CN102562702B - 一种电动液压阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动液压阀，包括伺服电机和液压阀；所述伺服电机与所述液压阀相连接，所述伺服电机可驱动所述液压阀的阀芯运动。本发明提供的电动液压阀，响应速度快，消除了由液压冲击所引起的振动噪声的问题，其控制精度高，线性度高，响应速度快，克服了现有技术中采用电磁铁作为电-机械转换器的种种缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及液压阀技术领域，具体涉及一种由伺服电机驱动的电动液压阀。
背景技术
目前，液压阀的电-机械转换器一般为普通电磁铁、比例电磁铁等，液压阀首先通过上述电磁铁把电信号转换成力信号，然后通过与弹簧的配合把力信号转换成液压阀阀芯的机械位移信号，从而控制液压阀阀芯的位移，从而使得液压阀运行在设定的出口压力/出口流量下。
现有技术的上述液压阀，由于电磁铁固有特性的限制，导致至少存在以下问题：电磁铁输出力小，且输出行程受限制，导致液压阀的响应速度慢，抗油污能力差，单级控制能力有限；由于单级液压阀控制能力有限，大流量的液压阀就需要叠加成二级、三级或者更多级别来一级一级驱动，造成体积庞大，且可靠性差；由于液压系统存在脉动或其他不稳定因素，致使电磁阀内部产生振动、噪声等问题；传统液压阀的控制精度低、线性度差。
发明内容
为了解决上述现有技术中液压阀输出力小、阀芯行程受限、响应速度慢、抗污能力差、单级控制能力有限；大流量时体积庞大、可靠性差；内部易产生振动、噪声；控制精度低、线性差等问题或者至少之一，本发明提供了一种电动液压阀，可以有效地克服上述现有技术中存在的技术问题。
本发明提供了一种电动液压阀，包括伺服电机和液压阀；所述伺服电机与所述液压阀连接，所述伺服电机可驱动所述液压阀的阀芯运动。
在上述技术方案中，优选地，所述阀芯为滑动式阀芯，所述伺服电机的输出轴通过运动转换机构与所述阀芯连接，所述运动转换机构能够将所述输出轴的旋转运动转换为所述阀芯的直线往复运动。
在上述技术方案中，优选地，所述运动转换机构为丝杠螺母机构，包括配合传动的丝杠和螺母，其中，所述伺服电机的输出轴与丝杠连接，所述螺母通过连接架与所述阀芯连接。
在上述技术方案中，优选地，所述电动液压阀还包括对所述连接架的旋转运动进行限位的限位机构。
在上述技术方案中，优选地，所述限位机构包括与所述阀芯的轴线平行且固定设置的导轨，在所述连接架上沿其轴向设置有导槽，所述导槽与导轨配合，所述导槽可沿所述导轨滑动。
在上述技术方案中，优选地，所述限位机构包括与所述阀芯的轴线平行且固定设置的限位杆，所述限位杆穿过所述连接架，所述连接架可沿所述限位杆滑动。
在上述技术方案中，优选地，所述螺母包括第一螺母和第二螺母，所述连接架与所述第一螺母和/或第二螺母固定连接；所述第一螺母和所述第二螺母之间设置有调整块，所述调整块对所述第一螺母和第二螺母施加预紧力，以调整所述第一螺母和第二螺母与所述丝杠间的轴向间隙。
在上述技术方案中，优选地，所述调整块为弹性块。
在上述技术方案中，优选地，所述连接架通过调心连接块与所述阀芯相连接，所述调心连接块能够调整所述连接架和所述阀芯的同轴度。
在上述技术方案中，优选地，所述调心连接块与所述阀芯固定连接，所述连接架与所述调心连接块通过球窝关节铰接。
在上述技术方案中，优选地，所述调心连接块包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件的一端伸入所述第二连接件内并与所述第二连接件轴向定位，所述第一连接件和所述第二连接件径向间隙配合。
