CN101319688B - 一种新型智能压电型电液伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压伺服控制技术，涉及对传统液压伺服阀工作原理的改进。该新型智能压电型电液伺服阀主要包括闭环的压电陶瓷驱动器，滑阀阀芯，阀套，阀体，左、右端盖，防阀芯旋转装置，阀套对中装置和压电陶瓷驱动器座。其中闭环的压电陶瓷驱动器不但能够高频输出推/拉力，同时其自身带的传感器可以检测其高频振动输出的位移，该闭环压电陶瓷驱动器直接与滑阀的阀芯固接，从而直接驱动阀芯往复高频运动。防阀芯旋转装置可以防止滑阀阀芯旋转，从而使压电陶瓷驱动器避免承受轴向旋转力而破坏。阀芯零位采用阀套对中装置来调整。这种新型智能压电型电液伺服阀突破了传统电液伺服阀带宽比较低的瓶颈，其可以高频高精度地工作，使得智能材料压电陶瓷的高频高精度特性能够充分地应用到液压伺服控制领域中来。

Description

一种新型智能压电型电液伺服阀

技术领域

本发明属于液压伺服控制技术，涉及对传统液压伺服阀原理的改进。

背景技术

液压伺服控制是一门比较新兴的科学技术，它不但是液压技术中的一个新分支，而且也是控制领域中的一个重要组成部分。1940年底，首先在飞机上出现了电液伺服系统。随后，由于电液伺服控制具有反应快、重量轻、尺寸小及抗负载刚性大等优点而受到了特别的重视，从而使其广泛地应用于工程机械、起重运输机械、矿山机械、建筑机械、农业机械、冶金机械、轻工机械、汽车工业、智能机械、国防工业等。尤其是国防工业的应用，主要应用于高射炮、电液负载模拟器、坦克稳定器、飞机进气道控制、喷口控制、前轮转向、飞机舵机、起落架收放、导弹舵机、导弹发射架、雷达天线控制等。电液伺服阀是电液伺服系统中的核心部件，它既是电液转换元件，又是功率放大元件，它能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能(流量和压力)输出。它的性能的优劣对系统的影响很大。因此，它是电液控制系统的核心和关键。我国从60年代开始研制电液伺服阀，70年代初，开始批量生产QDY系列和DY系列电液伺服阀。到目前，国产电液伺服阀主要有航空工业总公司第六0九研究所的FF系列电液流量伺服阀、机械工业部北京机床研究所的QDY系列电液流量伺服阀、航空工业总公司秦峰机械厂的YF(YFW)电液流量伺服阀、机械工业部北京机械工业自动化研究所的SVA电液流量伺服阀、首钢液压机械厂的YJ电液流量伺服阀和上海液压件一厂的DY电液流量伺服阀。这些电液流量伺服阀大多应用用于带闭环控制要求的自动装置中，一般能够提供较大的力、位移、速度等。其缺点是价格比较昂贵，体积较大，控制精度较低，并且大多只能在300Hz以下的动态频域内工作，这已完全不能满足现代工业、国防等领域对控制的灵敏度、精度的要求。压电型电液伺服阀是一种新型电液伺服阀，其采用压电驱动器(代替电磁式力马达或力矩马达)作为新型驱动元件，该压电驱动器具有响应速度快、单位体积输出力大以及变形精度高等特点，从而使压电型电液伺服阀具有高精度、高频响的特点。美、日、德等国多年来一直致力于高精度、高速电液伺服阀的研究与开发，而压电型伺服阀就是其正在研究的一个方向。出于国防及高技术竞争考虑，美、日、德等国都把具有较高精度与速度的电液伺服阀作为限制出口商品之一，因此我国目前还不能从上述国家直接进口此类产品。随着我国工业，尤其是国防工业的高速发展，对电液伺服阀的要求越来越高，其高频、高精度的控制功能的实现也显得非常重要。因此研制开发具有我国自主产权的高频、高精度压电型电液伺服阀就显得十分必要了。

