CN101799025B - 内反馈型增量式水液压节流数字阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压阀领域，尤其涉及一种水液压节流数字阀。一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，包括液压阀(1)、固定框架(2)、机械传动机构(4)和步进电机(5)，所述的液压阀(1)和步进电机(5)安装在固定框架(2)上，所述数字阀还包括位移传感机构(3)，所述的步进电机(5)的通过机械传动机构(4)连接液压阀(1)的阀芯(14)，阀芯(14)和固定框架(2)螺纹连接。本发明结构简单，成本低，抗污染性能强，可靠性高，满足了水液压系统中对介质环境的要求，泄漏量低，可以接受由计算机、单片机发出的数字信号直接控制，而无需经A/D与D/A转换。

Description

内反馈型增量式水液压节流数字阀

技术领域

本发明属于液压阀领域，尤其涉及一种水液压节流数字阀。

背景技术

目前的液压阀大多所用的介质分为水和液压油两种，在需要高精度控制的环境中多为使用液压油的饲服阀，因为水介质容易腐蚀阀芯零件，在现有结构的液压阀中容易发生泄漏，降低控制精度无法满足要求；但是使用液压油的饲服阀的缺点也很明显，首先饲服阀对介质的清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用比较高昂，系统能耗也比较大，难以为各普通工业用户所接受，其次饲服阀中的液压油容易污染环境，最后饲服阀属于模拟型比例元件，需要液压放大器，当应用微机与伺服放大器相连时，还必须增设D/A转换器，当需要反馈时，也必须设置A/D转换才能实现与计算机的接口，十分不便；所以需要一种能在计算机实时控制的电液控制系统中，可直接与计算机接口，不需要D/A转换器的数字阀。

现有技术中公开了一种步进电机驱动的流体阀20048001626505，该流体阀中通过用步进电机的控制解决了与计算机直接接口的问题，但是因为其阀芯控制部分没有改进，通过旋塞控制，这种类型的阀芯对工作精度要求很高，一但发生腐蚀就会发生泄漏，无法自行调节，所以工作介质仍然需要使用液压油。目前水液压阀是正在发展的技术，一般用开环，尚少有内闭环的阀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，阀中通过位移传感机构对阀芯位移进行检测，计算机根据移传感机构的信号直接控制步进电机调节水液压系统中的流量，提高了阀的频率响应与闭环控制精度，比普通阀的频响高数倍以上，能满足要求更高的控制系统。

一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，包括液压阀、固定框架、机械传动机构和步进电机，所述的液压阀和步进电机安装在固定框架上，所述数字阀还包括位移传感机构，所述的步进电机的通过机械传动机构连接液压阀的阀芯，阀芯和固定框架螺纹连接，所述的位移传感机构包括连接装置、传感器支架和直线位移传感器，所述直线位移传感器设置在固定框架上，所述的传感器支架一端和直线位移传感器相连，另一端通过连接装置和阀芯相连，且当阀芯相对固定框架轴向运动时连接装置相对固定框架有轴向运动。

所述的连接装置为开有环形槽的轴套，所述的轴套固定在阀芯上，传感器支架的一端嵌装在环形槽内，环形槽转动带动传感器支架轴向移动。

所述的连接装置为螺纹轴套，所述的螺纹轴套内螺纹与阀芯端部的调节螺纹配合形成螺纹副，所述的阀芯和固定框架之间螺纹副方向与螺纹轴套内螺纹和阀芯端部调节螺纹之间的螺纹副方向相反。

所述的连接装置为螺纹轴套，所述的螺纹轴套内螺纹与阀芯端部的调节螺纹配合形成螺纹副，阀芯和固定框架之间的螺纹螺距与阀芯端部的调节螺纹螺距不相等。

所述的液压阀包括液压阀端盖、阀座、阀体、阀芯和阀套，阀芯和阀套之间装有耐磨圈，所述的阀芯前端的密封面为锥形面，阀芯做轴向的运动打开/关闭阀门。

阀芯和阀套之间形成一个腔室，所述的阀芯内部有一通孔连通腔室和液压工作介质区。

所述的机械传动机构包括连轴器套、连轴器和滚珠，所述的连轴器一端通过方键连接步进电机的输出轴，另一端外部装有连轴器套，内部为一个和阀芯调节杆相配合的多边形孔，多边形的阀芯调节杆端部在连轴器的多边形孔中与滚珠相接触。