在上述技术方案中，优选地，所述阀芯为转动式阀芯，所述伺服电机的输出轴与所述阀芯刚性连接。
在上述技术方案中，优选地，在所述伺服电机的输出轴上设置有减速装置。
本发明提供的上述电动液压阀，使用伺服电机代替现有技术电动液压阀中的电磁铁作为液压阀的电-机械转换器，从而克服使用电磁铁所带来的种种缺陷。
由于伺服电机输出的转矩大、不受行程限制、响应速度快，使得本发明提供的电动液压阀抗油污能力强、响应速度快、阀芯行程可以不受限制、控制精度高、单级控制能力强；
现有技术中采用电磁铁驱动阀芯做往复运动时，需要弹簧与阀芯配合使阀芯复位，而由于本发明采用伺服电机直接或者通过运动转换机构与液压阀的阀芯相连接，且本发明中的伺服电机可以正转反转，可以通过伺服电机的正反转实现对阀芯往复运动的控制，从而无需配套使用弹簧，这样就消除了由液压冲击所引起的振动、噪声的问题；
某些液压阀对控制精度要求较高，例如比例液压阀，现有技术中由于比例电磁铁输出精度不高，导致其线性度不高，所以传统比例阀的控制精度也不高、线性度差、响应速度慢，往往达不到要求，本发明因采用伺服电机来驱动液压阀的阀芯，因可以采用闭环控制，从而使本发明提供的电动液压阀控制精度高、线性度高、响应速度快。
可见，采用本发明给出的电动液压阀，可以克服现有技术中采用电磁铁作为电-机械转换器的种种缺陷，具有积极的有益效果和广泛的应用前景。
附图说明
图1为根据本发明所述电动液压阀一实施例的结构示意图；
图2为图1中的C-C剖视图；
图3为图1中的D部放大图；
图4为图1中的E部放大图；
图5为根据本发明所述电动液压阀又一实施例的结构示意图；
图6为图5中的F-F剖视图；
图7是根据本发明所述电动液压阀另一实施例的结构示意图；
图8为根据本发明所述电动液压阀再一实施例的结构示意图；
图9为图8中G-G的剖视图；1
图10为图8中的H-H剖视图。
其中，图1至图10中附图标记与装置名称之间的对应关系为：
1伺服电机2液压阀
21阀芯22阀体23前端盖24后端盖
A控制口B控制口P进液口T回液口
3运动转换机构31螺母32杠
311第一螺母312第二螺母313调整块
4连接架41导槽51导轨52限位杆
6调心连接块61第一连接件62第二连接件
7减速装置8联轴器9滚动轴承
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1至图4所示，为根据本发明所述电动液压阀的一实施例。其中，图1为所述电动液压阀该实施例的结构示意图；图2为图1中的C-C剖视图；图3为图1中的D部放大图；图4为图1中的E部放大图。
参考图1，本发明提供的一种电动液压阀，包括伺服电机1和液压阀2，所述伺服电机1与所述液压阀2相连接，所述伺服电机1可驱动所述液压阀2的阀芯21运动。在该实施例中，通过伺服电机控制液压阀的阀芯运动，实现了阀芯21对控制口A、B与进液口P和回液口T之间的通断和开口大小的控制。
本发明实施例提供的上述电动液压阀，因使用伺服电机代替现有技术液压阀中的电磁铁作为液压阀的电-机械转换器，从而克服了使用电磁铁所带来的种种缺陷：首先，由于伺服电机输出的转矩大、不受行程限制，使得本发明提供的电动液压阀抗油污能力强、响应速度快、阀芯行程可以不受限制；其次，现有技术中采用的电磁铁驱动阀芯做往复运动，需要弹簧与阀芯配合使阀芯复位，而本发明由于采用伺服电机直接或者通过运动转换机构与液压阀的阀芯相连接，且本发明中的伺服电机可以正转反转，可以通过伺服电机的正反转实现对阀芯往复运动的控制，从而无需配套使用弹簧，这样就消除了由液压冲击所引起的振动、噪声的问题；此外，某些液压阀，对控制精度要求较高，例如比例液压阀，现有技术中由于电磁铁输出精度不高，导致其线性度不高，所以传统比例阀的控制精度也不高、线性度差、响应速度慢，往往达不到要求，本发明因采用伺服电机来驱动液压阀的阀芯，由于可以采用闭环控制，从而使本发明提供的电动液压阀控制精度高、线性度高、响应速度快。