发明内容

本发明的目的是：提供一种新型智能高频高精度压电型电液伺服阀。本发明的技术方案是：一种新型智能压电型电液伺服阀，其零部件主要包括：闭环压电陶瓷驱动器、滑阀阀芯，阀套，阀体，防阀芯旋转装置，阀套对中装置和压电陶瓷驱动器座。其中闭环的压电陶瓷驱动器不但能够高频输出推/拉力，同时其自身带的传感器可以检测其高频振动输出的位移，该闭环压电陶瓷驱动器直接与滑阀的阀芯固接，从而直接驱动阀芯往复高频运动。防阀芯旋转装置可以防止滑阀阀芯旋转，从而使压电陶瓷驱动器避免承受轴向旋转力而破坏。阀芯零位采用阀套对中装置来调整。

本发明的优点是：这种新型智能压电型电液伺服阀突破了传统电液伺服阀带宽比较低的瓶颈，其可以高频高精度地工作，使得智能材料压电陶瓷的高频高精度特性能够充分地应用到液压伺服控制领域中来。

附图说明

图1是一种新型智能压电型电液伺服阀的结构图。在图1中，1是防松螺母，2是左端盖螺栓，3是左端盖，4是密封圈，5是阀套调中压柱，6是密封圈，7是阀体，8是调零弹簧，9是密封圈，10是闭环压电陶瓷驱动器，11是盖瓦，12是闭环压电陶瓷驱动器座，13是固定闭环压电陶瓷螺栓，14是调零螺栓，15是防阀芯旋转螺母，16是防阀芯旋转卡槽支板，17是防阀芯旋转卡槽，18是阀芯，19是阀套，20是密封圈，21是右端盖螺栓，22是防松垫圈，23是右端盖盖板，24是右端盖，25是闭环压电陶瓷驱动器座螺栓。

图2是新型智能压电型电液伺服阀的实体造型。

图3是右端盖实体造型。

图4是阀心的实体造型。

图5是阀心防旋转装置各个零件的实体造型。

图6是阀心调零装置各个零件的实体造型。

图7是闭环压电陶瓷驱动器。

图8是闭环压电陶瓷驱动器座的实体造型。

图9是盖瓦的实体造型。

图10是右端盖该板的实体造型。

图11是辅助工具(用于防止旋转力破坏PZT)的实体造型。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明，参见图1。

本发明新型智能压电型电液伺服阀，包括一个由左端盖3、阀体7、右端盖23、闭环压电陶瓷驱动器座12和右端盖该板22组成壳体。阀体7上有贯通的阀腔，阀腔内有滑阀阀套19，阀套19的通孔内有阀芯18。左端盖3，调零螺栓14，密封圈4和阀套调中压柱5一起封盖阀腔的左端面。右端盖23封盖阀腔的右端面，在右端盖23与阀腔的右端面之间有密封圈9和20。闭环压电陶瓷驱动器座12通过螺栓固定在右端盖的右端。闭环压电陶瓷驱动器10的底端固定在闭环压电陶瓷驱动器座12上，其输出端通过防松垫圈21与阀芯18直接用螺纹连在一起，闭环压电陶瓷驱动器10的振动带动阀套往复运动，并且其自身还带有位移传感器可以检测阀芯的位移。防阀芯旋转螺母15，防阀芯旋转卡槽支板16和防阀芯旋转卡槽17一起组成了阀芯防旋转装置，防阀芯旋转卡槽17的卡槽与阀芯左端具有两个平行平面的凸台配合用以防止阀芯旋转，从而避免闭环压电陶瓷驱动器10由于承受轴向旋转力而破坏。防松螺母1，密封圈4，阀套调中压柱5，调零弹簧8和调零螺栓14一起组成了阀芯调零或对中装置，用以调节该新型智能压电型电液伺服阀的零位。右端盖盖板23用以遮盖闭环压电陶瓷驱动器10和阀芯18连接处的两个窗口。盖瓦11用以遮盖闭环压电陶瓷驱动器10向外引两条电线处的缝隙。其特征在于：

(1)其中驱动装置主要包括：闭环压电陶瓷驱动器10，用于输出推/力，同时用其自身携带的位移传感器检测其输出位移，即阀芯的输出位移，该驱动器优于其它压电陶瓷驱动器的特点在其输出推力外，还可以输出拉力，并且还可以检测自身的位移，输出拉力和检测自身的位移是其它压电陶瓷驱动器所不具备的，也是本驱动器的最大优点；闭环压电陶瓷驱动器座12，用于固定闭环压电陶瓷驱动器10；右端盖24，用以支撑闭环压电陶瓷驱动器座12。

