CN101329171B - 气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法及其应用 - Google Patents

Abstract

一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法，通过测量气动伺服阀的静态压力特性，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。阀位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力完全相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的上游重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判定该负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游重合量大小；阀位移在正反两个方向变化时，可分别判定上游和下游的四个重合量的大小。本发明大大地提高了气动伺服阀制造过程中的测量效率和经济性。

Description

气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法及其应用 

技术领域

本发明属于机械工程的机械零件与传动装置和流体控制技术领域，具体涉及一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法。 

背景技术

气动伺服控制起源于第二次世界大战前后导弹与火箭飞行体姿态控制燃气伺服系统。气动伺服机构的研究开始于1956年，美国J.L.Shearer首先研究了气动阀和容腔组合的气动伺服马达特性。日本荒木献次(1971，1979)研究开发了具有力反馈的双级气动伺服阀，提出了弹簧和容腔补偿方案并将频宽从70Hz提高到190Hz，还进行了滑阀不均等重合量(正重合、零重合及负重合)和气动阀控缸频率特性的研究。随着宇航及国防军工的发展，一般工业用响应缓慢的气动控制飞跃到气动伺服控制，具有一定响应速度、较高精度以及较大功率的伺服控制技术应运而生。约10年前，世界各地制造商纷纷利用液压伺服阀改制气动伺服阀，从此民用气动伺服阀商品问世，应用于产业过程控制等。 

目前，气动伺服阀阀芯和阀套的重合量的测量方法通常有两种。一种是分别测量阀芯和阀套的尺寸，然后进行重合量的单配，该方法可以最大程度地保证阀芯阀套的重合量与设计相吻合，但是成本高，效率低，常用于要求较高的场合。另一种是采用千分尺等传统测量仪器对阀芯尺寸、阀套开口尺寸分别进行人工测量，从而判定产品装配后的阀芯阀套的重合量，但产品性能和该方法取得的重合量之间具有不确定性。气动伺服阀的阀芯阀套的重合量直接决定着伺服阀的基本工作性能。随着高性能气动伺服阀的商业化和实用化，越来越需要一种新的、高效率的气动伺服阀阀芯和阀套几何重合量的有效测量方法。 

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法，通过测量气动伺服阀的静态压力特性从而间接测量气动伺服阀阀芯阀套的几何重合量，解决直接测量时的高成本和性能不确定的问题，实现高性能气动伺服阀商业化和实用化过程中的有效测量。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

气动伺服阀阀芯阀套几何负重叠量间接测量方法，通过检测台测量气动伺服阀的静态压力特性的间接方法，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何负重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。 

所述的间接测量方法是在气动伺服阀非拆卸的条件下完成检测过程，且检 测过程对产品无任何损伤。 

所述的静态压力特性是气动伺服阀的两个负载口压力与阀芯位移的特性曲线。 

所述的检测台是具有恒压气源且对被检测气动伺服阀进气口进行供气，气动伺服阀的两个负载口分别独立连接两个气体压力表或压力传感器；具有阀芯位移发生装置的检测台。所述的阀芯位移发生装置可以通过输入电信号由气动伺服阀内部的力马达和一级喷嘴挡板阀部分间接实现，也可以通过外部的螺旋测微仪直接实现，从而驱动主阀芯产生一定阀位移且纪录阀位移的数值。 

所述的阀芯和阀套的几何负重叠量间接测量方法是通过静态压力特性曲线进行间接测量的方法，即：阀芯位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力完全相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的上游负重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判定该另一个负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游负重合量大小；阀芯位移在正反两个方向变化时，可分别判定上游和下游的四个负重合量的大小。当两个负载口的压力完全相等时，判定阀芯在阀套中处于几何中立位置；当某一个负载口压力小于供气压力而且大于大气压力时，判定阀芯在阀套轴向的某一位置，阀芯位移的大小由某一个负载口压力大小而确定。 

进一步，可将上述方法集成于气动伺服阀几何负重叠量间接测量系统。 

通过本发明的方法，在检测气动伺服阀的压力位移静态特性图后，根据图上的压力值可以分别判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。 

