CN109882618A - 压电驱动式转阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电驱动式转阀。包括阀体组件、阀套组件、阀芯组件和压电驱动组件，阀套组件安装于阀体组件中心的圆柱孔内，阀芯组件嵌套安装于阀套组件的圆柱孔内，压电驱动组件安装于阀套组件的上端面，并与阀芯组件上端嵌套联接；压电驱动组件包括偏心销轴和两组压电旋转驱动组。本发明提高了转阀的动静态性能，具有工作压力高、通流能力大、控制精度高、响应快、抗污染能力强和高可靠性等优点，可极大地拓宽单级阀与转阀的应用范围，应用广泛。

Description

压电驱动式转阀

技术领域

本发明涉及液压传动控制领域的一种方向、流量控制阀，尤其涉及了一种压电驱动式转阀。

背景技术

随着经济社会的发展，现代机械设备正朝着大型化与智能化方向发展，液压传动控制技术应用日益增多。然而，传统的液压控制阀一般采用电磁式电磁铁、力马达或力矩马达驱动阀芯沿其轴向方向进行直线移动，实现对压力、流量的控制，由于电磁驱动装置具有驱动力或力矩小、响应速度慢等特点，因此电磁驱动式控制阀尤其是单级阀具有通流能力差、频响低和抗污染能力差等缺点，从而大大降低了其整机设备的稳定性和可靠性。

发明内容

为了克服电磁驱动式控制阀尤其是单级阀具有的通流能力差、频响低和抗污染能力差等缺点，满足现代机械装备对液压控制阀的高压大流量、高精度、高频响和高可靠性等要求，本发明提供了一种压电驱动式转阀。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明包括阀体组件、阀套组件、阀芯组件和压电驱动组件，阀套组件安装于阀体组件中心的圆柱孔内，阀芯组件嵌套安装于阀套组件的圆柱孔内，压电驱动组件安装于阀套组件的上端面，并与阀芯组件上端嵌套联接。

所述的阀体组件包括阀体、下端盖和上端盖，阀体内部中空形成安装圆柱腔，下端盖安装于阀体下端面，上端盖安装于阀体上端面；阀体外壁开设有四个阀孔，分别作为阀口A、阀口P、阀口B和阀口T。

所述的阀套组件包括阀套和弹簧座，阀套固定套装于阀体的安装圆柱腔中，阀套沿轴向依次开设有五个通口，从上到下分别为第一回油口、工作油口A、高压油口P、工作油口B和第二回油口，阀体的阀口T经阀体内部通道和第一回油口、第二回油口连接相通，阀体的阀口P经阀体内部通道和高压油口P连接相通，阀体的阀口A经阀体内部通道和工作油口A连接相通，阀体的阀口B经阀体内部通道和工作油口B连接相通；弹簧座同轴地安装于阀套上端面并被上端盖轴向限位固定，弹簧座用于支撑阀芯组件的第一挡盖、第二挡盖和弹簧。

所述的阀芯组件包括阀芯、弹簧、第一挡盖和第二挡盖，阀芯活动套装于阀套，阀芯顶端向上依次贯穿过阀套、弹簧座、上端盖后和压电驱动组件连接，阀芯顶端伸出在弹簧座和上端盖之间的轴段外套装有第一挡盖、第二挡盖和弹簧，弹簧两端分别连接第一挡盖和第二挡盖；在第一挡盖和第二挡盖之间的上端盖内部形成弹簧腔，弹簧腔经上端盖和阀体内部的通道和阀口P连通。

所述的压电驱动组件包括偏心销轴和两组压电旋转驱动组，偏心销轴套装在阀芯顶端，阀芯顶端为方形轴，偏心销轴开设偏心的方形孔，阀芯的方形轴套装于方形孔中，两组压电旋转驱动组结构相同并对称布置在偏心销轴的两侧；一组压电旋转驱动组包括第一支撑架、第一压电促动器、第一轴套、第一鱼眼接头和第一销轴，第一支撑架靠近偏心销轴的内端固定于上端盖上，第一销轴安装于第一支撑架远离偏心销轴的外端边缘处，第一压电促动器内端通过第一轴套与偏心销轴铰接，第一压电促动器外端通过第一鱼眼接头与第一销轴铰接；另一组压电旋转驱动组包括第二支撑架、第二压电促动器、第二轴套、第二鱼眼接头和第二销轴；第二支撑架靠近偏心销轴的内端固定于上端盖上，第二销轴安装于第二支撑架远离偏心销轴的外端边缘处，第二压电促动器内端通过第二轴套与偏心销轴铰接，第二压电促动器外端通过第二鱼眼接头与第二销轴铰接。

所述的第一压电促动器内端和第一轴套的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一轴套的另一端套装于偏心销轴外，第一轴套的另一端和偏心销轴之间圆弧表面连接而形成铰接；第一压电促动器外端和第一鱼眼接头一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一鱼眼接头另一端套装于第一销轴上，第一鱼眼接头的另一端和第一销轴之间圆弧表面连接而形成铰接。