(2)其中防阀芯旋转装置主要包括：防阀芯旋转螺母15，用于固定防阀芯旋转卡槽17；防阀芯旋转卡槽支板16，用于支撑防阀芯旋转卡槽17；防阀芯旋转卡槽17，用于与阀芯左端具有两个平行平面的凸台配合以防止阀芯旋转，从而避免闭环压电陶瓷驱动器10由于承受轴向旋转力而破坏。

(3)其中阀芯调零装置主要包括：防松螺母1，用于锁死已调节好的调零螺栓14；密封圈4，用以密封阀芯18与阀套19之间泄露出的液压油；阀套调中压柱5，用于阀套19与调零螺栓14之间的过度，为实际空间需要；调零弹簧8，该弹簧刚度比较大，用于向阀套19提供回复力以便于反复阀芯18反复调零，同时当调稳后为阀套19提供与调零螺栓14相反的力以固定阀套19；调零螺栓14，用于调节阀套19，从而可以调节该新型智能压电型电液伺服阀的零位。

下面详细介绍一下该新型智能压电型电液伺服阀的工作原理：在闭环压电陶瓷驱动器10两端不加电压时，阀芯18在阀套19的最右边，当向闭环压电陶瓷驱动器10加其额定电压的一半左右时，阀芯18处于阀套19的中位，这时向闭环压电陶瓷驱动器10所加的电压称为偏置电压；若在偏置电压基础上增加电压但不超过额定电压，则闭环压电陶瓷驱动器10推动阀芯18向左移动，当加的电压达到闭环压电陶瓷驱动器10的额定电压时，阀芯18达到阀套19的最左边；若在偏置电压基础上减小电压但加在闭环压电陶瓷驱动器10两端的电压不小于零，则闭环压电陶瓷驱动器10拉动阀芯18向右移动，当加在闭环压电陶瓷驱动器10两端的电压减小到零时，阀芯18达到阀套19的最右边。这样在周期电压信号的反复作用下，闭环压电陶瓷驱动器10将电能转化为机械能反复推拉阀芯18，阀芯18便可在阀套19中往复地运动起来；同时该闭环压电陶瓷驱动器10还可以用其自身携带的位移传感器检测其自身输出的位移，即阀芯18的位移，这样即可实现该新型智能压电型电液伺服阀的闭环控制。

Claims (1)

1.一种智能压电型电液伺服阀，其零部件主要包括：闭环压电陶瓷驱动器、滑阀阀芯，阀套，阀体，左、右端盖，防阀芯旋转装置，阀套对中装置和压电陶瓷驱动器座，其特征在于：

闭环压电陶瓷驱动器在输入电压和偏置电压的作用下不但可以输出推力，而且还可以输出拉力，当闭环压电陶瓷驱动器输入电压等于偏置电压时，阀芯处于阀套的中位，若输入电压在偏置电压基础上增加，则闭环压电陶瓷驱动器输出推力，推动阀芯向一侧移动，若输入电压在偏置电压基础上减小，则闭环压电陶瓷驱动器输出拉力，拉动阀芯向相反的方向移动，同时该闭环压电陶瓷驱动器还可以利用其自身携带的位移传感器检测其自身高频振动输出的位移；

滑阀阀芯的一端延伸出一个具有两个相互平行的平面的凸台，用于防止阀芯自转；

防阀芯旋转装置有一个凹槽可以和阀芯伸出的所述凸台配合起来，用以防止滑阀阀芯旋转，从而使压电陶瓷驱动器避免承受轴向旋转力而破坏；

阀套、阀体具有优化液体流动的流道；

阀套对中装置上具有五个圆坑，可以和阀套配合起来调节该伺服阀的零位；

压电陶瓷驱动器座用于支撑闭环压电陶瓷驱动器，当它和阀体装配起来后，其中心孔要和阀套的中心孔具有很好的同轴度，以减少阀芯所受的侧向力。

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