电晶体(1)，第二压电晶体(1)靠近阀体(4)外侧的一端装有第二热缩片(8)，第二热缩片(8)嵌入在第二端盖(7)中，第二压电晶体(1)的另一端经第二阻尼弹簧(12)与挡片(15)连接；阀芯(3)装在阀体(4)孔内，阀芯(3)一端的圆柱滑动部分(A)能在阀套(5)孔内滑动，阀芯(3)的锥阀部分的肩面与阀套(5)用第一阻尼弹簧(13)连接，阀芯(3)的锥阀部分能和阀口相接触，阀芯(3)另一端由两个圆柱滑动部分组成，两个圆柱滑动部分间形成阀腔，两个圆柱滑动部分能在阀体(4)孔内滑动，阀芯(3)另一端的端面顶在挡片(15)端面；第二阻尼弹簧(12)与挡片(15)间的阀体(4)上开有回油口，阀芯(3)锥阀部分的阀体(4)上开有高压油进口，阀芯(3)锥阀部分与所述阀芯(3)另一端圆柱滑动部分的阀体(4)之间开有所述高速开关阀油液出口，高压油进口与油液出口能连通，油液出口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通，回油口与两个圆柱滑动部分间形成的阀腔能连通。
2.根据权利要求1所述的一种压电晶体驱动高速开关阀，其特征在于：所述的压电晶体为PZT压电晶体堆。
CNB2008100611387A 2008-03-11 2008-03-11 压电晶体驱动高速开关阀 Expired - Fee Related CN100535486C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008100611387A CN100535486C (zh) 2008-03-11 2008-03-11 压电晶体驱动高速开关阀

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2008100611387A CN100535486C (zh) 2008-03-11 2008-03-11 压电晶体驱动高速开关阀

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101235903A CN101235903A (zh) 2008-08-06
CN100535486C true CN100535486C (zh) 2009-09-02

Family

ID=39919718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2008100611387A Expired - Fee Related CN100535486C (zh) 2008-03-11 2008-03-11 压电晶体驱动高速开关阀

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100535486C (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101555957B (zh) * 2009-05-22 2011-06-15 合肥美亚光电技术有限责任公司 一种压电陶瓷喷阀
CN101561048B (zh) * 2009-05-27 2013-05-01 四川华宇石油钻采装备有限公司 低压导阀
CN103016596B (zh) * 2012-12-10 2014-08-27 河海大学常州校区 速度敏感型液压旋转阻尼器
CN103527547B (zh) * 2013-11-01 2016-07-06 中国航天科技集团公司烽火机械厂 一种数字阀
DE102016112115A1 (de) * 2016-07-01 2018-01-04 Bürkert Werke GmbH Ventillinearantrieb sowie Ventil
CN106438544B (zh) * 2016-10-13 2017-12-12 浙江大学 一种微位移驱动开关阀
CN108267158A (zh) * 2018-03-08 2018-07-10 华金凤 角度编码器结构
CN108534808A (zh) * 2018-03-08 2018-09-14 华金凤 具有温度补偿功能的角度编码器
CN108562223A (zh) * 2018-03-08 2018-09-21 华金凤 新型的角度编码器结构
CN114427554B (zh) * 2021-12-28 2023-06-20 南京航空航天大学 一种压电叠堆驱动的滑阀式高速开关阀及控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19538596A1 (de) * 1995-10-17 1997-04-24 Fluidtech Gmbh Piezoaktorbetätigtes Steuerventil
US6062532A (en) * 1997-05-14 2000-05-16 Fev Motorentechnik Gmbh & Co. Kg Electric solid-body actuator having a hydraulic amplitude magnifier
DE10241977A1 (de) * 2002-09-11 2004-04-01 Moog Gmbh Hochdynamische Servo-Ventilsteuervorrichtung
EP1467133A1 (de) * 2003-04-07 2004-10-13 Bürkert Werke GmbH & Co. KG Ventil mit piezoelektrischem Antrieb
CN101021224A (zh) * 2007-03-22 2007-08-22 浙江大学 压电晶体数字阀
CN201187585Y (zh) * 2008-03-11 2009-01-28 浙江大学 一种压电晶体驱动高速开关阀

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19538596A1 (de) * 1995-10-17 1997-04-24 Fluidtech Gmbh Piezoaktorbetätigtes Steuerventil
US6062532A (en) * 1997-05-14 2000-05-16 Fev Motorentechnik Gmbh & Co. Kg Electric solid-body actuator having a hydraulic amplitude magnifier
DE10241977A1 (de) * 2002-09-11 2004-04-01 Moog Gmbh Hochdynamische Servo-Ventilsteuervorrichtung
EP1467133A1 (de) * 2003-04-07 2004-10-13 Bürkert Werke GmbH & Co. KG Ventil mit piezoelektrischem Antrieb
CN101021224A (zh) * 2007-03-22 2007-08-22 浙江大学 压电晶体数字阀
CN201187585Y (zh) * 2008-03-11 2009-01-28 浙江大学 一种压电晶体驱动高速开关阀

Also Published As

Publication number Publication date
CN101235903A (zh) 2008-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100535486C (zh) 压电晶体驱动高速开关阀
CN201187585Y (zh) 一种压电晶体驱动高速开关阀
CN104018966B (zh) 蓄压限流式电磁控制喷油器
CN102102729B (zh) 缓冲器
WO2017215631A1 (zh) 液压缓冲装置及包含有该装置的缓冲油缸
CN1287069C (zh) 一种压差式变气门控制系统
CN101576139A (zh) 可控式粘滞阻尼器
CN103277163A (zh) 一种可变升程驱动器
CN101839359B (zh) 变差溢流阀
EP2384407A1 (en) Electronically controlled valves
CN201547282U (zh) 数字响应开关阀
CN110094244A (zh) 一种电液全可变配气执行器及其控制方法
CN202612237U (zh) 一种卧式先导磁流变插装式高速开关阀
CN100419279C (zh) 压电晶体数字阀
CN102606251B (zh) 可变气门致动器
CN201013920Y (zh) 一种压电晶体数字阀
CN201502761U (zh) 一种具有复合活门的减压阀
CN203223265U (zh) 溢流阀及致动器
CN102619800A (zh) 纯水压电陶瓷驱动开关阀
CN202612238U (zh) 一种立式先导磁流变插装高速开关阀
CN110778555B (zh) 一种嵌入式压力补偿阀杆
CN202628212U (zh) 可变气门致动器
CN203162220U (zh) 一种水基液压非对称电致伸缩式高速开关阀
CN102635586B (zh) 纯水压电陶瓷驱动换向阀
CN110017230A (zh) 一种电液联控快速响应型高压共轨喷油器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090902

Termination date: 20190311

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee