CN102705286A - 一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀 - Google Patents

Abstract

一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，包括交流伺服电机，交流伺服电机与谐波减速器连接在阀套上面，交流伺服电机的输出轴与谐波减速器的输入轴连接，谐波减速器的输出轴通过联轴器与丝杠连接，丝杠上设有滑块，滑块上连接有直线位移传感器，滑块和阀杆连接，阀杆端部开有外螺纹，阀芯开有内螺纹，阀杆通过螺纹连接驱动阀芯的开启和关闭，小端盖连接固定在阀座上，小端盖与阀芯套固定连接，阀套采用插装方式插入阀座，并通过顶部端盖固定在阀座内，顶部端盖与阀座固定，阀座采用插装方式安装于液压系统，减小了油液压力对阀的影响，阀的瞬间液动力小，采用闭环控制的伺服直驱方式，具有结构简单，响应快速，控制精确，线性度高的优点。

Description

一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀

技术领域

本发明属于液压阀技术领域，特别涉及一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀。

背景技术

电液伺服阀是复杂的电液元件，在电液伺服系统中，作为连接电气部分与液压部分的桥梁，是电液伺服控制系统的核心部件。近年来，随着压铸机等大型液压装备的快速发展，市场对电液伺服插装阀的需求越来越大，并对其提出了更高的技术要求。尤其是锻压、压铸和注塑设备的液压控制，迫切需要大流量、响应快、维修方便且能在高的液压冲击下工作的伺服插装阀。目前广泛使用的电液伺服插装阀主要是带有先导阀的两级或三级喷嘴挡板阀和射流管阀，传统的液压伺服系统虽然性能优良，但结构复杂，制造困难，维修成本高，卸荷时液压冲击大，油液纯净度要求高以及售价昂贵等问题，例如一个MOOG的电液伺服插装阀的价格在20万元以上。并且，电液伺服插装阀的密封采用阀垫或者聚甲醛等材质密封，工作过程中油液中的杂质，在高的液压冲击下会挤压到软质密封件上，造成漏液、串液，使电液伺服阀对油液污染特别敏感。因此，必须强化和完善过滤技术，提高液压油的清洁度，这样也就提高了电液伺服系统的成本，这一系列缺点都是因传统伺服阀的技术特点而引起的。

因此，随着我国对大型设备需求的日益增加，亟需一种高质量、低成本的伺服插装阀。近几年，随着伺服电机价格的降低，伺服直驱技术逐渐在工业中获得应用，采用伺服直驱技术的插装阀是以后插装阀的发展方向之一。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，具有使用寿命长、结构简单，抗油污能力强，工作压力范围宽，响应速度快，制造和维修成本低的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，包括交流伺服电机1，交流伺服电机1与谐波减速器3连接在阀套8上面，交流伺服电机1的输出轴与谐波减速器3的输入轴连接，谐波减速器3的输出轴通过联轴器4与丝杠6连接，丝杠6上设有滑块15，滑块15上连接有直线位移传感器5，滑块15和阀杆11连接，阀杆11端部开有外螺纹，阀芯13开有内螺纹，阀杆11通过螺纹连接驱动阀芯13的开启和关闭，小端盖10连接固定在阀座7上，小端盖10与阀芯套12固定连接，阀套8采用插装方式插入阀座7，并通过顶部端盖2固定在阀座7内，顶部端盖2与阀座7固定，阀座7采用插装方式安装于液压系统。

所述的阀杆11上部设有阀杆腔16，端部与阀芯13连接处开有外螺纹18，与阀芯13连接部分中心开孔17，使滑块15始终受到向上的油液压力，油液向上作用的面积为A1，油液向下作用的面积为A2，则需要使A1是A2的1.05倍。

所述的阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均采用T型格来圈密封，阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均采用T型格来圈密封，并且在配合处均匀阵列形式密布着小坑19，坑的直径为100微米，深度为10~20微米。

所述的阀芯13和阀座7为间隙配合，其装备精度达IT5，两者材料的热膨胀系数相同。

所述的阀座7的高压油液出口B处开有环形槽20，环形槽20上分布6个由小变大的流道口21。

本发明具有以下有益效果：

1、克服了现有伺服阀整体结构复杂，制造困难，制造和维修成本高等问题。该阀采用交流伺服电机直驱的方式，目前交流伺服直驱的方式已经应用于机械制造业中，本发明利用交流伺服直驱伺服插装阀、充分利用了伺服电机使用简单，响应快速，控制精确的特点。另外，该阀整体结构简单，易于制造，且由于交流伺服直驱阀本身控制系统就是一个电液伺服控制系统，因此可使用电液伺服系统设计方法来改善阀的静、动态性能。