所述的滚珠为圆柱滚珠。

所述的连轴器套内部的多边形孔和阀芯调节杆的多边形端部为相配合的方形。

所述的直线位移传感器为机械式直线位移传感器。

本发明通过位移传感机构对阀芯位移进行检测，计算机根据移传感机构的信号直接控制步进电机调节水液压系统中的流量，因步进电机作为数控执行元件可以接受由计算机、单片机发出的数字信号直接控制，而无需经A/D与D/A转换，所以大大提高了阀的频率响应与闭环控制精度，比普通阀的频响高数倍以上，能满足要求更高的控制系统。特别是随着计算机的发展与应用，步进电机控制的脉冲分配可以采用软件编程实现，它产生的数字信号可直接转换成流体脉冲信号，使计算机控制技术与液压流体控制技术达到有机结合，同时步进电机的控制信号为数字脉冲信号，只要不发生丢步，其负载的变化对步长基本没有影响，工作步长一定，稳态时具有定位力矩，可以很好消除来自流体动力系统的干扰信号的影响。同时本发明的数字阀结构上采用锥阀，它不存在精度很高的间隙配合，结构简单，成本低，抗污染性能强，可靠性高，泄漏量低，满足了水液压系统中对介质环境的要求。

附图说明

图1为本发明内反馈型增量式水液压节流数字阀的结构示意图；

图2为液压阀结构示意图；

图3为实施例1的位移传感机构结构示意图；

图4为实施例2的位移传感机构结构示意图；

图5为机械传动机构结构示意图；

图6为图5的A-A向视图；

图7为图5的B-B向视图。

图中：1液压阀、2固定框架、3位移传感机构、4机械传动机构、5步进电机、10液压工作介质区、11液压阀端盖、12阀座、13阀体、14阀芯、15阀套、16耐磨圈、17腔室、18通孔、19调节杆、31连接装置、32传感器支架、33直线位移传感器、41轴器套、42连轴器、44方键、43滚珠、51输出轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，包括液压阀1、固定框架2、位移传感机构3、机械传动机构4和步进电机5，所述的液压阀1、位移传感机构3和步进电机5安装在固定框架2上；

如图2所示，所述的液压阀1包括液压阀端盖11、阀座12、阀体13、阀芯14和阀套15，阀芯14和阀套15之间装有耐磨圈16，所述的阀芯14和固定框架2螺纹连接，其前端的密封面为锥形面，阀芯14做轴向的运动打开/关闭阀门，阀芯14后端为调节杆19，为满足水介质的液压的工作环境，阀芯14、阀体13均采用不锈钢1Cr18Ni9Ti，阀座12、阀套15采用耐腐蚀、气蚀高的黄铜，锥形的阀芯结构可保证良好的密封性能克服水介质易泄漏；阀芯14和阀套15之间形成一个腔室17，所述的阀芯14内部有一通孔18连通腔室和液压工作介质区10，工作时进油压力一方面直接作用于阀芯14端部，一方面经通孔18作用于阀芯14另一端，产生与进油压力相反的力，大大减小了压力在阀芯14上的有效面积，从而可以减小步进电机5对阀芯14的驱动力矩，使得步进电机5的选择与整个系统的性价比得到提高，腔室17为阀芯14位移的空间范围，通孔18使得阀芯14在移动过程中，那出现真空现象，减小了阀芯14移动的阻力；

如图3所示，所述的位移传感机构3包括连接装置31、传感器支架32和机械式直线位移传感器33，所述的连接装置31为螺纹轴套，所述的传感器支架32一端固定在螺纹轴套上，另一端和直线位移传感器33相连，直线位移传感器33设置在固定框架2上，螺纹轴套的内螺纹Tr2与阀芯14端部的调节螺纹Tr1配合形成螺纹副，阀芯14和固定框架2的连接螺纹Tr3与阀芯14端部的调节螺纹Tr1的螺距不相等；当Tr3＜Tr1时，步进电机5驱动阀芯14顺时针转动时，由于固定框架2固定不动，调节螺纹Tr1以顺时针W1旋转并有V1方向的轴向运动，这样Tr1螺纹作为螺纹副当中的主动机构带动Tr2，从而使螺纹轴套相对阀芯14产生逆时针转动W2并产生与V1相反的轴向运动V2，因为Tr3＜Tr1所以V2＞V1，螺纹轴套相对于固定框架2出现一个和V2方向相同的相对运动V，这样由于螺纹轴套和传感器支架32之间采用刚性连接，螺纹轴套的轴向运动直接经传感器支架32传递至直线位移传感器33的导杆，从而实现对阀芯14位移的检测。