可见，采用本发明给出的电动液压阀，可以克服现有技术中采用电磁铁作为电-机械转换器的种种缺陷，具有积极的有益效果。
在图1中，该液压阀2包括阀芯21、阀体22、前端盖23和后端盖24。在具体实施例中，该阀芯21为滑动式阀芯，即阀芯21在阀体22中作直线往复运动以对液压阀的开度进行控制，因此，伺服电机1的输出轴通过运动转换机构3与阀芯21相连接，运动转换机构3能够将输出轴的旋转运动转换为阀芯21的直线往复运动。
上述运动转换机构3为丝杠螺母机构，其包括配合传动的丝杠32和螺母31，其中，伺服电机1的输出轴与丝杠32通过联轴器8连接，螺母31通过连接架4与阀芯21固定连接。这样，伺服电机1的输出轴转动，以带动丝杠32同步转动，通过丝杠32与螺母31之间的配合，螺母31作直线往复运动，从而驱动阀芯21进行直线往复运动，以控制阀口的开度。当然，还可以选择伺服电机1的输出轴与螺母31连接，丝杠32与阀芯21连接的方式。上述运动转换机构3有很多种选择，还可以包括齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆机构或者凸轮机构等，只要是将伺服电机的旋转运动转换为阀芯的直线往复运动即可。
在一种实施例中，对前端盖23的结构进行相应的设计，具体的将前端盖23的轴向长度加长，伺服电机1固定在前端盖23的外端部，并在前端盖23内设置容置空间，将丝杠螺母机构设于该容置空间中。通过上述布置形式，巧妙地使得伺服电机1与液压阀2固定连接在一起，丝杠螺母机构设置在液压阀的前端盖23中。在液压阀2工作过程中，可以提高伺服电机1的输出轴、丝杠螺母机构与阀芯21的动力传递的稳定性和整个电动液压阀的刚度。
在上述结构的基础上，在前端盖23内设置滚动轴承9，丝杠32的光轴段通过滚动轴承9支撑在前端盖23上。为了满足对液压阀2的阀芯21的行程要求，当液压阀2具有多个工作位并要求阀芯21的行程较长的情况下，丝杠螺母机构的轴向长度同样需要加长，通过设置滚动轴承实现对丝杠螺母机构的有效支撑效果，避免丝杠螺母机构占据的轴向长度过大而产生的弯矩，进一步提高了动力传输的稳定性。
需要说明的是，在实际应用过程中，为了避免伺服电机1在运转过程中的振动对液压阀2的影响，伺服电机1与液压阀2之间可以独立设置，即伺服电机1没有固定在液压阀2的前端盖23上。此时，为了提高丝杠螺母机构的传动稳定性，还可以设置相应的安装座，丝杠螺母机构设置在安装座内，可以避免外界工作环境对其丝杠螺母机构进行动力转换的影响。
在上述技术方案中，伺服电机1的输出轴进行转动，并带动丝杠32同步转动，丝杠32与螺母31相配合，螺母31作轴向往复运动，从而带动与螺母31连接的阀芯21作往复直线运动。在该运动转换过程中，因结构设计与装配过程中的误差，在丝杠32的驱动下，螺母31可能发生一定角度的转动，该转动角度的范围较小，这种现象会导致连接架4、阀芯21进行一定角度的转动，从而影响阀芯的阀口开度等工作参数。因此，为了对液压阀2的阀芯21的运动状态进行严格的控制，该电动液压阀还包括用于限制连接架4转动的限位机构。
参考图2，该限位机构包括固定在前端盖23上的导轨51，导轨51与阀芯21的轴线平行设置；并且，在连接架4上沿其轴向设置有导槽41，将导槽41配合在导轨51上，这样连接架4通过导槽41可沿导轨51滑动。采用该限位机构，丝杠32在伺服电机1的驱动下转动，该限位机构限制了螺母31、连接架4的转动动作，并使连接架4的直线往复运动方向与阀芯21的轴线平行，从而进一步保护阀芯并提高液压阀的控制精度。需要说明的是，导槽41的轴向长度可以根据阀芯的位移量、导轨51的位置进行设定。