2、该阀带有高精度的直线位移传感器，精度能够达到0.1mm，并且重复定位精度好，采用闭环控制，能够精确的控制阀芯的位置。采用伺服直驱的思想，响应迅速，关闭安全可靠，线性度高，滞环小，控制精度和可靠性高。

3、阀杆采用专门设计的中空结构，使高压油液提供作用力于阀芯上方，用来平衡高压液体对阀芯下方进油口的油液压力，阀工作压力不受供油压力的影响，使阀的工作范围基本不受供油压力的影响，既可以在很高的压力下工作，也可以在很低的共有压力下工作。克服了现有伺服阀在高压大流量环境下使用困难等缺点。该阀工作压力范围宽、流量大，且动态性能受供油压力影响很小。采用该平衡结构将使阀芯在运动过程中所受到的外力大幅下降，阀芯驱动机械部分的尺寸减小，弹性变形量减小，并采用较小的伺服电机即可完成阀芯的驱动。

4、克服了现有技术中效率较低的问题，本发明运用直驱思想，利用伺服电机经过变速器直接驱动滚珠丝杠带动阀芯运动，控制阀芯的开启和关闭，减少了中间传动环节，系统集成度高，可靠性强，使得工作性能安全、稳定、可靠，效率较高。在插装阀流量和压力不是很大时，为了进一步提高插装阀系统的响应速度，伺服直驱插装阀中的变速器可以省去，电机直接和丝杠连接进行阀芯驱动。

同时，为了保证系统的闭环控制特性，避免滚珠丝杠间隙（丝杠正向和反向运动会出现间隙差）对阀芯运动位置的影响，使阀芯受到的液压力始终向上，因此，在阀芯设计中使A1是A2面积的1.05倍（油液向上作用的面积为A1，油液向下作用的面积为A2）。

目前伺服电机技术得到了长足的进步，利用伺服电机为核心技术的直驱式电液伺服系统传动方式可以很方便的实现计算机控制，在自动控制方面具有很强的适应性，并且具有抗油液污染能力强、调整、使用简单、性价比髙、具有自诊断功能等优点。丝杠副是直线运动常用的传动方式，具有安全可靠，传动精度较高的优点，并且带有自锁功能。

5、该阀阀芯和阀芯套采用相同的材料，能保证阀在不同温度下配合尺寸保持不变。表面经过耐磨处理，增加阀的使用寿命和使用稳定性。同时该阀采用专门的T型格来圈密封，密封组件轻巧，安装方便，抗污染和流体的相容性好，并且工作允许压力高达80MPa，工作温度范围为-54+200℃，摩擦力小，无爬行。同时该阀在滑动副的接触部分均匀阵列形式密布着小坑，坑的直径为100微米，深度为10～20微米，该结构不但可以大幅降低阀芯运动过程中的摩擦力，还可以用来容纳油液当中的杂质，提高阀的抗油污能力。

6、该阀座的出口处开有环形槽和流道口，这是为了减少阀门的开启和闭合时的液压冲击力，使阀门在开启和完全闭合的瞬间液动力较小。

7、该伺服插装阀容易维修，制造成本低，可替代目前价格昂贵的电液伺服插装阀。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中阀杆11示意图。

图3是图1中阀芯13的示意图。

图4是图1的阀座7的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参照图1，一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，包括交流伺服电机1，交流伺服电机1与谐波减速器3通过螺栓连接在阀套8上面，交流伺服电机1的输出轴与谐波减速器3的输入轴连接，谐波减速器3的输出轴通过联轴器4与丝杠6连接，丝杠6上设有滑块15，丝杠6的转动带动滑块15做直线运动，滑块15上连接有直线位移传感器5，能够直接反应滑块15的位移，滑块15通过螺栓连接的方式和阀杆11连接，阀杆11端部开有外螺纹，阀芯13开有内螺纹，阀杆11通过螺纹连接驱动阀芯13的开启和关闭，小端盖10通过螺栓连接固定在阀座7上，小端盖10与阀芯套12固定连接，阀套8采用插装方式插入阀座7，并通过顶部端盖2固定在阀座7内，顶部端盖2采用螺栓连接与阀座7固定，阀座7采用插装方式安装于液压系统，A为高压油液进口，B为高压油液出口。

参照图2，所述的阀杆11设有阀杆腔16，端部与阀芯13连接处开有外螺纹18，与阀芯13连接部分中心开孔17，为了保证丝杠6的精度，防止丝杠6和滑块15齿间隙造成的误差，使滑块15始终受到向上的油液压力，油液向上作用的面积为A1，油液向下作用的面积为A2，则需要使A1是A2的1.05倍。

