CN107559456A - 一种内驱反馈式数字换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于数字换向阀技术领域，公开了一种内驱反馈式数字换向阀，包括步进电机、传动齿轮组、齿轮齿条副、换向阀、复位弹簧、磁致伸缩位移传感器；传动齿轮组由主轴齿轮、梯形齿轮、从动齿轮相互啮合组成；步进电机与主轴齿轮相连，从动齿轮与齿轮齿条副的齿轮相连；换向阀阀芯的第一端面与齿轮齿条副的齿条相连，换向阀阀芯的第二端面与复位弹簧连接，复位弹簧通过弹簧支座固定在换向阀阀体上，磁致伸缩位移传感器固定在换向阀上。本发明解决了现有技术中电磁换向阀换向或速度变换时液压冲击严重的问题，达到了减轻液压冲击的技术效果。

Description

一种内驱反馈式数字换向阀

技术领域

本发明涉及数字换向阀技术领域，尤其涉及一种内驱反馈式数字换向阀。

背景技术

随着自动化控制技术与微电子技术的迅速发展，电液系统的数字化控制已越来越被人们所重视，液压数字阀就是在这种情况下产生的。根据控制方式的不同可分为间接式和直接式数字阀。间接式数字阀是指采用数字信号为控制信号，模拟信号为驱动信号；直接式数字阀指能够与计算机直接联接，无需数-模转换。与比例阀和伺服阀比较，直接式数字阀具有结构简单、成本低、工艺性好、受外界干扰小、控制功率小、工作稳定可靠、重复性好以及抗污染能力强等特点，并能够与计算机直接联接无需模/数(或数/模)转换元件，因而具有广阔的应用前景。

电磁换向阀具有结构简单、换向控制方便的优点，但其最大的缺点是换向太快，导致液压系统产生液压冲击。在执行部件的运动速度较快和惯量较大的情况下，用电磁换向阀实现换向或速度变换时液压冲击尤为严重。这不仅会缩短液压设备的使用寿命，而且液压系统执行部件的换向精度也很低。虽然采用电液动换向阀控制液压系统换向可延长换向时间，能减轻液压冲击，但不能根本避免液压冲击。

发明内容

本申请实施例通过提供一种内驱反馈式数字换向阀，解决了现有技术中电磁换向阀换向或速度变换时液压冲击严重的问题。

本申请实施例提供一种内驱反馈式数字换向阀，包括：步进电机、传动齿轮组、齿轮齿条副、换向阀、复位弹簧、磁致伸缩位移传感器；

所述换向阀包括换向阀阀体和换向阀阀芯；

所述传动齿轮组由主轴齿轮、梯形齿轮、从动齿轮相互啮合组成；

所述步进电机与所述主轴齿轮相连，所述从动齿轮与所述齿轮齿条副的齿轮相连，所述齿轮齿条副的齿轮和齿条啮合；

所述换向阀阀芯的第一端面与所述齿轮齿条副的齿条相连，所述换向阀阀芯的第二端面与所述复位弹簧连接，所述复位弹簧通过弹簧支座固定在所述换向阀阀体上；

所述磁致伸缩位移传感器固定在所述换向阀上。

优选的，所述磁致伸缩位移传感器包括磁环、探测杆、电子室；

所述磁环固定在所述换向阀阀芯的所述第二端面上；所述探测杆穿过所述复位弹簧和所述磁环，并插入所述换向阀阀芯的内部；所述电子室固定在所述换向阀阀体上。

优选的，所述磁环与所述换向阀阀芯通过螺纹连接。

优选的，所述主轴齿轮和所述从动齿轮采用圆柱齿轮。

优选的，所述步进电机通过万向联轴器与所述主轴齿轮连接。

优选的，所述换向阀为三位四通换向阀，包括油口A、压力油口P、油口B、卸油口T。

优选的，所述步进电机为三相混合式步进电机。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，步进电机的输出轴与驱动阀芯移动的输入轴之间采用梯形齿轮连接，可以缓解电机在启动时的颤动，提高换向阀阀芯的稳定性，减轻液压系统产生的液压冲击。换向阀阀芯在运动过程中，位于阀芯一端的复位弹簧对其有力的作用，可以缓解换向阀换向或变速太快导致的液压系统产生的液压冲击。磁致伸缩位移传感器可直接检测换向阀阀芯的真实位移，检测的误差小、精度高，可以有效提高换向阀的换向性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种内驱反馈式数字换向阀的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种内驱反馈式数字换向阀中的梯形齿轮的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种内驱反馈式数字换向阀的控制系统流程图。

