CN108386566A - 一种适应变温度场的射流管电液伺服阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，将接收器的尾部设计成定位销状以固结阀体与阀套，并通过锁紧螺钉将接收器固定在阀体上；锁紧环通过压紧蝶形簧片将阀套夹紧，两侧端盖压紧锁紧环以防止后者松动。与现有技术相比，本发明通过接收器尾部定位销设计，防止高温环境中由于阀体比阀套受热膨胀变形量大而使阀套失去约束导致伺服阀性能紊乱；增设锁紧螺钉，防止接收器在长期温度交替中由于阀体的膨胀收缩而“拔出”；蝶形簧片的预压缩变形量大于高温服役温度下的阀体与阀套伸长量之差，消除阀套的轴向自由活动空间，同时对称的蝶形簧片可减弱锁紧环对接收器尾部形成的剪切作用，提高伺服阀的可靠性，保证其在变温度场内的性能稳定性。
Description
技术领域
本发明属于流体控制技术领域，尤其是涉及一种适应变温度场的射流管电液伺服阀。
背景技术
射流管阀的雏形出现于1925年，德国人ASKANIA-WERKE将其用于控制输出气体的流动方向(参见专利文献：ASKANIA-WERKE,AG.Device for regulating the drawing-offof gas from gas-producing apparatus:GB232937A[P],1925-12-3)。1957年R.ATCHLEY将射流管阀用于液压领域，作为前置放大器开发了两级射流管电液伺服阀，通过控制射流管的偏摆来改变接收器两侧接收高速流束能量的大小，从而控制主阀芯的两端压力和位移(参见研究报告文献：W.L.KINNEY,E.R.SCHUMANN,P.A.WEISS.Hydraulic Servo ControlValves(Part 6Research on electronichydraulic servo valves dealing with oilcontamination,life and reliability,nuclear radiation and valve testing)[R].United States Air Force,1958。专利文献：R.D.ATCHLEY.Servo-mechanism：US.2884907[P],1959-5-9.)。
由于射流管电液伺服阀最小流道尺寸为射流管喷嘴直径Φ0.2～0.4mm，较喷嘴挡板式电液伺服阀的喷嘴挡板间隙0.03～0.05mm大得多，因此其抗污染能力大为增强。此外在射流管伺服阀的前置级射流管阀中，与接收孔相比，射流管的内径更小，当液压油中的污染颗粒较大时，射流管被堵塞的可能性远大于接收孔，此时无流量通过射流管，两接收孔无压力油输入，自然无压力油输出，射流管阀失效；由于射流管阀无输出，则主滑阀阀芯两端失去控制压差，则在液动力的推动下主滑阀阀芯回归零位。这就是通常所说的“失效——归零”功能。此功能的作用在于可避免出现液压控制系统的“满舵”现象(液压控制系统以双喷嘴挡板伺服阀为控制元件时，一旦发生堵塞，伺服阀单边输出流量，直至执行机构达到最大行程，俗称“满舵”)。鉴于上述优点，欧美发达国家迅速将射流管电液伺服阀用于军、民航空器的发动机燃油计量、舵面及起落架控制等；国内外相关单位也先后开发成功，并用于舰船、机床、冶金等行业。
此后国内外的相关研究单位、生产企业主要致力于扩大其使用场合、提高其性能的稳定性以跟上时代的需求。1983年Robert D.Nicholson采用电磁定位器代替传统的液控和电控定位器，实现精确控制(参考专利文献：Robert D.Nicholson.Electrohydraulicservovalve.US4378031[P],1983-3-29)。1987年Richard D.Bartholomew提出采用光学反馈系统来控制喷嘴位置，这种反馈方式比机械反馈更加精确(参考专利文献：RichardD.Bartholomew.Optical feedback loop system for a hydraulic servovalve,US4660589[P],1987-4-28)。