CN104405709A - 有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀 - Google Patents

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姜昆鹏
刘健
陈万荣
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Abstract

一种有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀具有输出功率大、频带宽、反应快等诸多优点。本发明提出了利用有限转角力矩电机直接驱动的二级滑阀式电液伺服阀装置的整体结构，系统主要包括有限转角力矩电机、两级滑阀式电液伺服阀、控制器、位置传感器和传动轴这五部分组成。其中，传动装置采用了偏心机构，可将有限转角力矩电机的旋转运动转变为传动轴的直线运动，进而控制两级滑阀式电液伺服阀的先导级阀芯；控制部分采用闭环控制，利用位置传感器实时将反馈信息传送给控制器，对阀芯的运动进行实时修正。利用有限转角力矩电机驱动，能够使阀具有较低的滞环和较高的分辨率，可拓宽两级电液伺服阀的工作频率范围，提高响应速度。

Description

有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀
技术领域
本发明涉及一种有限转角力矩电机直接驱动的二级滑阀式电液伺服阀。
背景技术
电液伺服阀是集机电液和控制技术于一体的复杂元件。在电液伺服阀系统中，电液伺服阀是将系统的电气部分和液压部分联系起来的接口元件，它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量和压力)输出。电液伺服阀集中了电信号具有的传递快、线路连接方便、便于遥控、容易检测、反馈、比较、校正等优点，以及液压动力具有的输出功率大、惯性小、反应快的诸多优点，作为电液伺服控制系统的一种关键控制元件，电液伺服阀的性能优劣直接决定着控制系统系能的好坏。正是由于电液伺服阀具有输入功率小、功率放大比高、动态性能好等优点，已经广泛应用于航空、航天、化工和冶金等领域。随着电液伺服控制系统应用范围的拓展，许多工程机械、大型实验设备以及国防工业领域等对电液伺服阀提出了更高的要求。在目前的液压系统中，传统的两级滑阀式电液伺服阀，虽然具有可靠性高、功率放大系数大等优点，但是，由于滑阀阀芯摩擦力大、滞环大和动态响应慢，所以这样的指标已很难满足快速电液伺服系统的要求，因此，这就需要使用高响应的两级电液伺服阀。
发明内容
本实用发明的目的在于提供一种有限转角力矩电机直接驱动的二级滑阀式电液伺服阀以及其伺服系统的控制方法，该装置可以广泛用于要求高精度、快响应等复杂情况下的场合。
设计由有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀主要包括两部分。第一部分是设计闭环控制系统，使系统在有限转角范围内能够有效实现良好的动态性能、定位精度以及稳定性。第二部分是设计与有限转角力矩电机相结合的两级滑阀式电液伺服阀，满足实际应用过程中的性能要求。对于第一部分，闭环控制系统的设计思路是将计算机发出的指令传送给控制电路，控制电路再将驱动信号传送给有限转角力矩电机。有限转角力矩电机收到驱动信号后，通过传动杆，将电机的旋转运动转变为伺服阀阀芯的直线运动。为了能够精确控制阀芯的位移和位置，传动杆上安装有位置传感器。位置传感器将伺服阀阀芯的位置时刻反馈给控制电路，对计算机指令作出修正，从而对伺服阀进行实时控制。
对于第二部分设计与有限转角力矩电机相结合的两级滑阀式电液伺服阀，在电液伺服阀的各个环节中，由于磁滞性等原因，电-机械转换器的响应速度最低，通常是整个电液伺服阀动态响应特性的主要延迟环节。电-机械转换器性能的好坏将直接影响到电液伺服阀以及电液伺服系统的性能，有些指标甚至关系到伺服系统能否实现，特别是快速性指标。而传统的电-机械转换器很难满足现代工业对电液伺服阀的要求，成为制约电液伺服阀进一步发展的障碍。
本实发明的有益效果：通过闭环控制系统控制有限转角力矩电机，利用闭环控制系统实时控制有限转角电机的转动，可以有效提高系统在有限转角范围内的良好的动态性能、定位精度及稳定性。通过有限转角力矩电机直接驱动两级滑阀式电液伺服阀的发明设计，可以拓宽伺服阀的工作频率范围，提高响应速度。传统的二级滑阀式电液伺服阀是利用电磁感应原理将电信号转换为机械信号后，再驱动前置级阀芯从而带动伺服阀工作，但由于滑阀阀芯摩擦力大、滞环大和动态响应慢等原因，使电液伺服阀的工作频宽较低。而有限转角力矩电机具有输出力矩大、能够在限定角度内精确定位、可靠性高频带宽等特点，用其直接驱动二级滑阀式电液伺服阀，可有效提高伺服阀的频率响应。
附图说明
图1为本发明有限转角力矩电机直接驱动的二级滑阀式电液伺服阀的整体结构示意图。
图2为本发明的系统控制示意图。
具体实施方式
图1为有限转角力矩电机直接驱动的二级滑阀式电液伺服阀的整体结构示意图，如图1所示。主要包括有限转角力矩电机(1)、阀体(2)、左固定节流孔(3)、右固定节流孔(4)、阀套(5)、主阀芯(6)、先导级阀芯(7)、右节流窗口(8)、右控制腔(9)、左控制腔(10)、左节流窗口(11)、传动轴(12)、回位弹簧(13)。具体工作原理如下：当有限转角力矩电机(1)静止时，传动轴(12)静止，此时先导级阀芯处于中位，这时，压力油经左固定节流口(3)、左节流窗口(11)在左控制腔中的压力与压力油经右固定节流口(4)、右节流窗口(8)在右控制腔中的压力相等；当有限转角力矩电机(1)转动，带动先导级阀芯(7)向右运动时，造成右节流窗口(8)变大，左节流窗口(11)变小，则左控制腔(10)中的压力大于右控制腔(9)中的压力，推动主阀芯(6)向右运动，当主阀芯(6)的位移与先导级阀芯(7)的位移相等时，主阀芯(6)停止运动；当有限转角力矩电机(1)带动传动轴12向左运动时，先导级阀芯在回位弹簧(13)的作用下向左运动，造成右节流窗口(8)变小，左节流窗口(11)变大，则左控制腔(10)中的压力小于右控制腔(9)中的压力，推动主阀芯(6)向左运动。
图2为传动结构示意图，如图2所示。主要包括指令(14)、控制器(15)、驱动小球(16)、电源(17)、反馈信号(18)、驱动信号(19)、位置传感器(20)。具体工作原理如下：系统接通电源后，外接信号发出控制指令(14)，传送给控制器(15)，经过放大处理后发出驱动信号(19)；有限转角力矩电机收到驱动信号(19)后，电机轴转动，通过偏心机构连接在电机上的驱动小球(16)带动传动轴做往复直线运动；安装在传动轴上的位置传感器(20)能够实时监控传动轴所处的位置，并且将位置以反馈信息(18)的形式传送回控制器(15)，同原始指令(14)做比较，经控制器(15)重新处理后传送给有限转角力矩电机，构成了旋转直接驱动伺服阀的整个控制与运行过程。