第二压电促动器内端和第二轴套的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二轴套的另一端套装于偏心销轴外，第二轴套的另一端和偏心销轴之间圆弧表面连接而形成铰接；第二压电促动器外端和第二鱼眼接头一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二鱼眼接头另一端套装于第二销轴上，第二鱼眼接头的另一端和第二销轴之间圆弧表面连接而形成铰接。

所述的偏心销轴的方形孔中心与外圆柱表面的中心轴线相距偏心距e，使第一压电促动器、第一轴套、偏心销轴、阀芯、阀套、第一鱼眼接头、第一销轴和第一支撑架构成曲柄连杆机构，第一压电促动器伸长推动偏心销轴绕阀芯方形轴中心旋转进而带动阀芯绕第一方向转动；使第二压电促动器、第二轴套、偏心销轴、阀芯、阀套、第二鱼眼接头、第二销轴和第二支撑架构成曲柄连杆机构，第二压电促动器伸长推动偏心销轴绕阀芯方形轴中心旋转进而带动阀芯绕第二方向转动。

所述的第一方向和第二方向均为顺时针或者逆时针中的其中一个，但第一方向和第二方向方向相反。

两个压电旋转驱动组中的第一轴套和第二轴套套装于偏心销轴上的位置相互错开，使得第一轴套相对于偏心销轴的旋转和第二轴套相对于偏心销轴的旋转不干涉。

所述的阀芯底部外壁设有第一螺旋槽和第二螺旋槽，第一螺旋槽和第二螺旋槽均为非贯通侧壁的凹槽，阀芯底端面开设有轴向布置的第一油道和第二油道；第一螺旋槽经阀芯内部的通道和第一油道连接相通，第二螺旋槽经阀芯内部的通道和第二油道连接相通；第一油道在处于阀芯底端的一端通过堵头封闭，第一油道另一端连通到阀芯三个环形凹槽中最靠近底端的环形凹槽；第二油道在处于阀芯底端的一端通过堵头封闭，第二油道在连通到阀芯三个环形凹槽中处于中间的环形凹槽；且阀芯中部开设三个环形凹槽，三个环形凹槽之间形成两个外凸缘，两个外凸缘的外周面分别形成用于和阀套上各个油口配合的第一台阶和第二台阶，第一台阶和第二台阶之间的周期间距和阀套的每两个相邻油口之间的周期间距相同；所述的阀套底部侧壁开设有第三螺旋槽，第三螺旋槽为贯通侧壁的通槽，第三螺旋槽与底部敏感腔连通，阀套在靠近底端的侧壁边缘开设有径向油孔，径向油孔为贯通侧壁的通孔；阀芯底端和下端盖之间的安装圆柱腔作为敏感腔。

所述的第一螺旋槽、第二螺旋槽和第三螺旋槽的旋向、螺距、槽宽相同，第一螺旋槽和第二螺旋槽之间的周期间距为第三螺旋槽的螺距的一半；任何情况下，第一螺旋槽和第二螺旋槽仅其中之一和第三螺旋槽连通，即第一螺旋槽和第二螺旋槽不同时和第三螺旋槽连通。

所述的阀芯的第一台阶上侧棱边和工作油口A之间形成主阀口PA，阀芯的第一台阶下侧棱边和工作油口A之间形成主阀口AT，阀芯的第二台阶下侧棱边和工作油口B之间形成主阀口PB，阀芯的第二台阶上侧棱边和工作油口B之间形成主阀口BT；在弹簧腔高压油和敏感腔压力油的液压力及弹簧力的作用下沿其轴线方向移动，实现阀芯与阀套之间的主阀口PA、主阀口PB、主阀口AT和主阀口BT的打开和大小控制。

本发明采用压电陶瓷与曲柄连杆机构驱动阀芯往复转动，并利用阀芯与阀套上的双螺旋槽构成的液压控制桥路控制敏感腔的压力，进而驱动阀芯沿其轴向方向往复移动，将小角度的旋转运动转化为大行程的直线运动，控制主阀口的大小，从而实现对液压回路压力与流量的方向与大小的控制。由于压电驱动装置具有输出力大、控制精度高和响应快等特性，可有效抵抗液动力、摩擦力和卡紧力等干扰因素对阀芯的影响，因此可大幅度地提高液压控制阀尤其是单级阀的通流能力与可靠性，使其具有结构简单、工作压力高、通流能力大、控制精度高、响应快、抗污染能力强和高可靠性等优点，可极大地拓宽单级阀与转阀的应用范围，广泛应用于汽车、海洋船舶、航空航天和冶金等领域，提高高压大流量液压系统尤其是比例伺服系统的控制特性与现代智能装备的智能化与可靠性水平。

本发明的所述压电驱动式转阀适用于高压大流量液压系统的压力与流量方向和大小的调节，从而实现现代智能装备输出力、位移和速度(或力矩、角位移和角速度)的控制。

本发明的有益效果在于：

本发明采用压电驱动装置通过曲柄连杆机构带动阀芯往复转动，并利用阀芯和阀套上的双螺旋槽构成的液压控制桥路进行力和位移的放大，从而控制主阀口的大小，可有效抵抗液动力、摩擦力和卡紧力等干扰因素对阀芯的影响，提高液压控制阀尤其是单级阀的通流能力与可靠性，使其具有结构简单、工作压力高、通流能力大、控制精度高、响应快、抗污染能力强和高可靠性等优点，可极大地拓宽单级阀与转阀的应用范围。

