CN103062462A

CN103062462A - 一种增量式数字插装溢流阀

Info

Publication number: CN103062462A
Application number: CN2012105785057A
Authority: CN
Inventors: 陈吉朋; 寇岩; 崔学琴
Original assignee: AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
Current assignee: AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103062462B

Abstract

本发明属于流体传动与控制领域，涉及一种增量式数字插装溢流阀，包括电-机械转换单元、先导阀和主阀。本发明提供的一种增量式数字插装溢流阀，解决如下问题：1)给出了包括编码器、步进电机、滚珠丝杠的电-机械转换结构及主阀、先导阀的位置关系，解决了增量式数字插装溢流阀传动链的组成及其位置关系；2)通过先导阀阀芯的弹簧压套结构，增量式数字插装溢流阀滚珠丝杠下位传动链的导向问题；3)通过电机座、过渡座、主阀阀座和先导阀阀座的分离设计，解决了增量式数字插装溢流阀阀体的组合结构并具备插装性能；4)通过编码器及压力传感器的布置，解决增量式数字插装溢流阀的多信息传感器检测问题。

Description

一种增量式数字插装溢流阀

技术领域

本发明属于流体传动与控制领域，涉及一种增量式数字插装溢流阀。

背景技术

数字阀区别于传统开关型液压阀和伺服液压阀，易于实现复杂控制算法，完成动态自适应控制，在控制精度和响应频率上有着极强的竞争力。因此，采用计算机控制的数字阀是液压技术发展的必然趋势。

数字溢流阀作为数字阀类型之一，用于液压系统的卸荷、稳压。从脉冲调制方式上分，数字溢流阀分为增量式数字溢流阀和快速开关式数字溢流阀。增量式数字溢流阀采由脉冲数字调制实现增量控制方式，以步进电机作为电-机械转换器，驱动液压阀阀芯工作。而快速开关式数字阀采用脉宽调制式数字控制，由力矩马达、螺管式电磁铁或盘式电磁铁等作为电-机转换器，驱动液压阀阀芯工作。

从文献来看，增量式数字溢流阀在将步进电机输出的圆周运动转化为直线运动的机械转换时，普遍采用的是凸轮或偏心轮机构，如文献《数字溢流阀的静态特性及数字仿真[J]》（艾敏、朱派龙、曾励，《江苏机械制造与自动化》，1994，6，13-14）给出了一种数字溢流阀(该文献仅给出原理性描述)，该阀由“计算机或驱动器发出信号控制步进电机，而步进电机又通过凸轮机构直接推动导阀阀芯移动，从而调定主阀的溢流压力”；又如文献《新型电液数字溢流阀的开发研究[J]》（张利平、魏泽鼎，《制造技术与机床》，2003，8：33-35）给出了新型数字溢流阀，该阀采用“步进电动机作电-机械转换器旋转，偏心轮机构作机械转换器”。实际上，采用凸轮或偏心轮机构实现机械转换，其本质通过凸轮或偏心轮的外形曲线或偏心轨迹实现阀芯直线运动。然而凸轮加工困难，且容易磨损丧失其精度。偏心轮属于凸轮的一种特殊形式，存在着凸轮机构不可规避的缺陷。再如中国专利申请，申请号为201110336820.4的专利文献《数字式纯水液压比例溢流阀》也存在同样的问题。

此外，还有文献描述将滚珠丝杠用于增量式数字阀机械转换单元。如文献《新型高压水压数字溢流阀的研究与开发[J]》（卢堃，唐兵，郝燕文，李桂花.《兰州理工大学学报》，2007，33(2)，62-64）给出一种用于水作为传递介质的数字液流阀，“其结构是步进电机的转角位移通过滚珠丝杆转换为阀芯的直线位移，从而阀芯打开一定开度，水通过数字溢流阀溢流，系统压力下降到设定压力状态”。该文献虽然在文字部分描述了使用滚珠丝杠实现阀芯的直线位移，然而在结构原理图中却未能披露滚珠丝杠和下位传统链之间连接方式，也未能描述如何实现滚珠丝杠传动副和液体介质的隔离，且该阀不具备先导特征，不具备插装结构。

