CN106438551B - 波登管力反馈式2d电液压力伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波登管力反馈式2D电液压力伺服阀。其特征在于由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及波登管反馈模块组成，波登管反馈模块与阀体模块和电机械转换器模块相配合，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合；所述波登管反馈模块实时监测阀体模块中阀芯的位移与电机械转换器模块的旋转电磁铁电信号构成闭环反馈。通过输入电流大小来控制旋转电磁铁的偏转角度，进而改变阀芯的偏转角度，通过2D阀芯实现轴向移动距离，来达到控制阀的开口大小，实现出口压力的控制；在结构上大大简化了原有的两级或者多级的结构形式，符合行业简单紧凑的要求。

Description

波登管力反馈式2D电液压力伺服阀

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域中的电液伺服阀，尤其涉及一种波登管力反馈式2D电液压力伺服阀。

背景技术

电液伺服控制技术有机结合了流体传动控制技术与信息电子技术的优势，具有功率放大高、响应快、死区小、可实现输出流量和压力的连续双向控制等优点，在航空航天、高端装备、舰船等重要的国家战略性产业领域得到广泛应用。电液压力伺服阀是力控制系统中一个重要且理想的伺服元件，它是接受模拟量电控制信号，输出压力随电控制信号大小及极性变化且快速响应的液压控制阀，在材料试验机、结构疲劳试验机、飞机车辆液压刹车系统和船舶舵机控制系统中应用广泛。

电液压力伺服阀的一个重要应用领域是飞机液压刹车系统，对飞机起降安全起着至关重要的作用。目前飞机液压刹车系统多用喷嘴挡板式压力伺服阀，且以进口为主；该阀具有体积小、惯性小、响应快、灵敏度高等优势，但它同时具有泄漏量大、抗污染能力弱，容易堵塞喷嘴，造成刹车不灵，而这是目前飞机刹车系统故障的主要原因。射流管式压力伺服阀具有抗污染能力强、故障率低等优点，但其较之前者泄漏量更大、动态响应变慢；而且无论喷嘴挡板式或射流管式压力伺服阀，对油液黏度都非常敏感，在低温极端环境下使用有明显不足。

由于压力伺服阀的价格昂贵，且要求应用环境苛刻，因此在实际生产中精度要求不高的场合，常常用电液比例压力控制元件，如电液比例减压阀、比例溢流阀等，采用线性位移传感器LVDT对阀芯位置进行测量和闭环控制，构成电反馈型直动比例压力控制阀，可以在很大程度上提高阀芯的定位刚度和输出力的控制精度，用来取代电液压力伺服阀实现对系统力的控制，但控制精度和响应速度要比伺服阀逊色。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种波登管力反馈式2D电液压力伺服阀的技术方案，通过输入电流大小来控制旋转电磁铁的偏转角度，进而改变阀芯的偏转角度，通过2D阀芯实现轴向移动距离，来达到控制阀的开口大小，实现出口压力的控制；在结构上大大简化了原有的两级或者多级的结构形式，符合行业简单紧凑的要求。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及波登管反馈模块组成，波登管反馈模块与阀体模块和电机械转换器模块相配合，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合；所述波登管反馈模块实时监测阀体模块中阀芯的位移与电机械转换器模块的旋转电磁铁电信号构成闭环反馈。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体模块包括阀芯、阀体、复位弹簧、左弹簧座、右弹簧座、端盖和轴端密封圈盖板，端盖和轴端密封圈盖板设置在阀体两侧，阀芯设置在阀体内，阀芯的同心环右侧的阀体内设置左弹簧座和右弹簧座，左弹簧座和右弹簧座之间设置复位弹簧，右弹簧座右侧的阀芯上还设置一卡簧；阀芯左侧端面与阀体内孔之间形成左敏感腔，阀芯右端凸肩端面与设置在阀芯上的同心环形成右敏感腔，右敏感腔与进油口连通，左敏感腔压力作用面积为右敏感腔压力作用面积的2倍；阀芯左侧设置左端台肩，左端台肩上对称开设有一对高压孔和一对低压孔，一对高压孔通过高压通道与压力腔连通，一对低压孔与回油腔相通，阀体内孔左端对称开设有与左端台肩相配合的一对直槽敏感通道，阀芯装配到阀体中，阀芯左端台肩上的一对高压孔与一对低压孔分别位于一对直槽敏感通道两侧，并与直槽敏感通道之间形成两个弓形重叠，两个弓形重叠在压力腔与回油腔之间形成液压阻力半桥，控制左敏感腔压力变化。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述电机械转换器模块包括相互配合的旋转电磁铁、连接板和电磁铁保护罩；所述传动机构模块包括弹簧保持架支座、电磁铁零位保持弹簧、弹簧垫片、弹簧保持架、上拨杆和下拨叉，弹簧保持架支座设置在连接板上，弹簧保持架支座上设置所述弹簧保持架，弹簧保持架上套接设置电磁铁零位保持弹簧和弹簧垫片，上拨杆一端连接旋转电磁铁的转动轴，上拨杆另一端卡接设置在弹簧保持架上并与弹簧垫片接触，弹簧垫片与弹簧保持架支座之间设置电磁铁零位保持弹簧，上拨杆能够在弹簧保持架上滑动；上拨杆连接旋转电磁铁转动轴的一端设置为椭圆形外轮廓，下拨叉的上端与椭圆形外轮廓卡接配合，下拨叉的下端连接阀体模块的阀芯。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述波登管反馈模块包括波登管、连杆、螺纹固定杆和连接块，波登管上端连接螺纹固定杆，波登管下端连接连接块并与连接块内部油路相通，连接块与阀体模块的阀体相配合；所述螺纹固定杆通过连杆与上拨杆配合连接。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体与连接板通过第一O型密封圈和第二O型密封圈密封；端盖和阀体通过第三O型密封圈密封，阀芯和阀体通过第四O型密封圈密封。

