CN107435667A - 压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀 - Google Patents

Abstract

压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀，包括主阀、压电陶瓷式前置级、反馈杆。压电陶瓷式前置级通过螺钉与主阀阀体固定，并保证射流管喷嘴与接受器对中，反馈杆的一端通过夹紧螺钉与主阀阀芯相接，反馈杆的另一端与射流管连接。本发明利用杠杆原理对压电陶瓷堆的位移进行放大，使得采用压电陶瓷驱动射流管成为可能；利用压电陶瓷材料动态响应快、控制精度高的优点，提高了射流伺服阀的动态响应速度和控制精度；压电陶瓷材料无电磁干扰，无需电磁屏蔽，简单可靠。

Description

压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀

技术领域

本发明涉及一种伺服阀，属于射流管式电液伺服阀技术领域。

背景技术

电液伺服阀是电液伺服系统的核心元件，其性能直接决定和制约电液伺服机构的控制精度、响应特性、可靠性及寿命。目前电液伺服阀使用中最为普遍是射流管伺服阀和喷嘴挡板伺服阀。与喷嘴挡板伺服阀相比，射流管伺服阀因其高抗污染性、高可靠性、高分辨率等突出优点，被广泛应用航空航天、舰船、军工以及各种工业控制领域中。

传统的射流管伺服阀主要由力矩马达、射流管放大器、功率滑阀、反馈弹簧组件及过滤器组成。射流管由力矩马达带动偏转。射流管焊接于衔铁上，并由弹簧片支承。液压油通过柔性的供油管进入射流管，从射流管喷嘴射出的液压油通过接收孔及中间油道进入两端控制腔，推动阀芯移动。射流管的侧面装有弹簧管及反馈杆，反馈杆末端插入阀芯中间的小槽内，阀芯移动会推动反馈杆，构成对力矩马达的力反馈。力矩马达借助于弹簧管实现对液压部分的密封隔离。射流管伺服阀虽以高可靠性和高抗污染性被广泛应用，但其的缺点是射流管惯量较大，导致其动态响应较慢；力矩马达的加工工艺复杂，不易加工。

压电陶瓷材料是一种新型的功能陶瓷材料，它能够实现机械能和电能相互转换。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作。压电陶瓷材料具有其动态响应快、控制精度高、能量密度大、结构紧凑等优点，被应用于在电子、超声、水声、红外、导航、生物等各个技术领域。随着压电材料性能的不断提高，近年来压电材料也开始被应用于流体控制元件中。

基于以上背景，本发明提出了一种压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀。该新型射流管伺服阀具有动态响应快、控制精度高、分辨率高等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态响应快、控制精度高的压电陶瓷驱动式射流管伺服阀。采用压电陶瓷驱动器取代现有力矩马达驱动射流管，以期简化射流管伺服阀前置级结构，降低前置级加工难度，提高射流管伺服阀的动态响应速度。

其中，压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀包括主阀、压电陶瓷式前置级、反馈杆。压电陶瓷式前置级通过螺钉与主阀阀体固定，并保证射流管喷嘴与接受器对中，反馈杆的一端通过夹紧螺钉与主阀阀芯相接，反馈杆的另一端与射流管连接。

主阀包括阀体、阀套、阀芯、接受器、夹紧螺钉、锁紧圈、滤油器、螺堵、端盖。阀体内孔上设有阀套，阀体内孔装有锁紧圈用于固定阀套。阀套上密封槽内设有密封圈，实现阀体与阀套的密封。阀套的内孔上设有阀芯，利用阀芯凸肩上均压槽实现密封，阀芯内装有夹紧螺钉用于固定反馈杆。阀体两端通过螺纹与端盖固定，左右端盖与阀芯、阀盖组成左右控制腔。阀套中部的螺纹处固定装有接受器，并保证接受器的接受孔与阀套导流孔相通。进油孔与前置级供油孔相连的孔内装有滤油器，孔内螺堵用于固定滤油器。