以上情况当Tr3和Tr1螺纹方向相反时也能产生同样的效果。

如图5、6、7所示，所述的机械传动机构4包括连轴器套41、连轴器42和圆柱滚珠43，调节杆19端部为方形，所述的连轴器42一端通过方键44连接步进电机5的输出轴51，另一端外部装有连轴器套41，内部为和调节杆19端部相配合的方形孔，调节杆19端部在连轴器42内部的多边形孔中与圆柱滚珠43相接触，在步进电机5的输出轴51驱动下，可靠的传递W1；同时，阀芯14在端部调节杆19的带动下要产生轴向的位移并产生一个轴向拉力Fz，此时，圆柱滚珠43在拉力Fz作用下在自身安装槽内产生滚动W3，以补偿阀芯14的横向运动V1，从而保证了阀芯的旋转运动与轴向位移。

实施例2

如图4所示，一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，实施例2和实施例1的区别在于，所述的连接装置31为开有环形槽的轴套，所述的轴套固定在阀芯14上，传感器支架32的一端嵌装在环形槽内，环形槽转动带动传感器支架32轴向移动；所述的连轴器42的内孔和调节杆19端部为相配合的正六边形，圆柱滚珠43用球形滚珠代替。当阀芯14旋转并做轴向移动时，因轴套固定在阀芯14上，所以轴套跟随阀芯14一起做轴向运动，因传感器支架32可以在轴套的环形槽中转动抵消轴套的旋转，所以传感器支架32只有轴向的运动，从而实现对阀芯14位移的检测。

Claims (9)

1.一种内反馈型增量式水液压节流数字阀，包括液压阀(1)、固定框架(2)、机械传动机构(4)和步进电机(5)，所述的液压阀(1)和步进电机(5)安装在固定框架(2)上，所述数字阀还包括位移传感机构(3)，所述的步进电机(5)通过机械传动机构(4)连接液压阀(1)的阀芯(14)，阀芯(14)和固定框架(2)螺纹连接，所述的位移传感机构(3)包括连接装置(31)、传感器支架(32)和直线位移传感器(33)，所述直线位移传感器(33)设置在固定框架(2)上，所述的传感器支架(32)一端和直线位移传感器(33)相连，另一端通过连接装置(31)和阀芯(14)相连，且当阀芯(14)相对固定框架(2)轴向运动时连接装置(31)相对固定框架(2)有轴向运动，其特征是：所述的液压阀(1)包括液压阀端盖(11)、阀座(12)、阀体(13)、阀芯(14)和阀套(15)，阀芯(14)和阀套(15)之间装有耐磨圈(16)，所述的阀芯(14)前端的密封面为锥形面，阀芯(14)做轴向的运动打开或关闭阀门，阀芯(14)后端为调节杆(19)。

2.如权利要求1所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的连接装置(31)为开有环形槽的轴套，所述的轴套固定在阀芯(14)上，传感器支架(32)的一端嵌装在环形槽内，环形槽转动带动传感器支架(32)轴向移动。

3.如权利要求1所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的连接装置(31)为螺纹轴套，所述的螺纹轴套内螺纹与阀芯(14)端部的调节螺纹配合形成螺纹副，所述的阀芯(14)和固定框架(2)之间螺纹副方向与螺纹轴套内螺纹和阀芯(14)端部调节螺纹之间的螺纹副方向相反。

4.如权利要求1所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的连接装置(31)为螺纹轴套，所述的螺纹轴套内螺纹与阀芯(14)端部的调节螺纹配合形成螺纹副，阀芯(14)和固定框架(2)之间的螺纹螺距与阀芯(14)端部的调节螺纹螺距不相等。

5.如权利要求1所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：阀芯(14)和阀套(15)之间形成一个腔室(17)，所述的阀芯(14) 内部有一通孔(18)连通腔室(17)和液压工作介质区(10)。

6.如权利要求1所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的直线位移传感器(33)为机械式直线位移传感器。

7.如权利要求1～6中任意一权利要求所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的机械传动机构(4)包括连轴器套(41)、连轴器(42)和滚珠(43)，调节杆(19)端部为多边形，所述的连轴器(42)一端通过方键(44)连接步进电机(5)的输出轴(51)，另一端外部装有连轴器套(41)，内部为和调节杆(19)端部相配合的多边形孔，调节杆(19)端部在连轴器(42)内部的多边形孔中与滚珠(43)相接触。

8.如权利要求7所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的滚珠(43)为圆柱滚珠。

9.如权利要求7所述的内反馈型增量式水液压节流数字阀，其特征是：所述的连轴器套(41)内部的多边形孔和调节杆(19)的多边形端部为相配合的方形。 

Images