Claims (3)

1.有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀的结构，其特征在于：
由有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀包含：有限转角力矩电机、控制器、传动轴、位置传感器、两级滑阀式电液伺服阀。整个系统采用闭环控制，计算机发出的指令传送给控制电路，控制电路再将驱动信号传送给有限转角电机。有限转角电机通过偏心机构和驱动小球联结，电机收到驱动信号后，将有限转角力矩电机的旋转运动转变为传动轴的直线运动，从而推动先导级阀芯运动。为了能够精确控制阀芯的位移和位置，传动轴上安装有位置传感器。位置传感器将伺服阀阀芯的位置时刻反馈给控制电路，对计算机指令作出修正，能够有效实现系统在有限转角范围内的良好动态性能、定位精度以及稳定性，进而对伺服阀进行实时有效控制。
2.根据权利要求书1所述的一种利用有限转角力矩电机取代传统的力马达来驱动两级滑阀式电液伺服阀，其特征在于先导级阀芯由有限转角力矩电机驱动，克服了两级滑阀式电液伺服阀上由于滑阀阀芯摩擦力大和磁滞性而引起的力马达响应速度低的缺点，可拓宽两级电液伺服阀的工作频率范围，提高响应速度。
3.根据权利要求书1所述的一种利用有限转角力矩电机直接驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其特征在于将有限转角力矩电机同两级电液伺服阀相结合，在继承了两级电液伺服阀输入功率小、功率放大倍数高等诸多优点的基础上，采用有限转角力矩电机作为驱动器，使阀具有较低的滞环和较高的分辨率。
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