所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述左弹簧座和右弹簧座之间设置复位弹簧，阀芯右端部与左弹簧座相接触，右弹簧座的右端紧贴在阀体内侧，右弹簧座的左端与复位弹簧相接触。

本发明的有益效果主要表现在：

1、针对现有电液压力伺服阀抗污染能力差的不足，将2D螺旋伺服与机械式压力反馈相结合，构成结构紧凑、原理先进的波登管反馈式2D电液压力伺服阀，简化了压力伺服阀的结构，提高了其抗污染能力；

2、取消阀套结构，并在阀体内侧加工直槽，代替原来的螺旋槽结构，降低了加工难度和成本；

3、采用连杆机构将波登管与上拨叉连接一起，近似的构成四连杆机构，将波登管检测到的压力变化进行放大反馈到拨杆拨叉机构，形成压力负反馈；

4、阀芯通过复位弹簧在初始状态保持零位，此时复位弹簧力作用于阀芯使阀口处于关闭状态。

附图说明

图1为波登管力反馈式2D电液压力伺服阀的结构示意图；

图2为阀体的剖视图；

图3为2D阀阀芯的结构示意图；

图4为波登管反馈结构示意图一；

图5为波登管反馈结构示意图二；

图6为波登管连接块的剖视图；

图7为波登管力反馈式2D电液压力伺服阀工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：

参照图1-图7，一种波登管力反馈式2D电液压力伺服阀包括第一螺钉8、第二螺钉9、第三螺钉16、第四螺钉25、第五螺钉28、第六螺钉32、第七螺钉33和第八螺钉36、第一O型密封圈1、第二O型密封圈3、第三O型密封圈5、第四O型密封圈30、阀体6、阀芯4、端盖7、连接块2、旋转电磁铁14、电磁铁保护罩10、复位弹簧12、左弹簧座11、右弹簧座13、卡簧15、连接板17、销钉18、螺母19、弹簧保持架20、弹簧垫片21、上拨杆22、电磁铁零位保持弹簧23、弹簧保持架支座24、连杆26、螺纹固定杆27、下拨叉29、轴端密封圈盖板31、波登管34、盒盖35。

其中，第一螺钉8连接端盖7与阀体6，第二螺钉9连接电磁铁保护罩10和连接板17，第三螺钉16连接旋转电磁铁14和连接板17，第四螺钉25连接弹簧保持架支座24与连接板17，第五螺钉28连接连杆26与螺纹固定杆27，第六螺钉32用于锁紧下拨叉，第七螺钉33用于连接盒盖与连接板，第八螺钉36用于锁紧上拨杆22；第一O型密封圈1和第二O型密封圈3用于密封阀体与连接板，第三O型密封圈5用于密封端盖和阀体，第四O型密封圈30用于密封阀芯和阀体。

波登管力反馈式2D电液压力伺服阀由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及波登管反馈模块组成，波登管反馈模块与阀体模块和电机械转换器模块相配合，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合；所述波登管反馈模块实时监测阀体模块中阀芯的位移与电机械转换器模块的旋转电磁铁电信号构成闭环反馈。

阀体模块包括阀芯4、阀体6、复位弹簧12、左弹簧座11、右弹簧座12、端盖7和轴端密封圈盖板31，端盖和轴端密封圈盖板设置在阀体两侧，阀芯设置在阀体内，阀芯的同心环右侧的阀体内设置左弹簧座和右弹簧座，左弹簧座和右弹簧座之间设置复位弹簧，阀芯右端部与左弹簧座11相接触，右弹簧座13的右端紧贴在阀体6内侧，右弹簧座13的左端与复位弹簧12相接触；右弹簧座右侧的阀芯上还设置一卡簧15，初始时刻，左弹簧座受复位弹簧的作用，推动阀芯处于最左极限位置，此时阀口完全关闭。