参照图3，所述的阀芯13，阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均匀阵列形式密布着小坑19，坑的直径为100微米，深度为10~20微米，为了抑制泄漏，同时阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均采用T型格来圈密封，密封圈的压缩量很小，约为20分之一。

所述的阀芯13和阀座7为间隙配合，其装备精度达IT5，两者材料的热膨胀系数相同。

参照图4，阀座7的高压油液出口B处开有环形槽20，环形槽20上分布6个由小变大的流道口21，能够增大流体的流动面积，减少阀门的开启和闭合时的液压冲击力，使阀门在开启和完全闭合的瞬间液动力较小。

本发明的工作原理为：

交流伺服电机1通过谐波减速器3，降低转速，增大转矩，达到所需要的扭矩，谐波减速器3的输出轴通过联轴器4与丝杠6连接，滑块15通过螺栓连接与阀杆11连接，阀杆11通过螺纹连接驱动阀芯13，从而实现通过丝杠传动副使伺服电机1直接驱动阀芯13的开启和关闭。同时滑块15上面安装了高精度的直线位移传感器5，阀芯13的开启和关闭可直接用计算机进行数字控制，采用闭环控制系统，响应快速，具有良好的定位和重复定位性能。该阀阀芯13底部采用镂空式，高压油液作用在阀芯13的面积很小，高压液动力很小，同时阀杆11顶端部分中心开孔17，高压油液能够进入到阀芯套12的腔内，反作用于阀杆11，用来平衡高压液体对阀芯的液动力，阀工作压力基本不受供油压力的影响，使得该阀可在很高的工作压力下工作，也可在很低的工作压力下工作，工作压力范围宽。阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均采用T型格来圈密封密封圈的压缩量很小，约为20分之一，阀芯套12与阀芯13以及阀芯13与阀座7的配合处均采用T型格来圈密封。并且在配合处均匀阵列形式密布着小坑20，坑的直径为100微米，深度为10～20微米，在减小滑动摩擦的同时，能够很好的处理油液污染问题。为了抑制泄漏，阀芯和阀体为间隙配合，其装备精度达IT5，两者材料的热膨胀系数相同。在此种工作环境下，电机只需要提供很小的转矩就能驱动阀芯的开启和关闭，且不受工作压力的影响。同时阀座7的高压油液出口B处开有环形槽20和流道口21，能够增大流体的流动面积，减少阀门的开启和闭合时的液压冲击力，使阀门在开启和完全闭合的瞬间液动力较小。

Claims (5)

1.一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，包括交流伺服电机（1），其特征在于：交流伺服电机（1）与谐波减速器（3）连接在阀套（8）上面，交流伺服电机（1）的输出轴与谐波减速器（3）的输入轴连接，谐波减速器（3）的输出轴通过联轴器（4）与丝杠（6）连接，丝杠（6）上设有滑块（15），滑块（15）上连接有直线位移传感器（5），滑块（15）和阀杆（11）连接，阀杆（11）端部开有外螺纹，阀芯（13）开有内螺纹，阀杆（11）通过螺纹连接驱动阀芯（13）的开启和关闭，小端盖（10）连接固定在阀座（7）上，小端盖（10）与阀芯套（12）固定连接，阀套（）8采用插装方式插入阀座（7），并通过顶部端盖（2）固定在阀座（7）内，顶部端盖（2）与阀座（7）固定，阀座（7）采用插装方式安装于液压系统。

2.根据权利要求1所述的一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，其特征在于：所述的阀杆（11）上部设有阀杆腔（16），端部与阀芯（13）连接处开有外螺纹（18），与阀芯（13）连接部分中心开孔（17），使滑块（15）始终受到向上的油液压力，油液向上作用的面积为A1，油液向下作用的面积为A2，则需要使A1是A2的1.05倍。

3.根据权利要求1所述的一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，其特征在于：所述的阀芯套（12）与阀芯（13）以及阀芯（13）与阀座（7）的配合处均采用T型格来圈密封，阀芯套（12）与阀芯（13）以及阀芯（13）与阀座（7）的配合处均采用T型格来圈密封，并且在配合处均匀阵列形式密布着小坑（19），坑的直径为100微米，深度为10~20微米。

4.根据权利要求1所述的一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，其特征在于：所述的阀芯（13）和阀座（7）为间隙配合，其装备精度达IT5，两者材料的热膨胀系数相同。

5.根据权利要求1所述的一种平衡式高压大流量交流伺服直驱插装阀，其特征在于：所述的阀座（7）的高压油液出口（B）处开有环形槽（20），环形槽（20）上分布6个由小变大的流道口（21）。

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