其中，1-主轴齿轮、2-步进电机、3-卸油口T、4-复位弹簧、5-换向阀阀体、6-梯形齿轮、7-从动齿轮、8-齿轮齿条副的齿轮、9-齿轮齿条副的齿条、10-换向阀阀芯、11-油口A、12-压力油口P、13-油口B、14-磁环、15-弹簧支座、16-电子室、17-探测杆。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种内驱反馈式数字换向阀，解决了现有技术中电磁换向阀换向或速度变换时液压冲击严重的问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种内驱反馈式数字换向阀，包括：步进电机、传动齿轮组、齿轮齿条副、换向阀、复位弹簧、磁致伸缩位移传感器；

所述换向阀包括换向阀阀体和换向阀阀芯；

所述传动齿轮组由主轴齿轮、梯形齿轮、从动齿轮相互啮合组成；

所述步进电机与所述主轴齿轮相连，所述从动齿轮与所述齿轮齿条副的齿轮相连，所述齿轮齿条副的齿轮和齿条啮合；

所述换向阀阀芯的第一端面与所述齿轮齿条副的齿条相连，所述换向阀阀芯的第二端面与所述复位弹簧连接，所述复位弹簧通过弹簧支座固定在所述换向阀阀体上；

所述磁致伸缩位移传感器固定在所述换向阀上。

在本申请实施例中，步进电机的输出轴与驱动阀芯移动的输入轴之间采用梯形齿轮连接，可以缓解电机在启动时的颤动，提高换向阀阀芯的稳定性，减轻液压系统产生的液压冲击。换向阀阀芯在运动过程中，位于阀芯一端的复位弹簧对其有力的作用，可以缓解换向阀换向或变速太快导致的液压系统产生的液压冲击。磁致伸缩位移传感器可直接检测换向阀阀芯的真实位移，检测的误差小、精度高，可以有效提高换向阀的换向性能。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种内驱反馈式数字换向阀，如图1所示，包括：主轴齿轮1、步进电机2、卸油口T3、复位弹簧4、换向阀阀体5、梯形齿轮6、从动齿轮7、齿轮齿条副的齿轮8、齿轮齿条副的齿条9、换向阀阀芯10、油口A11、压力油口P12、油口B13、磁环14、弹簧支座15、电子室16、探测杆17。

其中，换向阀包括所述换向阀阀体5和所述换向阀阀芯10。

传动齿轮组由所述主轴齿轮1、所述梯形齿轮6、所述从动齿轮7相互啮合组成，所述梯形齿轮6的结构示意图如图2所示。

所述步进电机2的输出轴与驱动阀芯移动的输入轴之间采用所述梯形齿轮6连接，可以缓解电机在启动时的颤动，提高所述换向阀阀芯10的稳定性，减轻液压系统产生的液压冲击。

一种优选的情况，所述主轴齿轮1和所述从动齿轮7采用圆柱齿轮，通过改变齿轮的大小和齿数来改变系统的输出转速(减速或者加速)，从而提高换向阀的效率。

磁致伸缩位移传感器包括所述磁环14、所述探测杆17、所述电子室16。

所述步进电机2与所述主轴齿轮1相连，所述从动齿轮7与所述齿轮齿条副的齿轮8相连，所述齿轮齿条副的齿轮和齿条啮合。

具体的，所述主轴齿轮1与所述步进电机2通过万向联轴器连接，所述梯形齿轮6通过齿轮轴固定在机架上，所述从动齿轮7通过轴承支撑在所述换向阀阀体5上并与所述齿轮齿条副的齿轮8相连接。

所述换向阀阀芯10的第一端面与所述齿轮齿条副的齿条9相连，所述换向阀阀芯10的第二端面与所述复位弹簧4连接，所述复位弹簧4通过所述弹簧支座15固定在所述换向阀阀体5上。所述换向阀阀芯10在运动过程中，位于阀芯一端的所述复位弹簧4对其有力的作用，可以缓解换向阀换向太快导致液压系统产生的液压冲击。

所述磁环14固定在所述换向阀阀芯10的所述第二端面上；所述探测杆17穿过所述复位弹簧4和所述磁环14，并插入所述换向阀阀芯10的内部；所述电子室16固定在所述换向阀阀体5上。一种优选的情况，所述磁环14与所述换向阀阀芯10通过螺纹连接。

