CN102979941A - 一种自带传感器的大流量压电叠堆阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自带传感器的大流量压电叠堆阀，属于液压阀。驱动器壳体固定在阀座上并将压电叠堆压在阀体上，阀体置于阀座上由上下阀腔构成的阶梯型阀腔中；轴肩和阀芯分别置于上下阀腔内，轴肩与上阀腔底壁间压接有蝶形弹簧、挡圈和传感器；阀芯上设有1-20个环槽，阀芯下端设有方形防扭导柱；阀座上设有进出口、使下阀腔与进出口连通的左右阀孔、用于安装防扭导向柱的方形通孔；阀芯环槽与左右阀孔构成阀孔；压电叠堆及传感器分别通过导线组与电控单元连接。优点在于采用多个阀孔进行控制，流量调节及控制范围大；采用固定的传感器直接测量阀芯运动状态，流量控制精度及可靠性高；尤其适于大范围的精密流量及阻尼调节。
Description
技术领域
本发明属于流体驱动与控制领域的液压阀，具体涉及一种自带传感器的大流量压电叠堆阀。
背景技术
利用压电叠堆振子在电压作用下产生伸缩变形的特性，国内外均已开发出了多种类型的压电叠堆式液压阀，因其具有响应快、无电磁干扰、精度高、可控性好等诸多优势而被广泛应用。目前国内外所提出的压电叠堆式液压阀大都为直推式结构，即直接利用压电叠堆的伸缩驱动阀芯运动，并且均采用单一阀孔进行流体控制，如中国专利02158122.3、200710117696.6、200710100005.1、200810061138.7、201010226949.5等，由于压电叠堆在电压作用下的变形量很小、仅微米级，因此目前的直推式单一阀孔结构的液压阀的流量控制范围极其有限，只能用于流量小、精度高的开关控制或伺服控制，还无法用于汽车主动悬架等要求流量或阻尼调节范围较大的场合。为提高压电叠堆式液压阀的流量控制能力，中国专利200710117696.6提出了一种采用两个压电叠堆分别驱动阀芯和阀套的高速开关阀，中国专利200410004541.8提出了一种采用两个压电叠堆联合控制并通过柔性铰链进行位移放大的伺服阀，上述两种方法在一定程度上提高了阀的流量控制范围，但因多用了一个压电叠堆而使阀的制造成本大幅度增加。
除了流量调节以外，压电叠堆式液压阀的流量调节精度也有待于进一步提升。众所周知，驱动电压确定时压电叠堆的伸长量随负载的增加而降低，相关部件的制造及安装误差、实时的工作温度及流体压力变化对其实际变形量都有较大的影响，而且压电叠堆变形能力又非常小，从而导致压电叠堆的实际变形量与理论计算值之间产生一定的误差并降低控制精度。因此，人们相继提出了多种形式的自带传感器的液压阀，如中国专利200410004541.8提出的阀芯带有传感器的液压阀、中国专利200710100005.1提出的压电叠堆自带传感器的液压阀等。前者的问题在于传感器置于流体环境中且随阀芯运动，不利于导线的连接、密封及维护，且高速运动状态下导线易因疲劳断裂而降低可靠性；而后者采用的是间接测量阀芯运动状态的方法，即实际测量的是压电叠堆所承受的负载，无法真实反应阀芯的运动状态，如当阀芯运动阻力增加或静止不动时，压电叠堆在电压作用下伸长时传感器依然会有较大的信号输出。可见，现有的自带传感器的压电叠堆式液压阀在可靠性及实用性方面还都存在一定的问题。
发明内容
本发明提供一种自带传感器的大流量压电叠堆阀，以解决现有压电叠堆式液压阀所存在的流量调节及控制范围小、流量控制精度及可靠性低的问题。
本发明采取的技术方案是：驱动器壳体的法兰通过螺钉固定在阀座上，所述驱动器壳体将置于其内的压电叠堆压接在阀体上，所述阀体置于阀座的阶梯型阀腔中，所述阶梯型阀腔由上阀腔和下阀腔构成；所述阀体上的轴肩和阀芯分别置于上阀腔和下阀腔内，所述轴肩与上阀腔的底壁之间自上而下依次压接有蝶形弹簧、挡圈和传感器；所述阀芯上沿轴向设有n=1-20个环槽，且每个环槽的两侧均设有密封圈，阀芯的下端设有方形防扭导向柱；阀座上设有：进口和出口，使下阀腔与进口连通的n个左阀孔、以及与出口连通的n个右阀孔，用于安装防扭导向柱的方形通孔；所述阀芯上的环槽与阀座上的左阀孔及右阀孔共同构成用于流量调节及开关控制的阀孔；压电叠堆及传感器分别通过导线组一和导线组二与电控单元连接。