飞行器上的液压系统时常工作于极端低温下，Kenneth E.Hart针对液压马达在低温环境下性能不稳定的情况，提出将射流管伺服阀的高温泄漏油液输送到液压马达，从而减少系统增温的成本(参考专利文献：Kenneth E.Hart.Hydraulicwarming system for use in low ambient temperature applications,US6397590[P],2002-6-4)。为了加强抗振性，2004年Muchlis Achmad取消了射流管伺服阀的绕性供油管，将射流口和接收口布置在同侧，通过偏导重锤的移动控制进入左右接收口的流量(参见专利文献：Muchlis Achmad.Methods and apparatus for splitting and directing apressurized fluid jet within a servovalve:US 20060216167A1,2006-9-28)。2016年，訚耀保等提出一种射流管阀喷嘴与接收孔对中检验方法，通过射流冲击点的轨迹来判定喷嘴和伺服阀的两个接收孔是否对中(参见专利文献：訚耀保,李长明,张阳.一种射流管伺服阀喷嘴与接收孔对中检验方法：CN 201610534415,2016-7-8)。
目前，射流管电液伺服阀在变温度场场合下使用时，出现了一系列性能不稳定现象，诸如：1)高温试验条件下小信号流量曲线局部增益激增现象，如图7所示；2)高温试验条件下小信号流量曲线全程锯齿状波动，且偶有突跳现象，如图8所示；3)高温试验条件下全信号测试温度零偏漂移超出国家标准GJB 3370-98规定，如图9所示。此外还有中、低压下分辨率差，滞环不合格，零漂合格而曲线歪歪扭扭，全信号曲线不平滑，回油压力零偏漂移超标等多种现象。尤其是每一次复测的结果均与上一次相差较大，即试验结果不具备可重复性等现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适应变温度场的射流管电液伺服阀。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，包括：
阀体，
射流管，设置在阀体上部并通过力矩马达驱动，
阀套，设置在阀体内，
阀芯，设置在阀套内，
端盖，设有两个，分居阀体两端，
反馈杆，连接射流管与阀芯，用于向力矩马达机械反馈阀芯的位置，
接收器，与射流管正对设置，头部端面设有两个射流接收孔，两个射流接收孔通过设置在阀套侧壁内的接收流道与阀芯两端的腔体连通；
所述的接收器的尾部呈定位销状，将阀体与阀套固结在一起。
力矩马达在施加控制电流后驱动射流管发生偏移，接收器的两个射流接收孔接收到的能量不再相同，形成的压力差推动阀芯移动，阀芯通过反馈杆拖动射流管反向移动，在力矩马达、射流管、反馈杆三者之间形成新的力平衡后阀芯稳定在某一工作位置。此时，阀芯的偏移量与控制电流成比例，实现了现输出流量的伺服控制。
通过将接收器的尾部设计呈定位销状，将阀体与阀套固结为一体，防止在高温环境中由于阀体比阀套受热膨胀变形量大而使阀套失去约束导致射流管伺服阀性能紊乱。
优选地，所述的接收器尾部呈圆柱形或圆锥形定位销状，其材质、热处理、表面粗糙度、形状、长度均满足定位销的要求。
优选地，所述的阀体和阀套上设有同轴的定位销孔，接收器的尾部通过穿设在阀体和阀套定位销孔中将阀体与阀套固结在一起；阀套上的定位销孔位于阀套上，并且该定位销孔的轴心位于阀套轴向长度的中点。
优选地，所述的接收器外沿周向设有一圈锁紧盘，锁紧盘上设有至少两个锁紧通孔(锁紧通孔大小符合与锁紧螺钉配合的要求)，阀体的定位销孔周围设有锁紧盘承载平台，锁紧盘承载平台上设有与锁紧通孔相匹配的螺纹孔，所述的锁紧通孔、螺纹孔与穿设于锁紧通孔和螺纹孔中的锁紧螺钉构成螺纹联接副。
通过增设锁紧螺钉，防止接收器在长期温度交替中由于阀体的膨胀收缩而“拔出”，确保阀体与阀套固结在一起。
优选地，所述的端盖与阀套端部之间设有锁紧环，所述的锁紧环通过外螺纹与阀体连接，锁紧环与阀套端部之间设有碟形簧片，锁紧环通过压缩碟形簧片将阀套夹紧。
优选地，装配时锁紧环对碟形簧片的压缩量大于射流管电液伺服阀在变温度场环境中工作时的阀体与阀套的伸长量之差。
进一步优选地，装配时锁紧环对碟形簧片的压缩量大于射流管电液伺服阀在高温服役温度下阀体与阀套的伸长量之差。