压电陶瓷式前置级包括压电陶瓷驱动器、杠杆机构、油路及密封部分。压电陶瓷驱动器包括壳体、压电陶瓷堆、压电陶瓷封装盒、压电陶瓷座、调整螺钉、紧固螺钉、推杆。

杠杆机构包括射流管A和支承杆。壳体由四块刚板焊接而成，在壳体的中部设有中间孔，压电陶瓷座通过螺钉与壳体固定。在压电陶瓷座上设有压电陶瓷封装盒，通过螺钉进行横向位置的微调，主要是实现射流管A的零位调整，射流管A对中后，拧紧紧固螺钉将压电陶瓷封装盒固定在压电陶瓷座的上部。压电陶瓷封装盒内装有压电陶瓷堆，压电陶瓷堆由若干层陶瓷片堆叠而成，以实现陶瓷片微小位移的放大，压电陶瓷堆的层数由射流管的实际偏转位移确定。压电陶瓷封装盒的左端与推杆的右端相连，推杆的左端与射流管A的一端通过转轴A相连。支承杆一端焊接在壳体的内部，支承杆的另一端通过转轴B与射流管A的中部相连。

杠杆机构也可采用另一种结构，包括射流管B和柔性铰链。推杆的左端与射流管B的中部通过转轴C相连。射流管B的上端与柔性铰链的下端焊接。压电陶瓷座18固定在壳体的中部。

油路及密封部分包括弹簧管、供油管、射流管A或射流管B、喷嘴、压环。喷嘴通过螺纹与射流管A或射流管B下端相连。弹簧管下端固定在壳体中心孔上，弹簧管上端通过压环与射流管A或射流管B固定，安装时弹簧管与射流管A或射流管B保持同轴，以实现油液的密封。供油管上端口焊接在射流管A或射流管B的供油口，供油管下端口焊接在壳体供油孔。

反馈杆包括固定套和杆身。固定套与射流管A或射流管B通过紧配合固定，杆身的上端通过焊接或开孔与固定套边缘固定，杆身的下端通过加紧螺钉与阀芯相连。杆身为弯杆，杆身的长度需依据具体尺寸确定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：利用杠杆原理对压电陶瓷堆的位移进行放大，使得采用压电陶瓷驱动射流管成为可能；利用压电陶瓷材料动态响应快、控制精度高的优点，提高了射流管伺服阀的动态响应速度和控制精度；压电陶瓷材料无电磁干扰，无需电磁屏蔽，简单可靠。

附图说明

图1为压电陶瓷驱动式射流管伺服阀正剖视图；

图2为压电陶瓷驱动式射流管伺服阀局部剖视图；

图3为实施例1中的射流管伺服阀前置级的剖视图；

图4为实施例2中的射流管伺服阀前置级剖视图。

图中，1-阀体、2-端盖、3-阀芯、4-阀套、5-接受器、6-喷嘴、7-压环、8-弹簧管、9-射流管A、10-夹紧螺钉、11-锁紧圈、12-供油管、13-转轴A、14-推杆、15-压电陶瓷堆、16-压电陶瓷封装盒、17-调整螺钉、18-压电陶瓷座、19-紧固螺钉、20-支承杆、21-转轴B、22-壳体、23-孔内螺堵、24-滤油器、25-固定套、26-杆身、27-柔性铰链、28-射流管B、29-转轴C。

具体实施方式

实施例1

在图1、图2、图3所示的本发明的示意简图中，压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀包括主阀、压电陶瓷式前置级、反馈杆。压电陶瓷式前置级通过螺钉与主阀阀体固定，并保证射流管喷嘴与接受器对中，反馈杆的一端通过夹紧螺钉与主阀阀芯相接，反馈杆的另一端与射流管连接。