使用滚珠丝杠传动副用于增量式数字阀的机械转换单元优于用凸轮或偏心轮机构作为机械转换单元，但同时需要解决如下问题：

1)增量式数字溢流阀传动链的组成及其位置关系；

2)增量式数字溢流阀滚珠丝杠下位传动链的导向结构；

3)增量式数字溢流阀阀体的组合结构及插装结构；

4)增量式数字溢流阀的检测方式及检测元件安装位置。

上述问题正是制约增量式数字溢流阀实现大规模应用的症结。

解决如上问题需要从阀的原理和结构上入手，设计出具有合理结构的增量式数字溢流阀元件，特别是增量式插装数字溢流阀元件。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种增量式数字插装溢流阀。

本发明采取的技术方案为：一种增量式数字插装溢流阀，包括电-机械转换单元、先导阀和主阀；

所述的电-机械转换单元还包括步进电机（29）、滚珠丝杠（4）和丝杠螺母（5）、编码器（1）、联轴器（26）、轴向连杆（7）、盖板（28）、电机座（2）和过渡座（8）；步进电机（29）通过联轴器（26）和滚珠丝杠（4）连接；联轴器（26）加工有轮齿，通过齿轮（27）与编码器（1）连接；滚珠丝杠（4）由轴承（3）支撑并与联轴器（26）相连；轴承（3）安装于电机座（2）内；步进电机（29）和编码器（1）安装于盖板（28）上，盖板（28）配作于电机座（2）上，电机座（2）和过渡座（8）紧固连接；滚珠丝杠（4）旋转带动丝杠螺母（5）作直线运动，丝杠螺母（5）和轴向连杆（7）紧固连接，安装于过渡座（8）内；

所述的先导阀包括先导阀阀芯（13）、先导阀弹簧（24）和先导阀阀座（23）、弹簧压套（12）、先导阀阀芯挡板（17）、螺纹端盖（16）、油堵（15）和压力传感器（14）；先导阀阀座（23）上设有三个油孔，分别为第一油孔、第二油孔和先导阀回油孔，第一油孔采取油堵（15）密封，第二油孔与主阀阀芯容积腔连通，先导阀阀芯挡板（17）通过螺纹端盖（16）固定在先导阀阀座（23）一端，其上设置有连通的径向通孔和轴向孔，径向通孔两端分别与第一油孔、第二油孔连通，轴向孔与先导阀阀座（23）内的先导阀溢流腔连通；弹簧压套（12）采取间隙配合的方式安装在先导阀阀座（23）内，并与轴向连杆（7）紧固连接，弹簧压套（12）内圆柱面设有台阶，台阶面上均布有轴向导油孔（30），径向上设置有与轴向通孔贯通的导油孔；先导阀阀芯（13）一端采取间隙配合的方式安装在弹簧压套（12）内，另一端为锥体，先导阀弹簧（24）套在先导阀阀芯（13）上，两端分别通过弹簧压套（12）的台阶和先导阀阀芯（13）的锥体底面限位；先导阀阀芯（13）锥体的锥形面在先导阀弹簧（24）力的作用下封闭先导阀阀芯挡板（17）的轴向孔；先导阀回油孔开于先导阀阀座23靠近过渡座8的底端侧面；压力传感器（14）安装在第一油孔的垂直方向上；

所述的主阀包括主阀阀座（20）、主阀阀芯（21）、主阀阀套（22）；主阀弹簧（19）装于主阀阀芯（21）内，主阀阀芯（21）外圆面和主阀阀套（22）之间采取间隙配合，主阀阀芯（21）、主阀阀套（22）底端开有通孔；主阀阀座（20）和先导阀阀座（23）通过螺钉紧固连接。