作为替代方案，还可以在前端盖23上固定有滑块，导槽41配合在滑块中，同样起到限制连接架4转动的功能。
上述限位机构的结构并不限于此，如图5所示为根据本发明电动液压阀又一实施例的结构示意图；图6为图5中的F-F剖视图。
参考图5和图6，该限位机构可以包括限位杆52，限位杆52的两端固定在前端盖23上，限位杆52与阀芯21的轴线平行设置，并且限位杆52穿过连接架4，连接架4可沿限位杆52滑动。通过设置限位杆52，连接架4可沿限位杆52进行滑动，从而限制了连接架4的旋转运动，使得连接架4的运动方向与阀芯21的轴线平行。可以理解的，本发明实施例中对限位杆52的数量并不作限定。在该实施例中，限位杆52还可以穿过螺母31，即螺母31和连接架4均沿着限位杆52进行水平滑动。
在具体设计过程中，连接架4与螺母31固定连接，在连接架4与螺母31的周向设置向外衍射的档边，限位杆52穿过连接架4与螺母31上的档边并将其两端固定在前端盖2上或安装座上。
在上述结构中，导轨51、限位杆52均与阀芯21的轴线平行设置，并固定在前端盖23上，从而起到限制连接架4转动的技术效果。在具体结构设计时，若丝杠螺母机构通过安装座进行装配，而不是设置在前端盖23中，那么，导轨51、限位杆52可以相应的固定在安装座内，以满足其位置设计的需求。
在本发明实施例中，对伺服电机1的输出轴的旋转动作进行运动转换时采用丝杠螺母机构，由于结构设计与装配过程中存在的误差，例如在丝杠31与螺母32之间存在有轴向间隙，该轴向间隙的存在会造成较大的机械冲击，并且降低了伺服电机正转、反转的灵敏度和响应速度。
为此，在一种具体实施例中，如图3所示，上述螺母31包括第一螺母311和第二螺母312，两个螺母均配合在丝杠32上，连接架4与所述第一螺母311和/或第二螺母312固定连接；第一螺母和第二螺母之间设置有调整块313，调整块313对第一螺母311和第二螺母312施加预紧力，以调整第一螺母311和第二螺母312与丝杠32间的轴向间隙。
该实施例中，通过将螺母31设置为第一螺母311和第二螺母312，并在两个螺母之间设置调整块313；在调整块313施加预紧力，使得第一螺母311和第二螺母312均受到向外的作用力，如图3中的F所示，从而使得两个螺母均具有向外运动的趋势，即调整块可以达到双向调整间隙的功能，以补偿螺母与丝杠之间的轴向间隙。在丝杠32转动过程中，第一螺母311和第二螺母312与丝杠32之间的轴向间隙通过调整块313的作用力而得到补偿，消除了由于轴向间隙而导致的机械冲击力，并提高了伺服电机正转、反转的灵敏度和响应速度，从而使得伺服电机1作为动力源的效果得到更好的发挥。
当然，在图3中采用滚珠丝杠螺母的结构，通过在第一螺母311和第二螺母312之间调整块313，其调整块313对两个螺母施加的预紧力还可以通过滚珠进行传递，进一步提高了其传动的可靠性。
基于调整块313需要对第一螺母311和第二螺母312施加作用力，并设置调整块313为弹性块，由于弹性块对第一螺母311和第二螺母312施加双向作用力，弹性块的弹性变形能够使得丝杠与螺母之间的轴向间隙具有一定的调整余量，以满足不同工况的工作需求。
在本发明实施例中，为了进一步提高对液压阀的控制精度，对连接架4与阀芯21之间的连接关系进行进一步限定。
