CN112855648A - 一种多冗余的轴配流伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多冗余的轴配流伺服阀，包括轴配流阀体定子、通过冷装配的方式安装的轴配流阀阀套以及可旋转地安装在轴配流阀阀套内的轴配流阀芯转子，该轴配流伺服阀由上至下由多组密封圈依次分割为互不连通的三个密封区域，所述的轴配流阀体定子侧壁上对应三个密封区域分别开设i组工作油口A/B、一个供油口以及一个回油口，所述的轴配流阀芯转子沿轴向开设多个供油通道和一个回油通道，并且在轴配流阀芯转子对应三个密封区域内分别设置用以与供油通道和回油通道连通的沟槽和流道，其中部分工作油口作为主工作油口与对应的外部执行机构连通，其余的工作油口作为冗余。与现有技术相比，本发明具有轴配流、减小摩擦、安全冗余、连续性切换等优点。

Description

一种多冗余的轴配流伺服阀

技术领域

本发明涉及流体控制技术领域，尤其是涉及一种多冗余的轴配流伺服阀。

背景技术

目前电液伺服阀种类很多，主要有双喷嘴挡板式电液伺服阀、射流伺服阀、直动式电液伺服阀、电反馈电液伺服阀以及动圈式/动铁式/单喷嘴电液伺服阀。喷嘴挡板式电液伺服阀的主要特点表现在：结构简单，制造精密，特性可预知，无死区、无摩擦副，灵敏度高，挡板惯量小、动态响应高；缺点是挡板与喷嘴间距小，抗污染能力差；射流伺服阀的主要特点表现在：喷口尺寸大，抗污染性能好，容积效率高，失效对中，灵敏度高，分辨力高；缺点是加工难度大，工艺复杂。

电液伺服阀和电液比例阀是液压控制系统的核心元件，其对精度的要求较高，随之带来检测和维护成本的提高，在使用过程中，由于管路、液压元件、执行机构、过滤装置、泵源、以及系统中压力冲击等产生的污染颗粒造成伺服阀阀芯磨损，从而造成伺服阀性能变差甚至不能正常工作，若解决磨损伺服阀需要整体更换或采用冗余(备用)伺服阀，但磨损伺服阀除阀芯阀体外，其它部件还存在使用价值，造成资源的浪费。

航空航天和军事领域则出现了高可靠性的多冗余度电液伺服阀通常采用多余度电控部分，这种多冗余度设计不能解决先导及主阀芯机械磨损的问题，而若采用将多只伺服阀安装在同一个阀块上共用供油/回油/工作油路通道的方法，也需要考虑如何断开磨损伺服阀对替代伺服阀对执行机构的影响。

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多冗余的轴配流伺服阀。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多冗余的轴配流伺服阀，包括轴配流阀体定子、通过冷装配的方式安装在轴配流阀体定子内的轴配流阀阀套以及可旋转地安装在轴配流阀阀套内的轴配流阀芯转子，该轴配流伺服阀由上至下由多组密封圈依次分割为互不连通的三个密封区域，所述的轴配流阀体定子侧壁上对应三个密封区域分别开设i组工作油口A/B、一个供油口以及一个回油口，所述的轴配流阀芯转子沿轴向开设多个供油通道和一个回油通道，并且在轴配流阀芯转子对应三个密封区域内分别设置用以与供油通道和回油通道连通的沟槽和流道，其中部分工作油口作为主工作油口与对应的外部执行机构连通，其余的工作油口作为冗余，供油口和回油口分别与外部油源连通，通过转动轴配流阀芯转子，分别实现供油通道和回油通道分别与工作油口A/B之间的连续比例连通控制，进而实现外部执行机构的连续不同比例速度控制。

所述的轴配流阀阀套上对应三个密封区域分别开设与工作油口A/B、供油口以及回油口对应的圆孔。

所述的回油通道位于轴配流阀芯转子的中心处，其深度依次穿过第一密封区域和第二密封区域到达第三密封区域，实现与回油口的连通，所述的多个供油通道分别均匀开设在回油通道周围，其深度穿过第一密封区域到达第二密封区域，实现与供油口的连通。