本发明尤其能解决汽车、海洋船舶、航空航天和冶金等大型、重型装备领域，提高高压、大流量液压系统尤其是比例伺服系统的控制精度与频响等动静态控制特性，降低维护成本，提升现代智能装备的智能化与可靠性水平。

附图说明

图1为本发明的整体外形示意图。

图2为本发明的主要部件爆炸图。

图3为本发明的整体主剖视示意图。

图4为本发明的整体A-A截面剖视示意图。

图5(a)为本发明的压电驱动组件B-B截面剖视图。

图5(b)为图5(a)的局部放大示意图。

图6为本发明的阀芯结构示意图。

图6(a)为本发明的阀芯剖视图。

图6(b)为本发明的阀芯侧视图。

图6(c)为本发明的阀芯底端面示意图。

图7为本发明的阀套剖视示意图。

图7(a)为本发明的阀套剖视图。

图7(b)为本发明的阀套侧视图。

图7(c)为本发明的阀套底端面示意图。

图8为本发明的阀芯阀套不同工作状态示意图。

图8(a1)为本发明关闭阀门状态的剖视图。

图8(a2)为本发明关闭阀门状态的阀套外部侧视图。

图8(b1)为本发明PA相通、BT相通状态的剖视图。

图8(b2)为本发明PA相通、BT相通状态的阀套外部侧视图。

图8(c1)为本发明PB相通、AT相通状态的剖视图。

图8(c2)为本发明PB相通、AT相通状态的阀套外部侧视图。

图9为本发明的曲柄连杆机构运动简图。

图10为本发明的液压控制桥路示意图。

附图中：1、压电驱动组件；2、阀体组件；3、阀芯组件；4、阀套组件；5、第一销轴；6、第一鱼眼接头；7、第一支撑架；8、第一压电促动器；9、第一轴套；10、偏心销轴；11、第二轴套；12、第二支撑架；13、第二压电促动器；14、第二鱼眼接头；15、第二销轴；16、弹簧座；17、阀芯；18、阀套；19、阀体；20、下端盖；21、第一挡盖；22、上端盖；23、弹簧；24、第二挡盖；25、第一螺旋槽；26、第二螺旋槽；27、第一油道；28、第二油道；29、第一台阶；30、第二台阶；31、径向油孔；32、第三螺旋槽；33、第一回油口；34、工作油口A；35、高压油口P；36、工作油口B；37、第二回油口；38、控制阀口PC；39、主阀口PA；40、主阀口BT；41、控制阀口CT；42、主阀口AT；43、主阀口PB；44、弹簧腔；45、敏感腔；46、阀口T；47、阀口A；48、阀口P；49、阀口B。

具体实施方式

下面结合附图1～8对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明具体实施包括阀体组件2、阀套组件4、阀芯组件3和压电驱动组件1，阀套组件4安装于阀体组件2中心的圆柱孔内，阀芯组件3嵌套安装于阀套组件4的圆柱孔内，压电驱动组件1安装于阀套组件4的上端面，并与阀芯组件3上端嵌套联接。经装配后，本发明压电驱动式转阀的整体外形示意图如图2所示。

如图3和图4所示，阀体组件2包括阀体19、下端盖20和上端盖22，阀体19内部中空形成安装圆柱腔，下端盖20安装于阀体19下端面，上端盖22安装于阀体19上端面，用于密封与支撑其它零部件；阀体19外壁开设有四个阀孔，分别作为阀口A47、阀口P48、阀口B49和阀口T46；

阀套组件4包括阀套18和弹簧座16，阀套18固定套装于阀体19的安装圆柱腔中，阀套18外壁和阀体19内壁之间均通过密封圈密封接触连接，阀套18沿轴向依次开设有五个通口，从上到下分别为第一回油口33、工作油口A34、高压油口P35、工作油口B36和第二回油口37，阀体19安装圆柱腔内周柱面开设有五个环形槽，五个环形槽分别对应和阀套18的五个通口相通；阀体19的阀口T46经阀体19内部通道、环形槽和第一回油口33、第二回油口37连接相通，阀体19的阀口P48经阀体19内部通道、环形槽和高压油口P35连接相通，阀体19的阀口A47经阀体19内部通道、环形槽和工作油口A34连接相通，阀体19的阀口B49经阀体19内部通道、环形槽和工作油口B36连接相通；弹簧座16同轴地安装于阀套18上端面并被上端盖22轴向限位固定，弹簧座16相对阀套18固定不动，弹簧座16用于支撑阀芯组件3的第一挡盖21、第二挡盖24和弹簧23，弹簧座16分别和阀体19、上端盖22之间均通过密封圈密封接触连接。