进一步地，上述先导阀阀芯（13）安装在弹簧压套（12）内的一端的端面加工有圆柱孔。

进一步地，上述轴向导油孔（30）的数量为2~8个。

进一步地，上述主阀阀套（22）和主阀阀座（20）结合面装有防滑销钉（18）。

本发明有益效果在于，提供一种增量式数字插装溢流阀，解决如下问题：1)给出了包括编码器、步进电机、滚珠丝杠的电-机械转换结构及主阀、先导阀的位置关系，解决了增量式数字插装溢流阀传动链的组成及其位置关系；2)通过先导阀阀芯的弹簧压套结构，增量式数字插装溢流阀滚珠丝杠下位传动链的导向问题；3)通过电机座、过渡座、主阀阀座和先导阀阀座的分离设计，解决了增量式数字插装溢流阀阀体的组合结构并具备插装性能；4)通过编码器及压力传感器的布置，解决增量式数字插装溢流阀的多信息传感器检测问题。

附图说明

图1为本发明一种增量式数字插装溢流阀的结构示意图；

1：编码器，2：电机座，3：轴承，4：滚珠丝杠，5：丝杠螺母，6：开口螺钉，7：轴向连杆，8：过渡座，9：密封圈，10：挡圈，11：内六角螺钉，12：弹簧压套，13：先导阀阀芯，14：压力传感器，15：工艺油堵，16：螺纹端盖，17：先导阀阀芯挡板：18：防滑销钉，19：主阀弹簧，20：主阀阀座，21：主阀阀芯，22：主阀阀套，23：先导阀阀座，24：先导阀弹簧，25：弹簧挡圈，26：联轴器，27：齿轮，28：盖板，29：步进电机，30：轴向导油孔。

P为进油口，T为油箱接口，I为进油腔，II为主阀阀芯容积腔，III为先导阀溢流腔；

图2为图1中A-A方向剖面图；

图3为弹簧压套结构示意图；

图4为未使用本发明的一种大流量插装式溢流阀的卸荷方式。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明进一步说明。

一种增量式数字插装溢流阀，包括电-机械转换单元、先导阀和主阀；

所述的电-机械转换单元还包括步进电机29、滚珠丝杠4和丝杠螺母5、编码器1、联轴器26、轴向连杆7、盖板28、电机座2和过渡座8；步进电机29通过联轴器26和滚珠丝杠4连接；联轴器26加工有轮齿，通过齿轮27与编码器1连接；滚珠丝杠4由轴承3支撑，通过键连接至联轴器26；轴承3安装于电机座2内，并由弹簧挡圈25限位；步进电机29和编码器1安装于盖板28上，盖板28配作于电机座2上，电机座2和过渡座8紧固连接；滚珠丝杠4旋转带动丝杠螺母5作直线运动，丝杠螺母5和轴向连杆7通过开口螺钉6紧固连接，安装于过渡座8内；

所述的先导阀包括先导阀阀芯13、先导阀弹簧24和先导阀阀座23、弹簧压套12、先导阀阀芯挡板17、螺纹端盖16、油堵15和压力传感器14；先导阀阀座23上设有三个油孔，分别为第一、第二和先导阀回油孔，第一油孔采取油堵15密封，第二油孔与主阀阀芯容积腔Ⅱ连通，先导阀阀芯挡板17通过螺纹端盖16固定在先导阀阀座23一端，其上设置有连通的径向通孔和轴向孔，径向通孔两端分别与第一油孔、第二油孔连通，轴向孔与先导阀阀座23内腔连通；弹簧压套12采取间隙配合的方式安装在先导阀阀座23内，并与轴向连杆7紧固连接，弹簧压套12内圆柱面设有台阶，台阶面上均布有轴向导油孔30，径向上设置有与轴向通孔贯通的导油孔；先导阀阀芯13一端采取间隙配合的方式安装在弹簧压套12内，另一端为锥体，先导阀弹簧24套在先导阀阀芯13上，两端分别通过弹簧压套12的台阶和先导阀阀芯13的锥体底面限位；先导阀阀芯13锥体的锥形面在先导阀弹簧24力的作用下封闭先导阀阀芯挡板17的轴向孔；先导阀回油孔开于先导阀阀座23靠近过渡座8的底端侧面，与油箱接口T相连；压力传感器14安装在第一油孔的垂直方向上；先导阀阀座23端面上供轴向连杆7通过的圆柱孔由密封圈9密封；轴向连杆7和弹簧压套通过挡圈10和内六角螺钉11紧固。