由于采用了上述方法，本发明具有以下特点：通过测量气动伺服阀的静态压力特性从而间接测量气动伺服阀阀芯阀套的几何重合量，该方法中气动伺服阀的基本特性和内部结构的重合量之间的对应关系明确，解决了直接测量阀芯和阀套尺寸来确定几何重合量时高成本且性能不确定的问题，大大地提高了气动伺服阀制造过程中的测量效率和经济性。 

附图说明

图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。 

图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。 

图3是本发明的一种实施例的具有对称均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。 

图4是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。 

图5是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。 

图中标号：1为圆柱滑阀阀芯，2为阀套，3为供气压力表Ps，4为负载口A压力表，5为负载口B压力表，6为空气压缩机供气气源，7为单向阀，8为 储气罐，9为卸荷阀，10为过滤器，11为压力表，12为减压阀，13为油雾器，14为压力表Pa，15为压力表Pb，16为主阀芯的位移量信号，17为伺服阀电压信号。 

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。 

图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。如图所示，阀芯1由主阀芯位移发生器产生阀位移，驱动阀芯1在阀套2中移动，从而控制各个节流孔的大小。供气气源的进气口为p_s，和大气连通的排气口为p_e，两个负载口分别为p_a和p_b。圆柱滑阀阀芯和阀套在结构上形成的几何负重合量为Δ₁，Δ₂，Δ₃和Δ₄。其中，Δ₁和Δ₄与供气口相连接，称为上游供气侧的负重合量，Δ₂和Δ₃与排气口相连接，称为下游排气侧的负重合量。当圆柱滑阀上游供气侧的负重合量Δ₁和Δ₄相等(Δ₁＝Δ₄＝Δ_u)，且下游排气侧的负重合量Δ₂和Δ₃相等(Δ₂＝Δ₃＝Δ_d)时，定义该结构为具有对称负重合量(正开口)的气动伺服阀。当圆柱滑阀的上游负重合量和下游负重合量相等(Δ₁＝Δ₂＝Δ₃＝Δ₄)时，定义该结构为具有对称均等负重合量(正开口)的气动伺服阀。当图1中所示的上游供气侧的两处负重合量和下游排气侧的两处负重合量各自均不相等时，则称为具有不规则负重合量(正开口)的气动伺服阀。在伺服阀的生产制造过程中，往往存在着圆柱滑阀阀芯和阀套重叠量的几何对称均等、几何对称不均等或者不规则的现象。当阀芯1在正方向的位移大于Δ₂时，负载口A和供气口相通，有p_a＝p_s。当阀芯1在正方向的位移大于Δ₄时，负载口B和大气相通，p_b＝p_e。当阀芯1在负方向的位移大于Δ₁时，负载口A和大气相通，有p_a＝p_e。当阀芯1在负方向的位移大于Δ₃时，负载口B和供气口相通，有p_b＝p_s。当阀芯1的位移在上述两者之间时，负载口A和负载口B的压力在大气压力和供气压力之间的某一数值，且两个负载口的压力值和阀芯1的位移之间存在一一对应的数值关系；根据两个负载口的压力值大小可以得知阀芯在阀套中所处的几何位置。通过本发明的方法，在检测气动伺服阀的压力位移静态特性图后，根据图上的压力值可以分别判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。 

图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。如图所示，由空气压缩机6产生气源，气体经过单向阀7和储气罐8后，经过滤器10，减压阀12，压力表11，油雾器13直接供给被测气动伺服阀。其中，卸荷阀9起过载保护作用；过滤器10起净化压缩空气作用，减压阀12为负载提供稳定的输出压力，油雾器13调整气体润滑性。气体通过接口Ps输送到气动伺服阀。气动伺服阀接受外部电源17产生的电信号指令，气动伺服阀内部的力马达和碰嘴挡板部分工作，或者通过螺旋测微仪推动阀芯工作，从而向负载口A和B供给一定压力流量的气体。压力表14和压力表15分别检测气动伺服阀的两个负载口的压力值；气动伺服阀的阀芯位移信号由螺旋测微仪或记录仪16纪录。 

