CN105545855A - 一种数控旋芯式直动比例阀 - Google Patents

一种数控旋芯式直动比例阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数控旋芯式直动比例阀，其包括伺服电机、支座、旋芯、阀套、阀体和阀盖；阀体中部设有阀腔；阀套置于阀腔内；支座设在阀体一端，阀盖设在阀体另一端；伺服电机设在支座一端；旋芯一端置于阀套内，另一端与伺服电机固定连接；阀腔内壁上设有五个环形凹槽；阀体上设有回油口T、压力油口P、工作油口A、工作油口B；阀套上设有五对油孔；旋芯上设有两组下凹油道。本发明有益效果是：可用数字技术实现高精度开环比例控制，并达到满意的频宽和伺服精度。用旋芯转动替代现有直动比例阀的阀芯滑动，可靠性高，最大通径可达32毫米，机械结构及电控系统较简单，规格多，使用方便。

Description

一种数控旋芯式直动比例阀
技术领域
本发明涉及一种数控旋芯式直动比例阀。
背景技术
现有一实用新型专利，其专利号为CN201310394894，该实用新型提供一种电机比例阀,包括电机部分和机械液压阀部分,电机通过连轴节与滚珠丝杆连接,滚珠丝杆与螺母阀芯的滚动螺母连接,螺母阀芯外侧中部有环形槽,下部有环形槽,阀体对应位置有恒压油口、控制油口和排油口,阀体下部是复中腔,螺母阀芯下端穿过复中腔,复中腔内有复中弹簧,复中弹簧置于上弹簧座和下弹簧座之间,上弹簧座抵于螺母阀芯的止口,下弹簧座由与螺母阀芯下端螺纹匹配的螺母定位,螺母阀芯下端有导向键,导向键另一端与阀体连接。本实用新型主要通过电机带动螺母阀芯上下移动，实现工作位的切换，这样控制精度低，螺母阀芯需要克服液压的和机械的卡阻力大，从而降低了整体的可靠性。
现有一发明专利申请文件，其公布号为CN104421462A，该发明公开了一种旋转高低压切换阀，包括阀体和阀芯，阀体上具有一个阀芯孔，还具有流体第一出/入通道以及它在阀体外壳和阀芯孔上对应的开口、流体第二出/入通道以及它在阀体外壳和阀芯孔上对应的开口、两对流体工作通道以及它们在阀体外壳和阀芯孔上对应的开口，具有一些孔道和连通开口的阀芯被安装在阀体的阀芯孔内且能绕自身轴线旋转，其特征在于，所述阀芯具有旋转位置，能将选定的一对流体工作通道按选定的顺序分别与流体第一、第二出/入通道实现两两相互连通，另一对工作通道之间实现相互连通。该发明结构复杂，不能够实现高精度的控制。
现有一发明专利申请文件，其公布号为CN104747773A，该发明公布一种流量可调的单边板式三位四通转阀，包括驱动电机，驱动电机的输出轴与通过星齿轮减速器、转臂套筒和驱动轴连接，阀芯一端与转臂套筒连接，另一端与阀板贴合，驱动轴与可调凸台连接，可调凸台与阀板之间通过沟槽连接，驱动电机固定在左端盖上，调节电机固定在右端盖上，调节电机的输出轴为丝杠，丝杠的滑移螺母在右端盖的内圆柱槽内能够来回移动，可调凸台在轴向移动过程中将阀板始终压靠在阀芯的端面上，驱动部分采用伺服电机加行星齿轮减速器。该发明结构复杂，不能够实现高精度的控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数控旋芯式直动比例阀，解决现有技术的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种数控旋芯式直动比例阀，其包括伺服电机、支座、旋芯、阀套、阀体和阀盖；阀体的中部设有阀腔；阀套设置在阀腔内；支座设置在阀体的一端，阀盖设置在阀体的另一端；伺服电机设置在支座远离阀盖的一端；旋芯的一端置于阀套内，旋芯的另一端置于支座中并与伺服电机的输出轴固定连接；阀腔的内壁上依次并列设置五个环形凹槽，五个环形凹槽为第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽、第四环形凹槽、第五环形凹槽；阀体上设有将第一环形凹槽与第五环形凹槽连通起来的回油通道；阀体上设有与第一环形凹槽或第五环形凹槽连通的回油口T；阀体上设有与第二环形凹槽连通的工作油口A，阀体上设有与第三环形凹槽连通的压力油口P，阀体上设有与第四环形凹槽连通的工作油口B；阀套上设有五对油孔，每对油孔对应一个环形凹槽；旋芯上设有通过旋转旋芯控制工作油口A与回油口T或压力油口P连通的第一组下凹油道，旋芯上设有通过旋转旋芯控制工作油口B与回油口T或压力油口P连通的第二组下凹油道。