锁紧环通过压紧碟形簧片而将阀套夹紧，两侧端盖压紧锁紧环以防止后者松动。
锁紧环内侧加装碟形簧片，装配时碟形簧片的预压缩变形量大于射流管伺服阀在变温度场环境中(尤其是高温服役温度下)工作时的阀体与阀套伸长量之差，消除阀套的轴向自由活动空间，确保阀套与阀体不产生相对位移。同时，对称设置的蝶形簧片可以减弱锁紧环对接收座尾部形成的剪切作用，提高射流管伺服阀的可靠性，保证射流管电液伺服阀在变温度场内的性能稳定性。
优选地，阀体两端的碟形簧片数量相等且单侧不少于一片，特殊条件下可以不相等。
优选地，当阀体每端采用多个碟形簧片时，碟形簧片既可以顺序叠加，也可以对顶叠加；对顶的方式既可以小端面对顶，也可以大端面对顶。
优选地，所述的阀套两端的碟形簧片安装方式、叠加方式尽可能对称，特殊条件下可以不对称。
优选地，锁紧环朝向碟形簧片的一面设有定位环面，定位环面设计的较宽，装配后，所述的定位环面既可以与碟形簧片的小端面紧密贴合，也可以与碟形簧片的大端面紧密贴合。
与现有技术相比，本发明将传统接收器尾部设计成定位销状，从而将阀体与阀套固结为一体；增设锁紧螺钉，将接收器固定在阀体上；锁紧环内侧加装蝶形簧片。本发明具有以下优点：
(1)将接收器尾部设计成定位销状，使阀体与阀套固结为一体，防止在高温环境中由于阀体比阀套受热膨胀变形量大而使阀套失去约束，导致射流管伺服阀性能紊乱；
(2)增设锁紧螺钉，防止接收器在长期温度交替中由于阀体的膨胀收缩而“拔出”，确保阀体与阀套固结在一起；
(3)锁紧环内侧加装蝶形簧片，装配时蝶形簧片的预压缩变形量大于在变温度场环境中(尤其是高温服役温度下)工作时的阀体与阀套伸长量之差，消除阀套的轴向自由活动空间，确保阀套与阀体不产生相对位移，同时减弱锁紧环对接收座尾部形成的剪切作用。
附图说明
图1为本发明的适应变温度场的射流管电液伺服阀主视剖面示意图；
图2为现有射流管电液伺服阀的结构示意图；
图3为本发明的射流管电液伺服阀的接收器的示意图，其中，图3(a)为其主视剖面示意图；图3(b)为其侧视图；图3(c)为其俯视图；
图4为本发明的射流管电液伺服阀的阀体的局部示意图，其中，图4(a)为其主视剖面示意图；图4(b)为其侧视图；图4(c)为其俯视图；
图5为本发明的射流管电液伺服阀的锁紧环的示意图，其中，图5(a)为其主视示意图；图5(b)为其侧视剖面示意图；图5(c)为其后视示意图。
图6为本发明的射流管电液伺服阀的碟形簧片的示意图，其中，图6(a)为其主视示意图；图6(b)为其侧视剖面示意图；图6(c)为其后视示意图。
图7为现有射流管伺服阀高温小信号测试流量曲线之一；
图8为现有射流管伺服阀高温小信号测试流量曲线之二；
图9为现有射流管伺服阀高温全信号测试流量曲线；
图10为本发明的射流管伺服阀高温小信号测试流量曲线；
图11为本发明的射流管伺服阀高温全信号测试流量曲线。
图中，1为阀体，2为阀套，3为阀芯，4为端盖，5为碟形簧片，51为大端面，52为小端面，6为锁紧环，61为定位环面，7为锁紧螺钉，8为力矩马达，9为导油管，10为射流管，11为接收器，111为尾部，112为头部，1121为射流接收孔，113为锁紧盘，1131为锁紧通孔，12为反馈杆，13为阀套内孔密封圈，14为阀套外槽密封圈，15为阀体的定位销孔，16为螺纹孔，17为锁紧盘承载平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
图2展示的是一种现有射流管电液伺服阀的结构示意图，端盖与阀套之间设置有锁紧环，而且接收器坐落于阀座上。该射流管电液伺服阀在变温度场场合下使用时，出现了一系列性能不稳定现象，诸如：高温试验条件下(供油压力为5MPa，回油压力为1MPa，温度为100℃)，1、小信号(控制信号为负60mA至0mA)流量曲线局部增益激增现象，如图7所示；2、小信号(控制信号为负60mA至0mA)流量曲线全程锯齿状波动，且偶有突跳现象，如图8所示；3、全信号(控制信号为负300mA至300mA)测试温度零偏漂移4.63％，超出国家标准GJB 3370-98规定，如图9所示。此外还有中、低压下分辨率差，滞环不合格，零漂合格而曲线歪歪扭扭，全信号曲线不平滑，回油压力零偏漂移超标等多种现象。尤其是每一次复测的结果均与上一次相差较大，即试验结果不具备可重复性等现象。