阀芯组件3包括阀芯17、弹簧23、第一挡盖21和第二挡盖24，阀芯17活动套装于阀套18，阀芯17和阀套18之间具有间隙使得阀芯17相对于阀套18轴向运动和旋转，阀芯17顶端向上依次贯穿过阀套18、弹簧座16、上端盖22后和压电驱动组件1的偏心销轴10连接，阀芯17与阀套18、弹簧座16的内孔均间隙配合，阀芯17顶端伸出在弹簧座16和上端盖22之间的轴段外套装有第一挡盖21、第二挡盖24和弹簧23，弹簧23两端分别连接第一挡盖21和第二挡盖24，第一挡盖21和第二挡盖24分别安装于弹簧23两端，具体实施中第一挡盖21位于弹簧23下侧并连接到弹簧座16上，第二挡盖24位于弹簧23上侧并连接到上端盖22上；在第一挡盖21和第二挡盖24之间的上端盖22内部形成弹簧腔44，弹簧腔44经上端盖22和阀体19内部的通道和阀口P48连通；

如图5所示，压电驱动组件1包括偏心销轴10和两组压电旋转驱动组，偏心销轴10套装在阀芯17顶端，阀芯17顶端为方形轴，偏心销轴10开设偏心的方形孔，阀芯17的方形轴套装于方形孔中，使得偏心销轴10套装在阀芯17上作为类似凸轮结构，两组压电旋转驱动组结构相同并对称布置在偏心销轴10的两侧；一组压电旋转驱动组包括第一支撑架7、第一压电促动器8、第一轴套9、第一鱼眼接头6和第一销轴5，第一支撑架7靠近偏心销轴10的内端固定于上端盖22上，第一销轴5安装于第一支撑架7远离偏心销轴10的外端边缘处，第一销轴5平行于阀芯17，第一压电促动器8内端通过第一轴套9与偏心销轴10铰接，第一压电促动器8外端通过第一鱼眼接头6与第一销轴5铰接，第一压电促动器8伸长推动偏心销轴10绕阀芯17方形轴中心旋转进而带动阀芯17绕第一方向转动；另一组压电旋转驱动组包括第二支撑架12、第二压电促动器13、第二轴套11、第二鱼眼接头14和第二销轴15；第二支撑架12靠近偏心销轴10的内端固定于上端盖22上，第二销轴15安装于第二支撑架12远离偏心销轴10的外端边缘处，第二销轴15平行于阀芯17，第二压电促动器13内端通过第二轴套11与偏心销轴10铰接，第二压电促动器13外端通过第二鱼眼接头14与第二销轴15铰接，第二压电促动器13伸长推动偏心销轴10绕阀芯17方形轴中心旋转进而带动阀芯17绕第二方向转动。

第一压电促动器8内端和第一轴套9的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一轴套9的另一端套装于偏心销轴10外，第一轴套9的另一端和偏心销轴10之间圆弧表面连接而形成铰接；第一压电促动器8外端和第一鱼眼接头6一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一鱼眼接头6另一端套装于第一销轴5上，第一鱼眼接头6的另一端和第一销轴5之间圆弧表面连接而形成铰接。

第二压电促动器13内端和第二轴套11的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二轴套11的另一端套装于偏心销轴10外，第二轴套11的另一端和偏心销轴10之间圆弧表面连接而形成铰接；第二压电促动器13外端和第二鱼眼接头14一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二鱼眼接头14另一端套装于第二销轴15上，第二鱼眼接头14的另一端和第二销轴15之间圆弧表面连接而形成铰接。

偏心销轴10的方形孔中心与外圆柱表面的中心轴线相距偏心距e，使第一压电促动器8、第一轴套9、偏心销轴10、阀芯17、阀套18、第一鱼眼接头6、第一销轴5和第一支撑架7构成曲柄连杆机构，第一压电促动器8伸长推动偏心销轴10绕阀芯17方形轴中心旋转进而带动阀芯17绕第一方向转动；使第二压电促动器13、第二轴套11、偏心销轴10、阀芯17、阀套18、第二鱼眼接头14、第二销轴15和第二支撑架12构成曲柄连杆机构，第二压电促动器13伸长推动偏心销轴10绕阀芯17方形轴中心旋转进而带动阀芯17绕第二方向转动。

曲柄连杆机构运动简图如图9所示，其自由度为F＝3n-2P_L+P_H＝3×5-2×7＝1，其中F为机构的自由度数目，n为机构的活动构件书目，P_L为机构的低副数目，P_H为机构的高副数目。

第一压电促动器8和第二压电促动器13均采用压电陶瓷工作。

第一方向和第二方向均为顺时针或者逆时针中的其中一个，但第一方向和第二方向方向相反。

两个压电旋转驱动组中的第一轴套9和第二轴套11套装于偏心销轴10上的位置相互错开，使得第一轴套9相对于偏心销轴10的旋转和第二轴套11相对于偏心销轴10的旋转不干涉。具体实施中，可在第一轴套9中间开设槽，第二轴套11位于槽内。