主阀包括阀体1、阀套4、阀芯3、接受器5、夹紧螺钉10、锁紧圈11、滤油器24、螺堵23、端盖2。阀体1内孔上设有阀套4，阀体1内孔装有锁紧圈11用于固定阀套4。阀套4上密封槽内设有密封圈，实现阀体与阀套的密封。阀套4的内孔上设有阀芯，阀芯3内装有夹紧螺钉10用于固定反馈杆。阀体1两端通过螺纹与端盖2固定，左右端盖与阀芯3、阀盖4组成左右控制腔。阀套4中部的螺纹处固定装有接受器，并保证接受器5的接受孔与阀套4导流孔相通。进油孔与前置级供油孔相连的孔内装有滤油器24，孔内螺堵23用于固定滤油器24。

压电陶瓷式前置级包括压电陶瓷驱动器、杠杆机构、油路及密封部分。压电陶瓷驱动器包括壳体22、压电陶瓷堆15、压电陶瓷封装盒16、压电陶瓷座18、调整螺钉17、紧固螺钉19、推杆14。

杠杆机构包括射流管A9和支承杆20。壳体22由四块刚板焊接而成，在壳体的中部设有中间孔，压电陶瓷座18通过螺钉与壳体22固定。在压电陶瓷座18上设有压电陶瓷封装盒16，通过螺钉17进行横向位置的微调，主要是实现射流管A的零位调整，射流管A对中后，拧紧紧固螺钉19将压电陶瓷封装盒16固定在压电陶瓷座的上部。压电陶瓷封装盒内装有压电陶瓷堆15，压电陶瓷堆由若干层陶瓷片堆叠而成，以实现陶瓷片微小位移的放大，压电陶瓷堆的层数由射流管的实际偏转位移确定。压电陶瓷封装盒的左端与推杆14的右端相连，推杆的左端与射流管A的一端通过转轴A13相连。支承杆20一端焊接在壳体的内部，支承杆的另一端通过转轴B21与射流管A的中部相连。

油路及密封部分包括弹簧管8、供油管12、射流管A9或射流管B28、喷嘴6、压环7。喷嘴6通过螺纹与射流管A9下端相连。弹簧管8下端固定在壳体22中心孔上，弹簧管8上端通过压环7与射流管A9固定，安装时弹簧管8与射流管A9保持同轴，以实现油液的密封。供油管12上端口焊接在射流管A9的供油口，供油管12下端口焊接在壳体22供油孔。

反馈杆包括固定套25和杆身26。固定套25与射流管A9通过紧配合固定，杆身26的上端通过焊接或开孔与固定套边缘固定，杆身26的下端通过加紧螺钉10与阀芯3相连。杆身为弯杆。

实施例2

在图1、图2、图4所示的本发明的示意简图中，压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀包括主阀、压电陶瓷式前置级、反馈杆。压电陶瓷式前置级通过螺钉与主阀阀体固定，并保证射流管喷嘴与接受器对中，反馈杆的一端通过夹紧螺钉与主阀阀芯相接，反馈杆的另一端与射流管连接。

主阀包括阀体1、阀套4、阀芯3、接受器5、夹紧螺钉10、锁紧圈11、滤油器24、螺堵23、端盖2。阀体1内孔上设有阀套4，阀体1内孔装有锁紧圈11用于固定阀套4。阀套4上密封槽内设有密封圈，实现阀体与阀套的密封。阀套4的内孔上设有阀芯，阀芯3内装有夹紧螺钉10用于固定反馈杆。阀体1两端通过螺纹与端盖2固定，左右端盖与阀芯3、阀盖4组成左右控制腔。阀套4中部的螺纹处固定装有接受器，并保证接受器5的接受孔与阀套4导流孔相通。进油孔与前置级供油孔相连的孔内装有滤油器24，孔内螺堵23用于固定滤油器24。

压电陶瓷式前置级包括压电陶瓷驱动器、杠杆机构、油路及密封部分。压电陶瓷驱动器包括壳体22、压电陶瓷堆15、压电陶瓷封装盒16、压电陶瓷座18、调整螺钉17、紧固螺钉19、推杆14。