每组工作油口A/B设置第一密封区域的第一水平设定位置处，并且轴配流阀芯转子外表面在对应第一密封区域内沿周向均匀开设结构相同的2i个沟槽，相邻沟槽间通过未开槽区段分割使得不糊向连通，其中，奇数序号的沟槽的中心与对应的供油通道通过流道连通，偶数序号的沟槽的中心均与中心的回油通道通过流道连通，每个未开槽区段在圆周方向弧长及轴向尺寸均大于工作油口的底径，用以实现转动过程中对工作油口的封堵。

沿轴配流阀芯转子外表面周向展开，每个沟槽的形状均由两个共底边的三角形组成，使得每个沟槽的宽度和深度由两边向中心逐渐增大。

所述的轴配流阀芯转子外表面在对应第二密封区域内全周向开槽，使得i个供油通道通过全周向开槽的间隙与供油口连通。

所述的轴配流阀芯转子外表面在对应第三密封区域内全周向开槽，使得中心的回油通道通过全周向开槽的间隙与回油口连通。

所述的沟槽的组数i的取值为4。

当i的取值为4时，在第一密封区域的第一水平设定位置处，4组工作油口在轴配流阀体定子上沿周向每隔45°依次设置，每个沟槽对应的圆心角范围为39°，每个未开槽区段对应的圆心角为6°。

该轴配流伺服阀的调节范围为-90/i°～+90/i°，当轴配流阀芯转子通过伺服电机或步进电机驱动在调节范围内转动，实现左中右三位机能之间的连续切换，当出现一组工作油口故障时，通过选择到其余任一组工作油口完成安全切换。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明突破目前常规开关阀设计理念，采用在转子轴上开槽的形式，通过一对供油通道P和回油通道T实现轴配流，并且通过在轴配流阀体定子内采用冷装配安装的方式设置轴配流阀阀套，能够有效的避免由于加工误差和装配误差带来的控制性能影响。

二、本发明在转子在周向对应工作油口开设多个沟槽，使其构成多组流通回路的冗余结构，当对应一组工作油口存在故障无法正常工作时，可直接选择作为冗余的另一组工作油口实现安全切换功能。

三、本发明通过转子在周向的非全周开槽的结构实现工作油口开关换向有序供油，以此实现对执行机构的逻辑配流控制。

四、由于轴向配流电磁阀的转子和定子之间采用间隙配合，且外部采用推力轴承减少转子的转动阻力矩及大流量通过时所产生的径向作用力。

五、该开关换向阀不论是轴向配流阀处于工作或非工作状态，轴向配流阀转子与定子之间均无机械接触，由此减少了转子与定子之间的机械接触磨损及偏磨隐患，确保轴向配流阀长期有效工作。

六、采用轴向配流结构，实现工作油口与供油/回油通道之间的间隙密封长度，并且配合沟槽与阀套上孔的位置配合，进一步的减小泄漏量，进而增大流通能力。

七、本发明还能够通过增加同轴伺服电机，还可实现电气控制系统的冗余功能。

附图说明

图1为本发明的结构主剖示意图(沿开孔方向)。

图2为图1中I-I截面的截面图。

图3为图1中II-II截面的截面图。

图4为图1中III-III截面的截面图。

图中标记说明：

1、轴配流比例伺服阀，2、轴配流阀芯转子，3、转子密封圈，4、轴配流阀阀套，5、轴配流阀体定子，6、定子密封圈，31、第一转子密封圈，32、第二转子密封圈，33、第三转子密封圈，34、第四转子密封圈，61、第一定子密封圈，62、第二定子密封圈，63、第三定子密封圈，64、第四定子密封圈，P、供油通道，T、回油通道，A/B、工作油口，A1-4/B1-4、工作油口，P0、供油口，T0、回油口。

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

如图1-4所示，本发明提供一种多冗余轴配流伺服阀，包括内部的轴配流阀芯转子2、阀套及外部的轴配流定子，通过调节轴向配流转子旋转到不同角度，工作油口A/B与供油口P0以及回油口T0之间的连续比例连通，实现对执行机构动作的连续不同比例速度控制以及故障情况下的冗余安全切换，在特定旋转角度范围内可以让执行机构维持状态不变，当某一组工作油口不能正常工作时，可直接切换到另外的多组工作油口继续工作。