本发明的有益效果是：
1、本发明的数控旋芯式直动比例阀采用伺服电机进行电气与机械转换，与比例电磁铁相比，伺服电机线性度好，线性范围无限，便于用数字技术实现高精度开环比例控制，品种规格多，控制灵活，使用方便，可靠性高。
2、本发明的数控旋芯式直动比例阀具有高可靠性，主要体现在两个方面，一方面，旋芯上的成对油道与阀套上的各对工作油孔均具有中心对称的特质，使作用于旋芯上的径向液压力完全平衡，故旋芯在阀套中的转动像静压轴承一样摩阻力很小；另一方面，旋芯在阀套中的旋转运动，有利于形成和保持工作间隙中的油膜，有利于克服液压的和机械的卡阻力，从而有效提高了数控旋芯式直动比例阀的整体可靠性。
3、旋芯具有较小的转动惯量和负载力矩，因而数控旋芯式直动比例阀可以达到相当的频宽。
4、改变阀芯与阀套的配合间隙、控制油孔的遮程及控制油孔的形状，可改变该直动比例阀的死区、滞环及线性度，可得到不同伺服精度的数控旋芯式直动比例阀，以满足不同需求。
5、与现有直动比例阀相比，本发明可用数字技术实现高精度开环比例控制，并达到满意的频宽和伺服精度。机械结构及电控系统较简单，工作可靠，使用方便。由于伺服电机品种规格很多，数控旋芯式直动比例阀的最大通径可达32毫米，甚至更大。
6、本发明的数控旋芯式直动比例阀，其安装尺寸和对外连接尺寸符合现行的国家标准和国际标准，通用性强，便于推广。
附图说明
图1为发明的结构示意图；
图2为旋芯的结构示意图；
图3为旋芯的立体视图；
图4为本发明处于A工作位的示意图；
图5为本发明处于B工作位的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2、图3所示，一种数控旋芯式直动比例阀，其包括伺服电机1、支座2、旋芯4、阀套5、阀体6和阀盖7；阀体6的中部设有阀腔；阀套5设置在阀腔内；支座2设置在阀体6的一端，阀盖7设置在阀体6的另一端；伺服电机1设置在支座2远离阀盖7的一端；旋芯4的一端置于阀套5内，旋芯4的另一端置于支座2中并与伺服电机1的输出轴固定连接，最好旋芯4与输出轴之间通过联轴器3固定连接。
阀腔的内壁上依次并列设置五个环形凹槽，五个环形凹槽为第一环形凹槽61、第二环形凹槽62、第三环形凹槽63、第四环形凹槽64、第五环形凹槽65。阀体6上设有将第一环形凹槽61与第五环形凹槽65连通起来的回油通道66。
阀体6上设有与第一环形凹槽61或第五环形凹槽65连通的回油口T；第一环形凹槽61和第五环形凹槽65主要方便工作油口A和工作油口B回油或卸压。阀体6上设有与第二环形凹槽62连通的工作油口A，阀体6上设有与第三环形凹槽63连通的压力油口P，阀体6上设有与第四环形凹槽64连通的工作油口B。
阀套5上设有五对油孔，每对油孔对应一个环形凹槽。
旋芯4上设有通过旋转旋芯4控制工作油口A与回油口T或压力油口P连通的第一组下凹油道，旋芯4上设有通过旋转旋芯4控制工作油口B与回油口T或压力油口P连通的第二组下凹油道。
如图1所示，当旋芯4处于中位时，回油口T、工作油口A、压力油口P、工作油口B之间互不连通；当伺服电机1驱动旋芯4顺时针旋转一定角度时，本发明处于A工作位(如图4所示)，工作油口A通过第一组下凹油道与压力油口P相连通，同时工作油口B通过第二组下凹油道、回油通道66与回油口T相连通；当伺服电机1驱动旋芯4逆时针旋转一定角度时，本发明处于B工作位(如图5所示)，工作油口B通过第二组下凹油道与压力油口P相连通，同时工作油口A通过第一组下凹油道与回油口T相连通。
本发明可以作如下优化设计：
为了使得旋芯4结构更加简单，更加方便加工，旋芯4上设有第一阀盘和第二阀盘；第一阀盘设置靠近第二环形凹槽62处，第二阀盘设置靠近第四环形凹槽64处。
第一组下凹油道设置在第一阀盘上；第一组下凹油道包括用于将工作油口A与回油口T连通的第一下凹回油油道411，第一组下凹油道还包括用于将工作油口A与压力油口P连通的第一下凹压力油油道412。
第二组下凹油道设置在第二阀盘上；第二组下凹油道包括用于将工作油口B与回油口T连通的第二下凹回油油道421，第二组下凹油道还包括用于将工作油口B与压力油口P连通的第二下凹压力油油道422。