如图6所示，阀芯17底部外壁设有第一螺旋槽25和第二螺旋槽26，第一螺旋槽25和第二螺旋槽26均为非贯通侧壁的凹槽，阀芯17底端面开设有轴向布置的第一油道27和第二油道28；第一螺旋槽25经阀芯17内部的通道和第一油道27连接相通，第二螺旋槽26经阀芯17内部的通道和第二油道28连接相通；第一油道27在处于阀芯17底端的一端通过堵头封闭，第一油道27另一端连通到阀芯17三个环形凹槽中最靠近底端的环形凹槽，具体实施中可开设两个第一油道27，如图6(c)所示；第二油道28在处于阀芯17底端的一端通过堵头封闭，第二油道28在连通到阀芯17三个环形凹槽中处于中间的环形凹槽；且阀芯17中部开设三个环形凹槽，每相邻两个环形凹槽之间形成一个外凸缘，三个环形凹槽之间形成两个外凸缘，两个外凸缘的外周面分别形成用于和阀套18上各个油口配合的第一台阶29和第二台阶30，第一台阶29和第二台阶30之间的周期间距和阀套18的每两个相邻油口之间的周期间距相同；

如图7所示，阀套18底部侧壁开设有第三螺旋槽32，第三螺旋槽32为贯通侧壁的通槽，第三螺旋槽32与底部敏感腔45连通，阀套18在靠近底端的侧壁边缘开设有径向油孔31，径向油孔31为贯通侧壁的通孔；阀芯17底端和下端盖20之间的安装圆柱腔作为敏感腔45。

第一螺旋槽25、第二螺旋槽26交替布置形成双螺旋结构。第一螺旋槽25、第二螺旋槽26和第三螺旋槽32的旋向、螺距、槽宽相同，第一螺旋槽25和第二螺旋槽26之间的周期间距为第三螺旋槽32的螺距的一半，第一螺旋槽25和第二螺旋槽26紧邻间距为第三螺旋槽32槽宽相同；任何情况下，第一螺旋槽25和第二螺旋槽26仅其中之一和第三螺旋槽32连通，即第一螺旋槽25和第二螺旋槽26不同时和第三螺旋槽32连通。

阀芯17的第一台阶29上侧棱边和工作油口A34之间形成主阀口PA39，阀芯17的第一台阶29下侧棱边和工作油口A34之间形成主阀口AT42，阀芯17的第二台阶30下侧棱边和工作油口B36之间形成主阀口PB43，阀芯17的第二台阶30上侧棱边和工作油口B36之间形成主阀口BT40；在弹簧腔44高压油和敏感腔45压力油的液压力及弹簧力的作用下沿其轴线方向移动，实现阀芯17与阀套18之间的主阀口PA39、主阀口PB43、主阀口AT42和主阀口BT40的打开和大小控制，如图8所示。

在压电驱动式转阀关闭的初始状态下，第一台阶29和第二台阶30分别位于工作油口A34和工作油口B36处并封堵，第一螺旋槽25和第二螺旋槽26位置均和第三螺旋槽32位置不径向重叠，即第一螺旋槽25和第二螺旋槽26均不与第三螺旋槽32连通。

工作时分别与阀芯17的第一螺旋槽25与第三螺旋槽32相通形成控制阀口CT41，第二螺旋槽26与第三螺旋槽32相通形成控制阀口PC38，构成液压控制桥路(如图10所示)，控制阀芯17大端的敏感腔45的压力，进而实现阀芯17与阀套18相对位移的调节。

第二油道28将高压油引入第二螺旋槽26，会经阀套18的第三螺旋槽32流入阀芯17大端的敏感腔45；第一油道27通过第一螺旋槽25和阀套18的第三螺旋槽32连通，会将阀芯17大端的敏感腔45与第一回油口33连通。

具体实施中，可将第一方向的旋向和第一螺旋槽(25)的旋向相同或者相反，则第二方向的旋向和第一螺旋槽(25)的旋向相反或者相同。

本发明具体实施工作过程是：

1、关闭阀门状态

当第一压电促动器8和第二压电促动器13均未得电或加载电压极性与大小相同时，处于初始状态下。压电驱动组件1、阀芯组件3和阀套组件4均处于零位。

对于压电驱动组件1，第一压电促动器8、第二压电促动器13、偏心销轴10、阀芯17和阀套18等组成的曲柄连杆机构处于中间零位状态，设此时阀芯17所处转角θ＝0。

第一螺旋槽25和第二螺旋槽26均不与第三螺旋槽32连通，此时流入阀体19阀口P48的高压油不连通到敏感腔45。

对于阀芯组件3和阀套组件4，阀芯17在弹簧腔44高压油和大端的敏感腔45压力油的液压力及弹簧力的作用下处于平衡状态，阀芯17与阀套18间主阀口PA39、主阀口PB43、主阀口AT42和主阀口BT40均处于关闭状态，如图8a所示。