这是由于温度升高后阀体1与阀套2的轴向膨胀量不同，两者之差抵消了锁紧环6的预压缩量，造成阀套2失去了定位而在一定空间内自由随机运动；而坐落在阀套2上的接受器11随之失去了对射流管10的相对位置，使得射流前置级功能紊乱，进而使整阀性能紊乱。
因此本发明的适应变温度场的射流管电液伺服阀，如图1所示，包括阀体1、射流管10、阀套2、阀芯3、端盖4、反馈杆12及接收器11：其中，射流管10设置在阀体1上部并通过力矩马达8驱动，力矩马达8设有衔铁组件，射流管10与导油管9连接，并且射流管10末端镶有射流喷嘴；阀套2设置在阀体1内；阀芯3设置在阀套2内；端盖4设有两个，分居阀体1两端；反馈杆12连接阀芯3和射流管10，用于向力矩马达8机械反馈阀芯3的位置；接收器11与射流管10正对设置，头部112端面设有两个射流接收孔1121，两个射流接收孔1121通过设置在阀套2侧壁内的接收流道与阀芯3两端的腔体连通，射流喷嘴与接收器11构成射流管伺服阀的前置级，控制滑阀的运动，接收器11的尾部111呈定位销状，将阀体1与阀套2固结在一起。
力矩马达8在施加控制电流后驱动射流管10发生偏移，接收器11的两个射流接收孔1121的能量不再相同，形成的压力差推动阀芯3移动，阀芯3通过反馈杆12拖动射流管10反向移动，在力矩马达8、射流管10、反馈杆12三者之间形成新的力平衡后阀芯3稳定在某一工作位置。此时，阀芯3的偏移量与控制电流成比例，实现了现输出流量的伺服控制。
具体地，如图1、3和4所示，接收器11外沿周向设有一圈锁紧盘113，锁紧盘113上设有至少两个锁紧通孔1131(本实施例设有四个锁紧通孔，均匀分布，实际中不限制于四个，只要不少于两个即可)，阀体1的定位销孔15周围设有锁紧盘承载平台17，锁紧盘承载平台17上设有与锁紧通孔1131相匹配的螺纹孔16，锁紧通孔1131、螺纹孔16与穿设于锁紧通孔1131和螺纹孔16中的锁紧螺钉7构成螺纹联接副。阀体1和阀套2上设有同轴的定位销孔，接收器11的尾部111通过穿设在阀体1和阀套2定位销孔中将阀体1与阀套2固结在一起；阀套2上的定位销孔位于阀套2上，并且该定位销孔的轴心位于阀套2轴向长度的中点。
如图5和6所示，端盖4与阀套2端部之间设有锁紧环6，锁紧环6通过外螺纹与阀体1连接，锁紧环6与阀套2端部之间设有碟形簧片5，锁紧环6通过压缩碟形簧片5将阀套2夹紧，端盖4压紧锁紧环6防止锁紧环6松动。装配时锁紧环6对碟形簧片5的压缩量大于射流管电液伺服阀工作时的阀体1与阀套2的伸长量之差。一般来说，阀体1两端都设置碟形簧片5，阀体1每端的碟形簧片5不少于一片，可以是多片(本实施例中碟形簧片5每端分别设置一个，实际中不必局限于此)，阀体1两端的碟形簧片5一般情况下尽量数量相等，特殊情况下也可以数量不同。采用多个碟形簧片5时，碟形簧片5的安装方式不唯一，既可以顺序叠加，也可以对顶叠加；对顶的方式既可以小端面52对顶，也可以大端面51对顶。两端的碟形簧片5安装方式、叠加方式尽可能对称，特殊条件下可以不对称。锁紧环6朝向碟形簧片5的一面设有定位环面61，该定位环面6较大，装配后，定位环面61既可以与碟形簧片5的小端面52紧密贴合，也可以与碟形簧片5的大端面51紧密贴合。本实施例中，阀套2与阀体1之间还设有阀套外槽密封圈14，端盖4的一部分插入阀套2内，阀套2与端盖4插入其内的一部分之间设有阀套内孔密封圈13。
综上所述，首先，呈定位销状的接收器11的尾部111插入阀体1和阀套2上相应的定位销孔，将阀体1和阀套2固结为一体，其作用在于防止在高温环境中由于阀体1比阀套2受热膨胀变形量大而使阀套2失去约束，进而导致射流管伺服阀性能紊乱；然后将锁紧螺钉7穿过锁紧盘113上的锁紧通孔1131，拧入阀体1上的螺纹孔16，其作用在于防止接收器11在长期温度交替中由于阀体1的膨胀收缩而“拔出”，确保阀体1与阀套2固结在一起。此外在锁紧环6内侧加装碟形簧片5，装配时蝶形簧片5的预压缩变形量大于射流管伺服阀在变温度场环境中(尤其是高温服役温度下)工作时阀体1与阀套2的轴向伸长量之差，消除阀套2的轴向自由活动空间，确保阀套2与阀体1不产生相对位移，同时，对称设置的蝶形簧片5减弱锁紧环6对接收器11的尾部111形成的剪切作用，以提高射流管伺服阀的可靠性，保证射流管电液伺服阀在变温度场内的性能稳定性。