阀芯左侧端面与阀体内孔之间形成左敏感腔f，压力为pc，阀芯右端凸肩端面与设置在阀芯上的同心环形成右敏感腔g，右敏感腔与进油口连通，其压力恒为系统压力ps；左敏感腔f与右敏感腔g之间为控制A口，左敏感腔压力作用面积为右敏感腔压力作用面积的2倍；阀芯左侧设置左端台肩，左端台肩上对称开设有一对高压孔b和一对低压孔a，高压孔b与阀芯进油孔c通过阀芯内部通道连接，并与高压P口相通，P口是进油口，该处压力是系统压力，T口是回油口，一对低压孔与出油T口相通；左端台肩和右端凸肩与阀体内孔可滑动地密封配合；阀体内孔左端对称开设有与左端台肩相配合的一对直槽敏感通道（图2中虚线所示），阀芯装配到阀体中，阀芯左端台肩上的一对高压孔与一对低压孔分别位于一对直槽敏感通道两侧，并与直槽敏感通道之间形成两个弓形重叠（形成四个微小的开口面积，串联构成液压阻力半桥），两个弓形重叠在压力腔与回油腔之间形成液压阻力半桥，控制左敏感腔压力变化。

初始状态时pc=ps/2，阀芯轴向受力平衡，阀芯静止不动；当阀芯以逆时针方向旋转角度时（沿阀芯从右向左看），高压孔与阻尼直槽（直槽敏感通道）重叠面积增大，低压孔与阻尼直槽重叠面积减小，敏感腔压力pc升高，而右端压力腔的压力不变，阀芯轴向受力失去平衡，阀芯向右移动使阀口打开，输出压力增大，阀芯在波登管压力负反馈作用下通过力传递机构反向旋转，直到高压孔、低压孔与直槽之间的重叠面积相等为止，此时敏感腔的压力再次使阀芯轴向受力重新达到平衡，阀芯就在新平衡位置处于稳定状态，此时A口输出压力保持不变。反之，当阀芯顺时针方向旋转时，上述的变化过程恰好相反，阀芯向左移动到达新的平衡位置。实际应用中，由于扰动因素的存在，其压力不可避免会产生波动，出口A压力通过阀体上通道与波登管相连，当压力产生波动时，波登管发生相应形变，牵制拨杆拨叉转动，而拨杆拨叉又直接影响阀芯的旋转，直到二者达到一个稳定的动态平衡，使出口A的压力保持恒定不变。波登管的变形作用一方面提高了力反馈的响应速度，另一方面也起到了位置反馈（限位）的作用。

如图4所示，传动机构模块包括位于正上方的上拨杆22和位于正下方的下拨叉29，上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内，单向旋转电磁铁的转动轴与上拨杆固定连接，以驱动上拨杆带动下拨叉转动，且下拨叉的底部与阀芯中心轴固定连接，以带动2D阀芯同步转动；上拨杆的顶部可滑动的设置在弹簧保持架20上，且弹簧保持架的一端套设有将上拨杆抵紧在电磁铁零位保持弹簧23上。为了提高波登管力反馈式2D电液压力伺服阀的工作稳定性，平衡惯性力，需将上拨杆22和第四螺钉25的重心与旋转电磁铁14的转动轴的中心重合，2D阀芯4的中心与下拨叉29和第六螺钉32的重心重合。

单向旋转电磁铁14位于阀体6上端，通过第三螺钉16与连接板17相连接，电磁铁保护罩10通过第二螺钉9与连接板17相连，同时盒盖35通过第七螺钉33又连接到电磁铁保护罩上。

波登管反馈模块包括波登管34、连接块2、第一O型密封圈1、连杆26、螺纹固定杆27和销钉18，其功能是实时监测2D阀的压力变化，波登管发生形变产生力矩与单向旋转电磁铁电信号产生的力矩形成闭环反馈。波登管34焊接在螺纹固定杆27上（该端为盲端），波登管34与阀体6高压通道连接，第一O型密封圈1用来对连接板17与阀体6进行密封。波登管末端通过螺纹固定杆27、连杆26与上拨杆22进行连接，把波登管的形变产生的力矩传递给上拨叉22。