所述换向阀为三位四通换向阀，包括油口A11、压力油口P12、油口B13、卸油口T3。所述换向阀的控流存在一定的死区，开始的几个脉冲产生的一小段位移并不能将P口处的高压油和油口A或油口B接通。死区过后，所述步进电机2再旋转一定角度，在旋转作用下所述换向阀阀芯10又发生一定的轴向的位移。如果所述换向阀阀芯10向左移动，压力油口P和油口A连通，油口B和卸油口T连通。P口处的高压油通过油口A流入执行元件，驱动执行元件运动。如果所述换向阀阀芯10向右移动，压力油口P和油口B连通，油口A和卸油口T连通。

一种优选的情况，所述步进电机2为三相混合式步进电机。

由于所述步进电机2没有积累误差，具有较好的重复性，采用精度较高的步进电机，就能够达到较高精度的换向阀阀芯位移控制。

所述步进电机2的旋转运动通过所述传动齿轮组传递给所述齿轮齿条副的齿轮8，齿轮带动齿条运动，所述齿轮齿条副的齿条9与所述换向阀阀芯10固定连接，从而将所述步进电机2的旋转运动转换为所述换向阀阀芯10的轴向位移，上述转换装置具有传递力矩大，稳定性高等优点。

所述换向阀阀芯10的位移被固定在阀芯一端的所述磁致伸缩位移传感器检测到，当所述步进电机2带动所述换向阀阀芯10移动时，所述磁环14也会跟着一起移动，所述磁致伸缩位移传感器利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号准确地测量位置。所述磁致伸缩位移传感器将所述换向阀阀芯10的位移信号传递给计算机，形成闭环控制系统。控制系统根据运行位移和速度要求，对所述步进电机2进行闭环控制。所述磁致伸缩位移传感器可直接检测阀芯的真实位移，没有中间环节，所以误差小，检测精度高，可以提高换向阀的换向性能。

如图3所示，计算机发出控制信号给电源和电机驱动器，电机驱动器发出脉冲信号控制步进电机旋转，步进电机输出步距角通过主轴齿轮、梯形齿轮和从动齿轮传递给齿轮齿条副，齿轮齿条副将旋转运动转换为横向位移给换向阀，换向阀将流量和压力信号传递给液压缸；其中，换向阀阀芯的一端安装有高精度磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器将换向阀阀芯的位移信号反馈给计算机从而控制步进电机动作，形成闭环控制，提高系统控制精度。

本发明实施例提供的一种内驱反馈式数字换向阀至少包括如下技术效果：

在本申请实施例中，步进电机的输出轴与驱动阀芯移动的输入轴之间采用梯形齿轮连接，可以缓解电机在启动时的颤动，提高换向阀阀芯的稳定性，减轻液压系统产生的液压冲击；换向阀阀芯在运动过程中，位于阀芯一端的复位弹簧对其有力的作用，可以缓解换向阀换向或变速太快导致的液压系统产生的液压冲击。磁致伸缩位移传感器可直接检测换向阀阀芯的真实位移，检测的误差小、精度高，可以有效提高换向阀的换向性能。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，包括：步进电机、传动齿轮组、齿轮齿条副、换向阀、复位弹簧、磁致伸缩位移传感器；

所述换向阀包括换向阀阀体和换向阀阀芯；

所述传动齿轮组由主轴齿轮、梯形齿轮、从动齿轮相互啮合组成；

所述步进电机与所述主轴齿轮相连，所述从动齿轮与所述齿轮齿条副的齿轮相连，所述齿轮齿条副的齿轮和齿条啮合；

所述换向阀阀芯的第一端面与所述齿轮齿条副的齿条相连，所述换向阀阀芯的第二端面与所述复位弹簧连接，所述复位弹簧通过弹簧支座固定在所述换向阀阀体上；

所述磁致伸缩位移传感器固定在所述换向阀上。

2.根据权利要求1所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述磁致伸缩位移传感器包括磁环、探测杆、电子室；

所述磁环固定在所述换向阀阀芯的所述第二端面上；所述探测杆穿过所述复位弹簧和所述磁环，并插入所述换向阀阀芯的内部；所述电子室固定在所述换向阀阀体上。

3.根据权利要求2所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述磁环与所述换向阀阀芯通过螺纹连接。

4.根据权利要求1或2所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述主轴齿轮和所述从动齿轮采用圆柱齿轮。

5.根据权利要求1或2所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述步进电机通过万向联轴器与所述主轴齿轮连接。

6.根据权利要求1或2所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述换向阀为三位四通换向阀，包括油口A、压力油口P、油口B、卸油口T。

7.根据权利要求1或2所述的内驱反馈式数字换向阀，其特征在于，所述步进电机为三相混合式步进电机。