按照图2所示的检测台调节减压阀12的出口压力，从而改变气动伺服阀的 供气压力，使供气压力达到本实施例的压力值0.7MPa。记录阀位移和两个负载口的压力值，即压力位移静态特性图。 

图3是本发明的一种实施例的具有对称均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps＝0.7MPa，大气压力Pe＝0.1013MPa。如图3所示，结合图1可知：当阀位移为-15μm时，Pb＝0.7MPa，Pa＝0.1013MPa；由此可见，负重合量Δ3为15μm，负重合量Δ1为15μm。当阀位移为+15μm时，Pb＝0.1013MPa，Pa＝0.7MPa；由此可见，负重合量Δ4为15μm，负重合量Δ2为15μm。可见，本实施例中的气动伺服阀具有对称均等的负重合量，即Δ1＝Δ2＝Δ3＝Δ4＝15μm。 

图4是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps＝0.7MPa，大气压力Pe＝0.1013MPa。如图4所示，结合图1可知：当阀位移为-5μm时，Pa＝0.1013MPa；由此可见，负重合量Δ1为5μm。当阀位移为-15μm时，Pb＝0.7MPa；由此可见，负重合量Δ3为15μm。当阀位移为+5μm时，Pb＝0.1013MPa；由此可见，负重合量Δ4为5μm。当阀位移为+15μm时，Pa＝0.7MPa；由此可见，负重合量Δ2为15μm。可见，本实施例的气动伺服阀具有对称不均等的负重合量，即Δ2＝Δ3＝15μm，Δ1＝Δ4＝5μm。 

图5是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps＝0.7MPa，大气压力Pe＝0.1013MPa。如图5所示，结合图1可知：当阀位移为-5μm时，Pb＝0.7MPa；由此可见，负重合量Δ3为5μm。当阀位移为-15μm时，Pa＝0.1013MPa；由此可见，负重合量Δ1为15μm。当阀位移为+5μm时，Pa＝0.7MPa；由此可见，负重合量Δ2为5μm。当阀位移为+15μm时，Pb＝0.1013MPa；由此可见，负重合量Δ4为15μm。可见，本实施例的气动伺服阀具有对称不均等的负重合量，即Δ1＝Δ4＝15μm，Δ2＝Δ3＝5μm。 

进一步，通过本发明的方法实测任何一种实施例的气动伺服阀负载压力阀位移曲线图后，可以判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。 

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法，其特征在于：通过检测台测量气动伺服阀的静态压力特性的间接方法，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何负重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小，所述的阀芯和阀套的几何负重叠量间接测量方法是通过静态压力特性曲线进行间接测量的方法，即：阀芯位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力完全相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的上游负重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判定该另一个负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游负重合量大小；阀芯位移在正反两个方向变化时，分别判定上游和下游的四个负重合量的大小；当两个负载口的压力完全相等时，判定阀芯在阀套中处于几何中立位置；当某一个负载口压力小于供气压力而且大于大气压力时，判定阀芯在阀套轴向的某一位置，阀芯位移的大小由某一个负载口压力大小而确定。

2.根据权利要求1所述的气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法，其特征在于：所述的间接测量方法是在气动伺服阀非拆卸的条件下完成检测过程，且检测过程对产品无任何损伤。

3.根据权利要求1所述的气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法，其特征在于：所述的静态压力特性是气动伺服阀的两个负载口压力与阀芯位移的特性曲线。

4.根据权利要求1所述的气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法，其特征在于：所述的检测台具有恒压气源且对被检测气动伺服阀进气口进行供气，该气动伺服阀的两个负载口分别独立连接两个气体压力表或压力传感器；所述的检测台还具有阀芯位移发生装置。

5.根据权利要求4所述的气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法，其特征在于：所述的阀芯位移发生装置通过输入电信号由气动伺服阀内部的力马达和一级喷嘴挡板阀部分间接实现，或通过外部的螺旋测微仪直接实现。

6.权利要求1至5中任一所述的气动伺服阀几何负重叠量间接测量方法的应用，其特征在于：将所述方法集成于气动伺服阀几何负重叠量间接测量系统。

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