本例的实施工作原理为：如图7所示，当单向旋转电磁铁14不通电时，与旋转电磁铁转动轴固联的上拨杆22上端在复位弹簧的作用下紧靠在弹簧保持架20处，下拨叉29保持静止，使2D阀芯4处于零位，2D阀芯左右处于受力平衡状态。初始时刻，阀芯右端凸肩处P口和A口是不通的，若P与A相通，那么压力油进入阀芯内部孔道进而进入到阀芯左侧的敏感腔，产生一个推动阀芯向右运动的力，此时P口与A口的通道被关闭，阀芯始终处于右位。当单向旋转电磁铁14通正向电流时，上拨杆22受外力矩逆时针旋转（沿连接板从右向左看），驱动下拨叉29顺时针旋转，同时带动2D阀芯顺时针旋转，从而使低压孔a与阻尼斜槽（直槽敏感通道）重叠面积变大，高压孔b与阻尼斜槽重叠面积变小，左敏感腔f压力随之变小，而右敏感腔压力不变，2D阀芯在左右敏感腔压差作用下向左运动，向左移动的过程中，使低压孔a与阻尼斜槽重叠面积变小，高压孔b与阻尼斜槽重叠面积变大，左敏感腔压力逐渐升高，加之复位弹簧12受压后，对2D阀芯4产生一向右的反作用力，2D阀芯4停在一个新的平衡位置；波登管实时监测A口压力变化，并通过反馈机构反馈至单向旋转电磁铁，形成闭环反馈，精确控制2D阀芯4位移，从而实时调整阀口的开度，达到控制A口压力恒定的目的。

上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及波登管反馈模块组成，波登管反馈模块与阀体模块和电机械转换器模块相配合，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合；所述波登管反馈模块实时监测阀体模块中阀芯的位移与电机械转换器模块的旋转电磁铁电信号构成闭环反馈；

所述阀体模块包括阀芯、阀体、复位弹簧、左弹簧座、右弹簧座、端盖和轴端密封圈盖板，端盖和轴端密封圈盖板设置在阀体两侧，阀芯设置在阀体内，阀芯的同心环右侧的阀体内设置左弹簧座和右弹簧座，左弹簧座和右弹簧座之间设置复位弹簧，右弹簧座右侧的阀芯上还设置一卡簧；阀芯左侧端面与阀体内孔之间形成左敏感腔，阀芯右端凸肩端面与设置在阀芯上的同心环形成右敏感腔，右敏感腔与进油口连通，左敏感腔压力作用面积为右敏感腔压力作用面积的2倍；阀芯左侧设置左端台肩，左端台肩上对称开设有一对高压孔和一对低压孔，一对高压孔通过高压通道与压力腔连通，一对低压孔与回油腔相通，阀体内孔左端对称开设有与左端台肩相配合的一对直槽敏感通道，阀芯装配到阀体中，阀芯左端台肩上的一对高压孔与一对低压孔分别位于一对直槽敏感通道两侧，并与直槽敏感通道之间形成两个弓形重叠，两个弓形重叠在压力腔与回油腔之间形成液压阻力半桥，控制左敏感腔压力变化；

所述电机械转换器模块包括相互配合的旋转电磁铁、连接板和电磁铁保护罩；所述传动机构模块包括弹簧保持架支座、电磁铁零位保持弹簧、弹簧垫片、弹簧保持架、上拨杆和下拨叉，弹簧保持架支座设置在连接板上，弹簧保持架支座上设置所述弹簧保持架，弹簧保持架上套接设置电磁铁零位保持弹簧和弹簧垫片，上拨杆一端连接旋转电磁铁的转动轴，上拨杆另一端卡接设置在弹簧保持架上并与弹簧垫片接触，弹簧垫片与弹簧保持架支座之间设置电磁铁零位保持弹簧，上拨杆能够在弹簧保持架上滑动；上拨杆连接旋转电磁铁转动轴的一端设置为椭圆形外轮廓，下拨叉的上端与椭圆形外轮廓卡接配合，下拨叉的下端连接阀体模块的阀芯。

2.根据权利要求1所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述波登管反馈模块包括波登管、连杆、螺纹固定杆和连接块，波登管上端连接螺纹固定杆，波登管下端连接连接块并与连接块内部油路相通，连接块与阀体模块的阀体相配合；所述螺纹固定杆通过连杆与上拨杆配合连接。

3.根据权利要求1所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内。

4.根据权利要求1所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体与连接板通过第一O型密封圈和第二O型密封圈密封；端盖和阀体通过第三O型密封圈密封，阀芯和阀体通过第四O型密封圈密封。

5.根据权利要求1所述的波登管力反馈式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述左弹簧座和右弹簧座之间设置复位弹簧，阀芯右端部与左弹簧座相接触，右弹簧座的右端紧贴在阀体内侧，右弹簧座的左端与复位弹簧相接触。