参考图4，连接架4通过调心连接块6与阀芯21相连接，该调心连接块6能够调整所述连接架4和所述阀芯21的同轴度。采用该调心连接块6，可以降低伺服电机的输出轴、丝杆螺母机构、连接架和阀芯的同轴度要求，降低上述各个部件的结构设计与装配精度要求。若连接架4和阀芯21刚性连接，当伺服电机1的输出轴、丝杆螺母、连接架4与阀芯21不同轴时，可导致阀芯与阀体之间的磨损加大、甚至卡死；可通过调心连接块6来调整彼此的同轴度，使得阀芯与阀体之间的同轴度不受影响，能够使得阀芯21按照预定的轴向作直线往复运动，从而减少阀芯和阀体之间的磨损，提高液压阀的控制精度和使用寿命。
本实施例中，如图4所示，该调心连接块6与阀芯21固定连接，连接架4与调心连接块6通过球窝关节铰接。例如，在连接架4的端部设置球头，在调心连接块6上设置球窝，球头配合在球窝中并可实现多个自由度的转动。由于球窝关节铰接可以承受各个方向的受力，通过球窝关节铰接方式能够实现多个自由度的转动，当连接架4与阀芯21之间不同轴时，可以调节阀芯21与连接架4的同轴度，从而使得阀芯21能够在阀体22中按照预定的运动轨迹作直线往复运动。
为了进一步提高阀芯同轴度调节的效果，在上述结构的基础上，该调心连接块6包括第一连接件61和第二连接件62，所述第一连接件61的一端伸入所述第二连接件62内并与所述第二连接件62轴向定位，所述第一连接件61和所述第二连接件62径向间隙配合。具体来说，如在图4所示，第一连接件61包括连接件本体611，沿连接件本体611的轴线向外延伸有连接头612，连接件本体611与连接头612之间通过连接颈613连接，连接头612和连接颈613均为圆柱体，且连接头612的直径大于连接颈613的直径。沿第二连接件62的轴线方向设置贯穿其中的第一安装孔621和第二安装孔622，第一安装孔621的直径小于第二安装孔622的直径，阀芯21通过螺纹连接配合固定在第二安装孔622中。将连接头612伸入第二安装孔622，这样，连接颈613配合在第一安装孔621，且第一安装孔621的轴向长度等于连接颈613的轴向长度，以实现第一连接件61和第二连接件62的轴向定位；连接头612的直径小于第二安装孔622的直径，连接颈613的直径小于第一安装孔621的直径，即第一连接件61的一端和第二连接件62的径向具有间隙，即所述径向间隙相配合，以实现对阀芯21同轴度的调整。采用该结构，第一连接件61可相对第二连接件62的轴线(即阀芯的轴线)作径向的小范围浮动(浮动范围就是间隙的范围)，从而调整连接架和阀芯的同轴度。
由于连接架4与第一连接件61之间为球窝关节铰接方式，该连接方式不影响力和运动的传递；同时第一连接件61和第二连接件62之间的轴向无间隙，不影响阀芯运动的灵敏度和响应速度，很巧妙地在不影响灵敏度和相应速度的情况下，解决了不同轴的问题。
需要说明的是，在实际应用过程中，电动液压阀可以同时包括限位机构、丝杠螺母机构、调心连接块的技术特征，或者是上述任一个技术特征或者三者之间的不同组合形式。
在本发明实施例中，为了降低伺服电机1输入到丝杠的速度，以减小机械冲击力，增加动力传递的稳定性，如图7所示可以在伺服电机1的输出轴上设置有减速装置7。
如图8至图10所示为根据本发明电动液压阀再一实施例的结构示意图。其中，图8为本实施电动液压阀的结构示意图，图9为图8中的G-G剖视图，图10为图8中的H-H剖视图。
本实施例中，该液压阀2包括阀芯21、阀体22、前端盖23和后端盖24，且该阀芯21为转动式阀芯，伺服电机1的输出轴与阀芯21刚性连接。这样，通过伺服电机的旋转运动带动阀芯21的转动，从而控制阀口的开度。
同样的，在伺服电机1的输出轴上设置有减速装置7，以降低伺服电机1输入到丝杠的速度，以减小机械冲击力，增加动力传递的稳定性。