具体地，当旋芯4处于中位时，回油口T、工作油口A、压力油口P、工作油口B之间互不连通；当伺服电机1驱动旋芯4顺时针旋转一定角度时，本发明处于A工作位，工作油口A通过第一下凹压力油油道412与压力油口P相连通，同时工作油口B通过第二下凹回油油道421、回油通道66与回油口T相连通；当伺服电机1驱动旋芯4逆时针旋转一定角度时，本发明处于B工作位，工作油口B通过第二下凹压力油油道422与压力油口P相连通，同时工作油口A通过第一下凹回油油道411与回油口T相连通。
为了消除液压径向力对旋芯4工作的不利影响，第一下凹回油油道411设为两个，两个第一下凹回油油道411呈中心对称，中心对称是指两个第一下凹回油油道411关于旋芯4的轴心呈中心对称；第二下凹回油油道421设为两个，两个第二下凹回油油道421呈中心对称，中心对称是指两个第二下凹回油油道421关于旋芯4的轴心呈中心对称；第一下凹压力油油道412设为两个，两个第一下凹压力油油道412呈中心对称，中心对称是指两个第一下凹压力油油道412关于旋芯4的轴心呈中心对称；第二下凹压力油油道422设为两个，两个第二下凹压力油油道422呈中心对称，中心对称是指两个第二下凹压力油油道422关于旋芯4的轴心呈中心对称。这样恰好与油孔的成对设置相配，使得整个旋芯4、阀套5呈中心对称结构，使作用于旋芯4上的径向液压力完全平衡，故旋芯4在阀套5中的转动像静压轴承一样摩阻力很小。
为了方便第一下凹回油油道411与第一环形凹槽61相连通，最好，旋芯4在对应第一环形凹槽61处设有与第一下凹回油油道411连通的第一退刀槽43，第一退刀槽43与第一环形凹槽61之间通过阀套5上的相应油孔相连通，该处的油孔是指五对油孔中靠近第一环形凹槽61处的一对油孔。
为了方便第一下凹压力油油道412与第三环形凹槽63相连通，同时也为了方便第二下凹压力油油道422与第三环形凹槽63相连通，最好，旋芯4在对应第三环形凹槽63处设有与第一下凹压力油油道412和第二下凹压力油油道422相连通的第二退刀槽44，第二退刀槽44与第三环形凹槽63之间通过阀套5上的相应油孔相连通，该处的油孔是指五对油孔中靠近第三环形凹槽63处的一对油孔。
为了方便第二下凹回油油道421与第五环形凹槽65相连通，最好，旋芯4在对应第五环形凹槽65处设有与第二下凹回油油道421连通的第三退刀槽45，第三退刀槽45与第五环形凹槽65之间通过阀套5上的相应油孔相连通，该处的油孔是指五对油孔中靠近第五环形凹槽65处的一对油孔。
本发明中的伺服电机1可以选为步进电机、交流伺服电机1或直流伺服电机1等。与传统的比例电磁铁相比，伺服电机1线性度好，线性范围无限，便于用数字技术实现高精度开环比例控制，同时品种规格多，控制灵活，使用方便，可靠性高。
为了提高整个结构的密封度，支座2、旋芯4、阀套5、阀体6和阀盖7之间的连接部位采用密封连接。
阀套5上的每对油孔均互为中心对称，其中与第一环形凹槽61、第三环形凹槽63和第五环形凹槽65相通的三对油孔为圆形通孔，与第二环形凹槽62、第四环形凹槽64相通的两对油孔为矩形或其它适当形状的控制油孔。改变第一组下凹油道或第二组下凹油道与其对应的油孔之间重合的面积，可以控制通过该油孔的流量。旋芯4与阀套5的配合间隙及控制油孔的遮程可根据实际所需的伺服精度合理选定。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于，包括伺服电机(1)、支座(2)、旋芯(4)、阀套(5)、阀体(6)和阀盖(7)；所述阀体(6)的中部设有阀腔；所述阀套(5)设置在所述阀腔内；所述支座(2)设置在所述阀体(6)的一端，所述阀盖(7)设置在所述阀体(6)的另一端；所述伺服电机(1)设置在所述支座(2)远离所述阀盖(7)的一端；所述旋芯(4)的一端置于所述阀套(5)内，所述旋芯(4)的另一端置于所述支座(2)中并与所述伺服电机(1)的输出轴固定连接；
所述阀腔的内壁上依次并列设置五个环形凹槽，分别为第一环形凹槽(61)、第二环形凹槽(62)、第三环形凹槽(63)、第四环形凹槽(64)、第五环形凹槽(65)；所述阀体(6)上设有将所述第一环形凹槽(61)与所述第五环形凹槽(65)连通起来的回油通道(66)；