图10为本实施例的射流管伺服阀高温小信号流量曲线。本实施例中，供油压力为5MPa，回油压力为1MPa，温度为100℃，控制信号为负60mA至0mA，其零偏漂移电流为3.93mA，为额定电流300mA的1.31％，符合国家标准的要求。
图11为本实施例的射流管伺服阀高温全信号流量曲线。本实施例中，供油压力为5MPa，回油压力为1MPa，温度为100℃，控制信号为负300mA至300mA，其零偏漂移电流为6.5mA，为额定电流300mA的2.09％，符合国家标准的要求。
由此可知，本发明的射流管伺服阀可消除现有结构的诸多性能不稳定现象以及性能不可重复等问题，而提高射流管电液伺服阀在大变温度场内的性能稳定性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，包括：
阀体(1)，
射流管(10)，设置在阀体(1)上部并通过力矩马达(8)驱动，
阀套(2)，设置在阀体(1)内，
阀芯(3)，设置在阀套(2)内，
端盖(4)，设有两个，分居阀体(1)两端，
反馈杆(12)，连接射流管(10)与阀芯(3)，用于向力矩马达(8)机械反馈阀芯(3)的位置，
接收器(11)，与射流管(10)正对设置，头部(112)端面设有两个射流接收孔(1121)，两个射流接收孔(1121)通过设置在阀套(2)侧壁内的接收流道与阀芯(3)两端的腔体连通；
其特征在于，所述的接收器(11)的尾部(111)呈定位销状，将阀体(1)与阀套(2)固结在一起。
2.根据权利要求1所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，所述的阀体(1)和阀套(2)上设有同轴的定位销孔，接收器(11)的尾部(111)通过穿设在阀体(1)和阀套(2)定位销孔中将阀体(1)与阀套(2)固结在一起；阀套(2)上的定位销孔位于阀套(2)上，并且该定位销孔的轴心位于阀套(2)轴向长度的中点。
3.根据权利要求2所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，所述的接收器(11)外沿周向设有一圈锁紧盘(113)，锁紧盘(113)上设有至少两个锁紧通孔(1131)，阀体(1)的定位销孔(15)周围设有锁紧盘承载平台(17)，锁紧盘承载平台(17)上设有与锁紧通孔(1131)相匹配的螺纹孔(16)，所述的锁紧通孔(1131)、螺纹孔(16)与穿设于锁紧通孔(1131)和螺纹孔(16)中的锁紧螺钉(7)构成螺纹联接副。
4.根据权利要求1所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，所述的端盖(4)与阀套(2)端部之间设有锁紧环(6)，所述的锁紧环(6)通过外螺纹与阀体(1)连接，锁紧环(6)与阀套(2)之间设有碟形簧片(5)，锁紧环(6)通过压缩碟形簧片(5)将阀套(2)夹紧。
5.根据权利要求4所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，装配时锁紧环(6)对碟形簧片(5)的压缩量大于射流管电液伺服阀在变温度场环境中工作时的阀体(1)与阀套(2)的伸长量之差。
6.根据权利要求5所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，装配时锁紧环(6)对碟形簧片(5)的压缩量大于射流管电液伺服阀在高温服役温度下阀体(1)与阀套(2)的伸长量之差。
7.根据权利要求4所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，阀体(1)两端的碟形簧片(5)数量相等，且不少于一片。
8.根据权利要求4所述的一种适应变温度场的射流管电液伺服阀，其特征在于，锁紧环(6)朝向碟形簧片(5)的一面设有定位环面(61)，装配后，所述的定位环面(61)与碟形簧片(5)的小端面(52)紧密贴合或与碟形簧片(5)的大端面(51)紧密贴合。
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