综上，本发明提供的电动液压阀，抗油污能力强、响应速度快、阀芯行程可以不受限制；消除了由液压冲击所引起的振动、噪声的问题；控制精度高、线性度高、响应速度快。克服了现有技术中采用电磁铁作为电-机械转换器的种种缺陷。
本发明以上，以电动液压阀为主题并结合实施例，对本发明进行了详细阐述，但是，根据液压传动与控制和气压传动与控制之间原理及工矿的关系，本领域的技术人员应当理解，完全可以将本发明电动液压阀用于气压传动和控制中，即将本发明的电动液压阀作为电动气压阀来使用，进行气压传动与控制，同样可以解决传统气压阀输出力小、阀芯行程受限、响应速度慢、抗污能力差、单级控制能力有限、大流量时体积庞大、可靠性差、内部易产生振动、噪声、控制精度低、线性差等问题或者至少之一，实现与液压传动与控制类似的有益效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电动液压阀，其特征在于，包括伺服电机(1)和液压阀(2)；所述伺服电机(1)与所述液压阀(2)连接，所述伺服电机(1)可驱动所述液压阀(2)的阀芯(21)运动；
所述阀芯(21)为滑动式阀芯，所述伺服电机(1)的输出轴通过运动转换机构(3)与所述阀芯(21)连接，所述运动转换机构(3)能够将所述输出轴的旋转运动转换为所述阀芯(21)的直线往复运动；
所述运动转换机构(3)为丝杠螺母机构，包括配合传动的丝杠(32)和螺母(31)，其中，所述伺服电机(1)的输出轴与丝杠(32)连接，所述螺母(31)通过连接架(4)与所述阀芯(21)连接；
所述连接架(4)通过调心连接块(6)与所述阀芯(21)相连接，所述调心连接块(6)能够调整所述连接架(4)和所述阀芯(21)的同轴度；
所述调心连接块(6)与所述阀芯(21)固定连接，所述连接架(4)与所述调心连接块(6)通过球窝关节铰接；
所述调心连接块(6)包括第一连接件(61)和第二连接件(62)，所述第一连接件(61)的一端伸入所述第二连接件(62)内并与所述第二连接件(62)轴向定位，所述第一连接件(61)和所述第二连接件(62)径向间隙配合。
2.根据权利要求1所述的电动液压阀，其特征在于，所述电动液压阀还包括对所述连接架(4)的旋转运动进行限位的限位机构。
3.根据权利要求2所述的电动液压阀，其特征在于，所述限位机构包括与所述阀芯(21)的轴线平行且固定设置的导轨(51)，在所述连接架(4)上沿其轴向设置有导槽(41)，所述导槽(41)与导轨(51)配合，所述导槽(41)可沿所述导轨(51)滑动。
4.根据权利要求2所述的电动液压阀，其特征在于，所述限位机构包括与所述阀芯(21)的轴线平行且固定设置的限位杆(52)，所述限位杆(52)穿过所述连接架(4)，所述连接架(4)可沿所述限位杆(52)滑动。
5.根据权利要求1所述的电动液压阀，其特征在于，所述螺母(31)包括第一螺母(311)和第二螺母(312)，所述连接架(4)与所述第一螺母(311)和/或第二螺母(312)固定连接；所述第一螺母(311)和所述第二螺母(312)之间设置有调整块(313)，所述调整块(313)对所述第一螺母(311)和第二螺母(312)施加预紧力，以调整所述第一螺母(311)和第二螺母(312)与所述丝杠(32)间的轴向间隙。
6.根据权利要求5所述的电动液压阀，其特征在于，所述调整块(313)为弹性块。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电动液压阀，其特征在于，在所述伺服电机(1)的输出轴上设置有减速装置(7)。
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