2、PA相通，BT相通状态

当第一压电促动器8的加载电压向正方向增大而第二压电促动器13的加载电压向负方向减小时，即第一压电促动器8伸长而第二压电促动器13缩短，第一压电促动器8、第二压电促动器13、偏心销轴10、阀芯17和阀套18等组成的曲柄连杆机构将驱动阀芯17向第一方向转动，此时阀芯17所处转角θ＞0，且转角θ很小，转角θ与第一压电促动器8和第二压电促动器13加载电压的差值成正比。

由于转角θ，带动阀芯17绕第一方向转动，使得第一螺旋槽25和第三螺旋槽32连通。对于阀芯组件3和阀套组件4，阀芯17上的第二螺旋槽26与阀套18上的第三螺旋槽32形成的控制阀口PC38不连通关闭，而阀芯17上的第一螺旋槽25与阀套18上的第三螺旋槽32形成的控制阀口CT41连通打开。且转角θ越大，控制阀口CT41越大。

高压油从阀体19的阀口P48流入，并进入到阀套18的高压油口P35，高压油口P35经第二油道28进入第二螺旋槽26，由于第二螺旋槽26不和第三螺旋槽32连通，因此高压油不进入敏感腔45。由于弹簧腔44始终通入高压油，因此带动阀芯17沿轴向向敏感腔45靠近移动。

在该液压控制桥路的作用下，敏感腔45的压力油通过第三螺旋槽32进入第一螺旋槽25，由第一螺旋槽25进入第一油道27，由第一油道27进入阀芯17最靠近底端的环形凹槽中，从第一回油口流至回油口T46，最后从阀口T46回油流出。阀芯17大端敏感腔45的压力小，弹簧腔44的压力大，推动阀芯17相对阀套18沿轴向向敏感腔45靠近移动，并同事不断使控制阀口CT41减小，直至弹簧腔44高压油和敏感腔45压力油的液压力及弹簧力相平衡使阀芯17相对阀套18静止。

此时由于阀芯17相对阀套18沿轴线方向已产生了位移，阀芯17与阀套18间的主阀口PB43和主阀口AT42处于关闭状态，而主阀口PA39和主阀口BT40处于开口状态，使得工作油口A34和高压油口P35连通，工作油口B36和第二回油口37连通，即呈现“阀口A47和阀口P48连通，阀口B49和阀口T46连通”的工作状态。且开口量大小与转角θ成正比，从而控制主油路液压油的流动方向和流量大小，如图8(c1)和图8(c2)所示。

3、PB相通，AT相通状态

当第一压电促动器8的加载电压向负方向减小而第二压电促动器13的加载电压向正方向增大时，即第一压电促动器8缩短而第二压电促动器13伸长，第一压电促动器8、第二压电促动器13、偏心销轴10、阀芯17和阀套18等组成的曲柄连杆机构将驱动阀芯17向第二方向转动，此时阀芯17所处转角θ＞0，且转角θ很小，转角θ与第二压电促动器13和第一压电促动器8加载电压的差值成正比。

由于转角θ，带动阀芯17绕第二方向转动，使得第二螺旋槽26和第三螺旋槽32连通。对于阀芯组件3和阀套组件4，阀芯17上的第二螺旋槽26与阀套18上的第三螺旋槽32形成的控制阀口PC38连通打开，而阀芯17上的第一螺旋槽25与阀套18上的第三螺旋槽32形成的控制阀口CT41不连通关闭。且转角θ越大，控制阀口PC38越大。

高压油从阀体19的阀口P48流入，并进入到阀套18的高压油口P35，高压油口P35经第二油道28进入第二螺旋槽26，由于第二螺旋槽26和第三螺旋槽32连通，因此高压油进入敏感腔45。虽然弹簧腔44始终通入高压油，但敏感腔45的作用面积大于弹簧腔44的作用面积，因此带动阀芯17沿轴向向弹簧腔44靠近移动。

在该液压控制桥路的作用下，敏感腔45的压力油按顺序分别通过第三螺旋槽32进入第二螺旋槽26，由第二螺旋槽26进入第二油道28，由第二油道28连通到阀口P48的高压油。

阀芯17最靠近底端的环形凹槽不与敏感腔45连通。由于敏感腔45的作用面积大于弹簧腔44的作用面积，因此阀芯17大端敏感腔45的液压力大，而弹簧腔44的液压小，推动阀芯17相对阀套18沿轴向弹簧腔44靠近移动，并同时不断使控制阀口PC38减小，直至弹簧腔44高压油和敏感腔45压力油的液压力及弹簧力相平衡使阀芯17相对阀套18静止。

此时由于阀芯17相对阀套18沿轴线方向已产生了位移，阀芯17与阀套18间的主阀口PB43和主阀口AT42处于打开状态，而主阀口PA39和主阀口BT40处于关闭状态，使得第一回油口33和工作油口A34连通，高压油口P35和工作油口B36连通，第二回油口37不连通任何，即呈现“阀口B49和阀口P48连通，阀口A47和阀口T46连通”的工作状态。且开口量大小与转角θ成正比，从而控制主油路液压油的流动方向和流量大小，如图8(b1)和图8(b2)所示。