杠杆机构包括射流管B28和柔性铰链27。壳体22由四块刚板焊接而成，在壳体的中部设有中间孔。推杆的左端与射流管B28的中部通过转轴C29相连。射流管B的上端与柔性铰链27的下端焊接。压电陶瓷座18固定在壳体22的中部。在压电陶瓷座18上设有压电陶瓷封装盒16。压电陶瓷封装盒内装有压电陶瓷堆15，压电陶瓷堆由若干层陶瓷片堆叠而成，以实现陶瓷片微小位移的放大，压电陶瓷堆的层数由射流管的实际偏转位移确定。压电陶瓷封装盒的左端与推杆14的右端相连。

油路及密封部分包括弹簧管8、供油管12、射流管A9或射流管B28、喷嘴6、压环7。喷嘴6通过螺纹与射流管B28下端相连。弹簧管8下端固定在壳体22中心孔上，弹簧管8上端通过压环7与射流管B固定，安装时弹簧管8与射流管B28保持同轴，以实现油液的密封。供油管12上端口焊接在射流管B28的供油口，供油管12下端口焊接在壳体22供油孔。

反馈杆包括固定套25和杆身26。固定套25与射流管A9或射流管B28通过紧配合固定，杆身26的上端通过焊接或开孔与固定套边缘固定，杆身26的下端通过加紧螺钉10与阀芯3相连。杆身为弯杆，杆身的长度需依据具体尺寸确定。

Claims (4)

1.压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀，主要包括主阀、压电陶瓷式前置级、反馈杆，其特征在于：压电陶瓷式前置级通过螺钉与主阀阀体固定，反馈杆的一端通过夹紧螺钉与主阀阀芯相接，反馈杆的另一端与射流管连接。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀，其特征在于：主阀包括阀体、阀套、阀芯、接受器、夹紧螺钉、锁紧圈、滤油器、螺堵、端盖，阀体内孔上设有阀套，阀体内孔装有锁紧圈用于固定阀套，阀套上密封槽内设有密封圈，阀套的内孔上设有阀芯，阀芯内装有夹紧螺钉用于固定反馈杆，阀体两端通过螺纹与端盖固定，左右端盖与阀芯、阀盖组成左右控制腔，阀套中部的螺纹处固定装有接受器，进油孔与前置级供油孔相连的孔内装有滤油器，孔内螺堵用于固定滤油器。

3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀，其特征在于：压电陶瓷式前置级包括压电陶瓷驱动器、杠杆机构、油路及密封部分，压电陶瓷驱动器包括壳体、压电陶瓷堆、压电陶瓷封装盒、压电陶瓷座、调整螺钉、紧固螺钉、推杆，杠杆机构包括射流管A和支承杆，壳体由四块刚板焊接而成，在壳体的中部设有中间孔，压电陶瓷座通过螺钉与壳体固定，在压电陶瓷座上设有压电陶瓷封装盒，通过螺钉进行横向位置的微调，压电陶瓷封装盒内装有压电陶瓷堆，压电陶瓷堆由陶瓷片堆叠而成，压电陶瓷封装盒的左端与推杆的右端相连，推杆的左端与射流管A的一端通过转轴A相连，支承杆一端焊接在壳体的内部，支承杆的另一端通过转轴B与射流管A的中部相连，油路及密封部分包括弹簧管、供油管、射流管A或射流管B、喷嘴、压环，喷嘴通过螺纹与射流管A或射流管B下端相连，弹簧管下端固定在壳体中心孔上，弹簧管上端通过压环与射流管A或射流管B固定，供油管上端口焊接在射流管A或射流管B的供油口，供油管下端口焊接在壳体供油孔，反馈杆包括固定套和杆身，固定套与射流管A或射流管B通过紧配合固定，杆身的上端通过焊接或开孔与固定套边缘固定，杆身的下端通过加紧螺钉与阀芯相连，杆身为弯杆。

4.根据权利要求1或3所述的压电陶瓷驱动式射流管电液伺服阀，其特征在于：杠杆机构的另一种结构，包括射流管B和柔性铰链，推杆的左端与射流管B的中部通过转轴C相连，射流管B的上端与柔性铰链的下端焊接，压电陶瓷座固定在壳体的中部。