轴配流阀阀套(4)与轴配流阀体定子(5)之间为冷装配，定子密封圈(6)在轴配流阀阀套4装配之前安装在轴配流阀体定子(5)的内孔槽处；

四个定子密封圈(6)配合对应的四个转子密封圈(3)形成三个分隔密封区域，在轴配流阀芯转子中心处开设一个回油通道T以及多个供油通道P。

第一密封区域具体为由第一转子密封圈31和第二转子密封圈32之间以及第一定子密封圈61和第二定子密封圈62包含的范围，第一密封区域内的回油通道T和供油通道P与多组工作油口在转动控制下连通；

第二密封区域具体为由第二转子密封圈32和第三转子密封圈33之间以及第二定子密封圈62和第三定子密封圈63包含的范围，第二密封区域内的供油通道P与多组工作油口在转动控制下连通，回油通道T与多组工作油口不连通；

第三门密封区域具体为由第三转子密封圈33和第四转子密封圈34之间以及第三定子密封圈63和第四定子密封圈64包含的范围，第三密封区域内的回油通道T与多组工作油口在转动控制下连通，供油通道P与多组工作油口不连通。

外部供油口P0布置在轴配流阀定子5对应的第二密封区域上，通过轴配流阀芯转子(2)外表面在第二密封区域的全周开槽与轴配流阀芯转子(2)的多个供油通道P相通；外部回油口T0布置在轴配流阀定子5对应的第三密封区域上，通过轴配流阀芯转子(2)外表面在第三密封区域的全周开槽与轴配流阀芯转子(2)的一个回油通道T相通；

如图2所示，以i＝4为例，在第一密封区域的第一水平设定位置处(I-I截面)，以工作油口A1中心线为参照顺时针方向，轴配流阀芯转子(2)的外表面在+3°～+22.5°以及+22.5°～+42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第一沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中的回油通道T相通；以工作油口A1中心线为参照逆时针方向，-3°～-22.5°及-22.5°～-42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第二沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中对应的供油通道P相通；工作油口B1布置在+42°～+48°未开槽区段中间；

同理，轴配流伺服阀工作油口A2布置在90°位置，以工作油口A2中心线为参照顺时针方向，轴配流阀芯转子(2)上在+3°～+22.5°及+22.5°～+42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第三沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中的回油通道T相通；以工作油口A2中心线为参照逆时针方向，在-3°～-22.5°及-22.5°～-42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第四沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中对应的供油通道P相通；工作油口B2布置在+132°～+138°未开槽区段中间；

轴配流伺服阀工作油口A3布置在180°位置，以工作油口A3中心线为参照顺时针方向，轴配流阀芯转子(2)上在+3°～+22.5°及+22.5°～+42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第五沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中的回油通道T相通；以工作油口A3中心线为参照逆时针方向，在-3°～-22.5°及-22.5°～-42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第六沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中对应的供油通道P相通；工作油口B3布置在+222°～+228°未开槽区段中间；

轴配流伺服阀工作油口A4布置在270°位置，以工作油口A4中心线为参照顺时针方向，轴配流阀芯转子(2)上在+3°～+22.5°及+22.5°～+42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第七沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中的回油通道T相通；以工作油口A4中心线为参照逆时针方向，在-3°～-22.5°及-22.5°～-42°之间分别开渐深渐宽的半沟槽及渐浅渐窄的半沟槽，两个半沟槽在最宽最深处接合形成完整的第八沟槽，且该沟槽与轴配流阀芯转子(2)中对应的供油通道P相通；工作油口B4布置在+312°～+318°未开槽区段中间；