所述的主阀包括主阀阀座20、主阀阀芯21、主阀阀套22；主阀弹簧19装于主阀阀芯21内，主阀阀芯21外圆面和主阀阀套22之间采取间隙配合，主阀阀芯21、主阀阀套22底端开有通孔；主阀阀座20和先导阀阀座23通过螺钉紧固连接。

为了补偿挡圈10和内六角螺钉11移动带来的行程损失，上述先导阀阀芯13安装在弹簧压套12内的一端的端面加工有圆柱孔。

上述轴向导油孔30的数量为2~8个。

为了便于安装，上述主阀阀套22和主阀阀座20结合面装有防滑销钉18。

如图1所示一种增量式数字插装溢流阀，其原理如下：

本发明基于步进电机的数字控制原理，实现了一种增量式数字插装溢流阀的结构组成。

当控制器接到改变溢流压力的命令后，则向步进电机29发送脉冲信号(频率信号)，步进电机29通过联轴器26带动滚珠丝杠4转动，滚珠丝杠传动副将圆周运动转化为直线运动后带动弹簧压套12移动，弹簧压套12和先导阀阀芯13发生相对位置变动，改变先导阀弹簧24的长度，从而改变作用在先导阀阀芯13上的轴向力，即实现自动调整先导阀的溢流压力。

该增量式数字插装溢流阀工作时，液压油从P口进入I腔，通过主阀阀芯22下端的阻尼孔进入II腔，并经过先导阀阀座23和先导阀阀芯挡板17上的通孔流至先导阀阀芯13的锥面处。

1)当P口进油压力小于先导阀设定压力时，油压打不开先导阀，主阀和先导阀均关闭。

2)当P口进油压力大于先导阀设定压力时，先导阀阀芯13发生移动，油压打开先导阀，液压油进入III腔，T口排油，产生压降。当II腔压力降低至I腔压力之下时，主阀打开，实现溢流后保持平衡。

步进电机内部为开环控制，设置编码器1用于检测步进电机29发出的脉冲是否发生丢步，并方便检测机械传动的零位。压力传感器用于实时检测溢流阀工作压力，用于闭环控制及其他复杂算法。

图2显示电机座，过渡座28，先导阀阀座23基本形状呈方形，阀体连接法兰处带有圆角，主阀阀座20为圆柱形，具备插装特性。

图3说明弹簧压套12的结构组成，III腔的液压油通过弹簧压套12上的轴向导油孔30后经过T口排出先导阀溢流腔；

需进一步说明，该增量式数字插装溢流阀可以实现动态过程的自适应控制，可结合神经网络算法、模糊算法等算法实现智能控制。

实施例1

图4为未使用本发明的一种大流量插装阀和溢流阀组合的卸荷方式。其中4组溢流阀设定不同的压力，通过各自的电磁阀来控制是否启用，最多可组合成16-1=15级压力值，然而这种卸荷油路元件多，组合结构大，电磁阀换向阀的故障对控制影响大，且无法实现更多的压力调节。

应用本发明公开的一种增量式数字插装溢流阀，则可代替该卸荷油路，极大减少了液压元件，并可实现自动溢流压力调节。

Claims

1.一种增量式数字插装溢流阀，其特征在于：包括电-机械转换单元、先导阀和主阀；

2.根据权利要求1所述的增量式数字插装溢流阀，其特征在于：先导阀阀芯（13）安装在弹簧压套（12）内的一端的端面加工有圆柱孔。

3.根据权利要求1所述的增量式数字插装溢流阀，其特征在于：轴向导油孔（30）的数量为2~8个。

4.根据权利要求1所述的增量式数字插装溢流阀，其特征在于：主阀阀套（22）和主阀阀座（20）结合面装有防滑销钉（18）。