压电驱动式转阀工作过程中，由于压电驱动装置具有输出力大、控制精度高和响应快等特性，可有效抵抗液动力、摩擦力和卡紧力等干扰因素对阀芯控制精度和稳定性的影响，因此可大幅度地提高液压控制阀尤其是单级阀的通流能力与可靠性。

由此实施过程可见，本发明提高了转阀的动静态性能，具有工作压力高、通流能力大、控制精度高、响应快、抗污染能力强和高可靠性等优点，可极大地拓宽单级阀与转阀的应用范围，广泛应用于汽车、海洋船舶、航空航天和冶金等领域，提高高压大流量液压系统尤其是比例伺服系统的控制特性与现代智能装备的智能化与可靠性水平。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种压电驱动式转阀，其特征在于：包括阀体组件(2)、阀套组件(4)、阀芯组件(3)和压电驱动组件(1)，阀套组件(4)安装于阀体组件(2)中心的圆柱孔内，阀芯组件(3)嵌套安装于阀套组件(4)的圆柱孔内，压电驱动组件(1)安装于阀套组件(4)的上端面，并与阀芯组件(3)上端嵌套联接。

2.根据权利要求1所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的阀体组件(2)包括阀体(19)、下端盖(20)和上端盖(22)，阀体(19)内部中空形成安装圆柱腔，下端盖(20)安装于阀体(19)下端面，上端盖(22)安装于阀体(19)上端面；阀体(19)外壁开设有四个阀孔，分别作为阀口A(47)、阀口P(48)、阀口B(49)和阀口T(46)；

所述的阀套组件(4)包括阀套(18)和弹簧座(16)，阀套(18)固定套装于阀体(19)的安装圆柱腔中，阀套(18)沿轴向依次开设有五个通口，从上到下分别为第一回油口(33)、工作油口A(34)、高压油口P(35)、工作油口B(36)和第二回油口(37)，阀体(19)的阀口T(46)经阀体(19)内部通道和第一回油口(33)、第二回油口(37)连接相通，阀体(19)的阀口P(48)经阀体(19)内部通道和高压油口P(35)连接相通，阀体(19)的阀口A(47)经阀体(19)内部通道和工作油口A(34)连接相通，阀体(19)的阀口B(49)经阀体(19)内部通道和工作油口B(36)连接相通；弹簧座(16)同轴地安装于阀套(18)上端面并被上端盖(22)轴向限位固定，弹簧座(16)用于支撑阀芯组件(3)的第一挡盖(21)、第二挡盖(24)和弹簧(23)；

所述的阀芯组件(3)包括阀芯(17)、弹簧(23)、第一挡盖(21)和第二挡盖(24)，阀芯(17)活动套装于阀套(18)，阀芯(17)顶端向上依次贯穿过阀套(18)、弹簧座(16)、上端盖(22)后和压电驱动组件(1)连接，阀芯(17)顶端伸出在弹簧座(16)和上端盖(22)之间的轴段外套装有第一挡盖(21)、第二挡盖(24)和弹簧(23)，弹簧(23)两端分别连接第一挡盖(21)和第二挡盖(24)；在第一挡盖(21)和第二挡盖(24)之间的上端盖(22)内部形成弹簧腔(44)，弹簧腔(44)经上端盖(22)和阀体(19)内部的通道和阀口P(48)连通；

所述的压电驱动组件(1)包括偏心销轴(10)和两组压电旋转驱动组，偏心销轴(10)套装在阀芯(17)顶端，阀芯(17)顶端为方形轴，偏心销轴(10)开设偏心的方形孔，阀芯(17)的方形轴套装于方形孔中，两组压电旋转驱动组结构相同并对称布置在偏心销轴(10)的两侧；一组压电旋转驱动组包括第一支撑架(7)、第一压电促动器(8)、第一轴套(9)、第一鱼眼接头(6)和第一销轴(5)，第一支撑架(7)靠近偏心销轴(10)的内端固定于上端盖(22)上，第一销轴(5)安装于第一支撑架(7)远离偏心销轴(10)的外端边缘处，第一压电促动器(8)内端通过第一轴套(9)与偏心销轴(10)铰接，第一压电促动器(8)外端通过第一鱼眼接头(6)与第一销轴(5)铰接；另一组压电旋转驱动组包括第二支撑架(12)、第二压电促动器(13)、第二轴套(11)、第二鱼眼接头(14)和第二销轴(15)；第二支撑架(12)靠近偏心销轴(10)的内端固定于上端盖(22)上，第二销轴(15)安装于第二支撑架(12)远离偏心销轴(10)的外端边缘处，第二压电促动器(13)内端通过第二轴套(11)与偏心销轴(10)铰接，第二压电促动器(13)外端通过第二鱼眼接头(14)与第二销轴(15)铰接。

3.根据权利要求2所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的第一压电促动器(8)内端和第一轴套(9)的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一轴套(9)的另一端套装于偏心销轴(10)外，第一轴套(9)的另一端和偏心销轴(10)之间圆弧表面连接而形成铰接；第一压电促动器(8)外端和第一鱼眼接头(6)一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第一鱼眼接头(6)另一端套装于第一销轴(5)上，第一鱼眼接头(6)的另一端和第一销轴(5)之间圆弧表面连接而形成铰接。