未开槽区段将各沟槽隔开，且未开槽区段在圆周方向的弧长及轴向尺寸均大于工作油口A/B的底径；

第二密封区域的第二水平设定位置处(II-II截面)，轴配流阀芯转子(2)采用全周开槽的方式，与轴配流阀芯转子(2)上的供油通道P相通；

第三密封区域的第二水平设定位置处(III-III截面)，轴配流阀芯转子(2)采用全周开槽的方式，与轴配流阀芯转子(2)上的回油通道T相通；

轴配流阀芯转子(2)轴中间开孔的数量可根据通过流量大小、切换频率以及轴配流阀芯转子(2)轴尺寸大小需要设计为一组至多组P、T通道。

以如下相关角度为例说明其相关机能相对关系：

通过调节伺服电机在-22.5°～+22.5°旋转(i＝4时)，实现该多冗余轴配流伺服阀左中右三位机能之间的连续切换，

+/-3°范围内对应中位机能，0遮盖零点位置；

+3°～+22.5°对应多冗余轴配流伺服阀的左端位P-Ai/Bi-T；

-3°～-22.5°对应多冗余轴配流伺服阀的右端位P-Bi/Ai-T

相应密封段为+/-3°范围。

若对应一组工作油口A1&B1存在故障无法正常工作，可直接选择另一组Ai&Bi,i≠1，i＝2，3，4，从而实现安全切换功能。

实际相关角度及轴向配流阀中位机能可根据需要设计并调整相互对应角度关系，具体对应角度通过配流轴在工作油口区的沟槽与供油口P0和回油口T0的沟通或断开，实现工作油口Ai/Bi供油流量的连续性切换，实现对执行机构动作的控制。

Claims (10)

1.一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，包括轴配流阀体定子(5)、通过冷装配的方式安装在轴配流阀体定子(5)内的轴配流阀阀套(4)以及可旋转地安装在轴配流阀阀套(4)内的轴配流阀芯转子(2)，该轴配流伺服阀由上至下由多组密封圈依次分割为互不连通的三个密封区域，所述的轴配流阀体定子(5)侧壁上对应三个密封区域分别开设i组工作油口A/B、一个供油口(P0)以及一个回油口(T0)，所述的轴配流阀芯转子(2)沿轴向开设多个供油通道(P)和一个回油通道(T)，并且在轴配流阀芯转子(2)对应三个密封区域内分别设置用以与供油通道(P)和回油通道(T)连通的沟槽和流道，其中部分工作油口作为主工作油口与对应的外部执行机构连通，其余的工作油口作为冗余，供油口(P0)和回油口(T0)分别与外部油源连通，通过转动轴配流阀芯转子(2)，分别实现供油通道(P)和回油通道(T)分别与工作油口A/B之间的连续比例连通控制，进而实现外部执行机构的连续不同比例速度控制。

2.根据权利要求1所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，所述的轴配流阀阀套(4)上对应三个密封区域分别开设与工作油口A/B、供油口(P0)以及回油口(T0)对应的圆孔。

3.根据权利要求2所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，所述的回油通道(T)位于轴配流阀芯转子(2)的中心处，其深度依次穿过第一密封区域和第二密封区域到达第三密封区域，实现与回油口(T0)的连通，所述的多个供油通道(P)分别均匀开设在回油通道(T)周围，其深度穿过第一密封区域到达第二密封区域，实现与供油口(P0)的连通。

4.根据权利要求3所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，每组工作油口A/B设置第一密封区域的第一水平设定位置处，并且轴配流阀芯转子(2)外表面在对应第一密封区域内沿周向均匀开设结构相同的2i个沟槽，相邻沟槽间通过未开槽区段分割使得不糊向连通，其中，奇数序号的沟槽的中心与对应的供油通道(P)通过流道连通，偶数序号的沟槽的中心均与中心的回油通道(T)通过流道连通，每个未开槽区段在圆周方向弧长及轴向尺寸均大于工作油口的底径，用以实现转动过程中对工作油口的封堵。

5.根据权利要求4所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，沿轴配流阀芯转子(2)外表面周向展开，每个沟槽的形状均由两个共底边的三角形组成，使得每个沟槽的宽度和深度由两边向中心逐渐增大。

6.根据权利要求3所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，所述的轴配流阀芯转子(2)外表面在对应第二密封区域内全周向开槽，使得i个供油通道(P)通过全周向开槽的间隙与供油口(P0)连通。

7.根据权利要求3所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，所述的轴配流阀芯转子(2)外表面在对应第三密封区域内全周向开槽，使得中心的回油通道(T)通过全周向开槽的间隙与回油口(T0)连通。

8.根据权利要求4所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，所述的沟槽的组数i的取值为4。

9.根据权利要求8所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，当i的取值为4时，在第一密封区域的第一水平设定位置处，4组工作油口在轴配流阀体定子(5)上沿周向每隔45°依次设置，每个沟槽对应的圆心角范围为39°，每个未开槽区段对应的圆心角为6°。

10.根据权利要求1所述的一种多冗余的轴配流伺服阀，其特征在于，该轴配流伺服阀的调节范围为-90/i°～+90/i°，当轴配流阀芯转子(2)通过伺服电机或步进电机驱动在调节范围内转动，实现左中右三位机能之间的连续切换，当出现一组工作油口故障时，通过选择到其余任一组工作油口完成安全切换。

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