自然状态下压电叠堆不通电，阀体在蝶形弹簧的作用下处于平衡状态，阀芯上的所有n个环槽和与相邻的左阀孔及右阀孔不连通，阀孔处于常断状态；压电叠堆通电后伸长并推动阀体向下运动时，传感器受力、阀孔连通；因阀芯向下运动的位移量即阀孔通流面积的大小与传感器的输出电压成正比，故可根据传感器的输出电压调节压电叠堆的输入电压值，从而使阀芯的实际移动量与理论控制量相等，实现流量的精确调节与控制；此外，因阀芯上的所有n个环槽同时与左阀孔及右阀孔连通或断开，阀孔连通后的总通流面积为单个阀孔通流面积的n倍，故可实现较大范围的流量或阻尼调节；压电叠堆断电后开始收缩的同时，碟形弹簧推动阀体向上运动并使阀孔通流面积逐渐减小，直至阀体与驱动器壳体的法兰相接触并停止运动，此时阀孔恢复至常断状态。
与现有的压电叠堆式液压阀相比，本发明显著特色及优势在于：①采用多个置于同一阀芯上的阀孔进行控制，流量调节及控制范围大；②采用固定的传感器直接测量阀芯运动状态，流量控制精度及可靠性高。因此，本发明的压电叠堆阀除了用于开关及伺服控制外，还适于大范围的精密流量及阻尼调节。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例压电叠堆未通电时的结构剖面示意图；
图2是本发明一个较佳实施例压电叠堆通电后的结构剖面示意图；
图3是本发明一个最佳实施例阀座的结构剖面示意图。
具体实施方式
驱动器壳体1的法兰101通过螺钉固定在阀座6上，所述驱动器壳体1将置于其内的压电叠堆2压接在阀体3上，所述阀体3置于阀座6的阶梯型阀腔C中，所述阶梯型阀腔C由上阀腔604和下阀腔603构成；所述阀体3上的轴肩303和阀芯301分别置于上阀腔604和下阀腔603内，所述轴肩303与上阀腔604的底壁之间自上而下依次压接有蝶形弹簧5、挡圈9和传感器8；所述阀芯301上沿轴向设有n=1-20个环槽302，且每个环槽302的两侧均设有密封圈7，阀芯301的下端设有方形防扭导向柱304；阀座6上设有：进口602’和出口602，使下阀腔603与进口602’连通的n个左阀孔601’、以及与出口602连通的n个右阀孔601，用于安装防扭导向柱304的方形通孔605；所述阀芯301上的环槽302与阀座6上的左阀孔601’及右阀孔601共同构成用于流量调节及开关控制的阀孔；压电叠堆2及传感器8分别通过导线组一4和导线组二10与电控单元11连接。
自然状态时压电叠堆2不通电，阀体3在蝶形弹簧5的作用下处于平衡状态，且其上端面顶靠在驱动器壳体1的法兰101上，从而确保阀芯301上的所有n个环槽302和与相邻的左阀孔601’及右阀孔601不连通，即阀孔处于常断状态。
压电叠堆2通电后开始伸长，推动阀体3向下运动并通过碟形弹簧5使传感器8受力；当阀体3上的阀芯301向下运动一定距离后，阀芯301上环槽302便与阀座6上的左阀孔601’及右阀孔601相互连通，使阀孔处于连通状态；因阀芯301向下运动的位移量即阀孔通流面积的大小与传感器8的输出电压成正比，故可根据传感器8的输出电压调节压电叠堆2的输入电压值，从而使阀芯3的实际移动量与理论控制量相等，实现流量的精确调节与控制；此外，由于阀芯301上的所有n个环槽302同时与左阀孔601’及右阀孔601连通或断开，阀孔连通后的总通流面积为单个阀孔通流面积的n倍，故可实现较大范围的流量或阻尼调节。
当压电叠堆2断电后，压电叠堆2在其自身弹性力的作用下开始收缩；同时，碟形弹簧5推动阀体3向上运动，使阀芯301上环槽302与阀座6上的左阀孔601’及右阀孔601之间的通流面积逐渐减小；当阀体3在碟形弹簧5作用下向上移动至与驱动器壳体1的法兰101相接触并停止运动时，阀芯301上环槽302与阀座6上的左阀孔601’及右阀孔601之间断开，阀孔通流面积降至为零，即阀孔恢复至常断状态。
Claims (1)
1.一种自带传感器的大流量压电叠堆阀，其特征在于：驱动器壳体的法兰通过螺钉固定在阀座上，所述驱动器壳体将置于其内的压电叠堆压接在阀体上，所述阀体置于阀座的阶梯型阀腔中，所述阶梯型阀腔由上阀腔和下阀腔构成；所述阀体上的轴肩和阀芯分别置于上阀腔和下阀腔内，所述轴肩与上阀腔的底壁之间自上而下依次压接有蝶形弹簧、挡圈和传感器；所述阀芯上沿轴向设有n=1-20个环槽，且每个环槽的两侧均设有密封圈，阀芯的下端设有方形防扭导向柱；阀座上设有：进口和出口，使下阀腔与进口连通的n个左阀孔、以及与出口连通的n个右阀孔，用于安装防扭导向柱的方形通孔；所述阀芯上的环槽与阀座上的左阀孔及右阀孔共同构成用于流量调节及开关控制的阀孔；压电叠堆及传感器分别通过导线组一和导线组二与电控单元连接。
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