4.根据权利要求2所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：第二压电促动器(13)内端和第二轴套(11)的一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二轴套(11)的另一端套装于偏心销轴(10)外，第二轴套(11)的另一端和偏心销轴(10)之间圆弧表面连接而形成铰接；第二压电促动器(13)外端和第二鱼眼接头(14)一端通过螺纹孔和螺纹轴固定连接，第二鱼眼接头(14)另一端套装于第二销轴(15)上，第二鱼眼接头(14)的另一端和第二销轴(15)之间圆弧表面连接而形成铰接。

5.根据权利要求2所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的偏心销轴(10)的方形孔中心与外圆柱表面的中心轴线相距偏心距e，使第一压电促动器(8)、第一轴套(9)、偏心销轴(10)、阀芯(17)、阀套(18)、第一鱼眼接头(6)、第一销轴(5)和第一支撑架(7)构成曲柄连杆机构，第一压电促动器(8)伸长推动偏心销轴(10)绕阀芯(17)方形轴中心旋转进而带动阀芯(17)绕第一方向转动；使第二压电促动器(13)、第二轴套(11)、偏心销轴(10)、阀芯(17)、阀套(18)、第二鱼眼接头(14)、第二销轴(15)和第二支撑架(12)构成曲柄连杆机构，第二压电促动器(13)伸长推动偏心销轴(10)绕阀芯(17)方形轴中心旋转进而带动阀芯(17)绕第二方向转动。

6.根据权利要求2所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：

所述的第一方向和第二方向均为顺时针或者逆时针中的其中一个，但第一方向和第二方向方向相反。

7.根据权利要求2所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：两个压电旋转驱动组中的第一轴套(9)和第二轴套(11)套装于偏心销轴(10)上的位置相互错开，使得第一轴套(9)相对于偏心销轴(10)的旋转和第二轴套(11)相对于偏心销轴(10)的旋转不干涉。

8.根据权利要求1所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的阀芯(17)底部外壁设有第一螺旋槽(25)和第二螺旋槽(26)，第一螺旋槽(25)和第二螺旋槽(26)均为非贯通侧壁的凹槽，阀芯(17)底端面开设有轴向布置的第一油道(27)和第二油道(28)；第一螺旋槽(25)经阀芯(17)内部的通道和第一油道(27)连接相通，第二螺旋槽(26)经阀芯(17)内部的通道和第二油道(28)连接相通；第一油道(27)在处于阀芯(17)底端的一端通过堵头封闭，第一油道(27)另一端连通到阀芯(17)三个环形凹槽中最靠近底端的环形凹槽；第二油道(28)在处于阀芯(17)底端的一端通过堵头封闭，第二油道(28)在连通到阀芯(17)三个环形凹槽中处于中间的环形凹槽；且阀芯(17)中部开设三个环形凹槽，三个环形凹槽之间形成两个外凸缘，两个外凸缘的外周面分别形成用于和阀套(18)上各个油口配合的第一台阶(29)和第二台阶(30)，第一台阶(29)和第二台阶(30)之间的周期间距和阀套(18)的每两个相邻油口之间的周期间距相同；

所述的阀套(18)底部侧壁开设有第三螺旋槽(32)，第三螺旋槽(32)为贯通侧壁的通槽，第三螺旋槽(32)与底部敏感腔(45)连通，阀套(18)在靠近底端的侧壁边缘开设有径向油孔(31)，径向油孔(31)为贯通侧壁的通孔；阀芯(17)底端和下端盖(20)之间的安装圆柱腔作为敏感腔(45)。

9.根据权利要求8所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的第一螺旋槽(25)、第二螺旋槽(26)和第三螺旋槽(32)的旋向、螺距、槽宽相同，第一螺旋槽(25)和第二螺旋槽(26)之间的周期间距为第三螺旋槽(32)的螺距的一半；任何情况下，第一螺旋槽(25)和第二螺旋槽(26)仅其中之一和第三螺旋槽(32)连通，即第一螺旋槽(25)和第二螺旋槽(26)不同时和第三螺旋槽(32)连通。

10.根据权利要求8所述的一种压电驱动式转阀，其特征在于：所述的阀芯(17)的第一台阶(29)上侧棱边和工作油口A(34)之间形成主阀口PA(39)，阀芯(17)的第一台阶(29)下侧棱边和工作油口A(34)之间形成主阀口AT(42)，阀芯(17)的第二台阶(30)下侧棱边和工作油口B(36)之间形成主阀口PB(43)，阀芯(17)的第二台阶(30)上侧棱边和工作油口B(36)之间形成主阀口BT(40)；在弹簧腔(44)高压油和敏感腔(45)压力油的液压力及弹簧力的作用下沿其轴线方向移动，实现阀芯(17)与阀套(18)之间的主阀口PA(39)、主阀口PB(43)、主阀口AT(42)和主阀口BT(40)的打开和大小控制。