所述阀体(6)上设有与所述第一环形凹槽(61)或所述第五环形凹槽(65)连通的回油口T；所述阀体(6)上设有与所述第二环形凹槽(62)连通的工作油口A，所述阀体(6)上设有与所述第三环形凹槽(63)连通的压力油口P，所述阀体(6)上设有与所述第四环形凹槽(64)连通的工作油口B；
所述阀套(5)上设有五对油孔，五对所述油孔与五个所述环形凹槽一一对应；
所述旋芯(4)上设有通过旋转所述旋芯(4)控制所述工作油口A与回油口T或压力油口P连通的第一组下凹油道，所述旋芯(4)上设有通过旋转所述旋芯(4)控制所述工作油口B与回油口T或压力油口P连通的第二组下凹油道。
2.根据权利要求1所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述旋芯(4)上设有第一控制阀盘(41)和第二控制阀盘(42)；所述第一控制阀盘(41)设置靠近所述第二环形凹槽(62)处，所述第二控制阀盘(42)设置靠近所述第四环形凹槽(64)处；
所述第一组下凹油道设置在所述第一控制阀盘(41)上；所述第一组下凹油道包括用于将工作油口A与回油口T连通的第一下凹回油油道(411)，所述第一组下凹油道还包括用于将工作油口A与压力油口P连通的第一下凹压力油油道(412)；
所述第二组下凹油道设置在所述第二控制阀盘(42)上；所述第二组下凹油道包括用于将工作油口B与回油口T连通的第二下凹回油油道(421)，所述第二组下凹油道还包括用于将工作油口B与压力油口P连通的第二下凹压力油油道(422)。
3.根据权利要求2所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述第一下凹回油油道(411)设为两个，两个所述第一下凹回油油道(411)呈中心对称；所述第二下凹回油油道(421)设为两个，两个所述第二下凹回油油道(421)呈中心对称；所述第一下凹压力油油道(412)设为两个，两个所述第一下凹压力油油道(412)呈中心对称；所述第二下凹压力油油道(422)设为两个，两个所述第二下凹压力油油道(422)呈中心对称。
4.根据权利要求2所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：
所述旋芯(4)在对应所述第一环形凹槽(61)处设有与所述第一下凹回油油道(411)连通的第一退刀槽(43)，所述第一退刀槽(43)与所述第一环形凹槽(61)之间通过所述阀套(5)上的相应油孔相连通；
所述旋芯(4)在对应所述第三环形凹槽(63)处设有与所述第一下凹压力油油道(412)和第二下凹压力油油道(422)相连通的第二退刀槽(44)，所述第二退刀槽(44)与所述第三环形凹槽(63)之间通过所述阀套(5)上的相应油孔相连通；
所述旋芯(4)在对应所述第五环形凹槽(65)处设有与所述第二下凹回油油道(421)连通的第三退刀槽(45)，所述第三退刀槽(45)与所述第五环形凹槽(65)之间通过所述阀套(5)上的相应油孔相连通。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述伺服电机(1)为步进电机、交流伺服电机(1)或直流伺服电机(1)。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述支座(2)、旋芯(4)、阀套(5)、阀体(6)和阀盖(7)之间的连接部位采用密封连接。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述阀套(5)上每对所述油孔均互为中心对称，其中与所述第一环形凹槽(61)、所述第三环形凹槽(63)和所述第五环形凹槽(65)相通的三对所述油孔为圆形通孔。
8.根据权利要求1至4任一项所述的一种数控旋芯式直动比例阀，其特征在于：所述阀套(5)上每对所述油孔均互为中心对称，其中与所述第二环形凹槽(62)、第四环形凹槽(64)相通的两对所述油孔为矩形通孔。
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