CN116045031A - 一种新型结构双自由度的数字伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型结构双自由度的数字伺服阀，其组成包括：阀体、阀芯、对中弹簧、步进电机、端盖、轴承、联轴器；目前常用电液伺服阀既可以实现机电液信号的转换，又能把输入的微小机械信号转化为大功率液压信号，因动态响应速度快、功率重量大、精度高、抗负载刚度大等特点使它被广泛使用，但是它加工精度要求高、成本高、抗污染能力差、对油液洁净度要求非常高等缺点也限制了它的应用场合；本发明所设计的新型结构双自由度数字伺服阀具有结构简单、加工方便、抗污染能力强、两级工作结构紧凑、体积小、固有频率高、先导级步进电机控制精度高、先进控制策略容易实现、阀的整体动静态性能好等特点，性能优势非常突出。

Description

一种新型结构双自由度的数字伺服阀

技术领域

本发明涉及一种新型结构双自由度的数字伺服阀，属于液压技术领域。

背景技术

目前常用的电液伺服阀既可以实现机电液信号的转换，又能把输入的微小机械信号转化为大功率液压信号，所以它既是信号转换元件又是功率放大元件；它的动态响应速度快、功率重量大、精度高、抗负载刚度大等特点使它被广泛使用，但是它加工精度要求高、成本高、抗污染能力差、对油液洁净度要求非常高等缺点也限制了它的应用场合。

发明内容

针对上述问题，本发明提出的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，具有结构简单、加工方便、抗污染能力强、两级工作结构紧凑、体积小、固有频率高、先导级步进电机控制精度高、先进控制策略容易实现、阀的整体动静态性能好等特点，性能优势非常突出。

本发明的技术方案为：一种新型结构双自由度的数字伺服阀，其组成包括：阀体、阀芯、端盖、轴承、联轴器、步进电机、对中弹簧；其特征在于：阀芯与阀体属于间隙配合，阀芯可实现在阀体内旋转和横向移动，对中弹簧分别位于阀套左右端油腔内，在阀处于非工作状态时，依靠对中弹簧弹性力来保持阀芯处于中位机能状态，联轴器一端通过键和步进电机固定连接，联轴器另一端和阀芯伸出阀体右端部分通过键固定连接，联轴器上开有键槽，键槽轴向长度大于阀芯键长，可实现阀芯轴向水平移动以及径向随步进电机同轴度的转动，当步进电机顺逆时针旋转时进而带动阀芯顺逆时针旋转，轴承外圈保持固定不动，轴承内圈和联轴器通过键固定连接，轴承外圈和端盖进行过盈配合，轴承内圈在步进电机工作时可以随联轴器一同旋转，端盖和阀体通过螺栓固定连接，端盖和阀体间并添加O型密封圈以防止阀芯工作状态下油液发生泄漏。

作为优选，所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，阀体开有导油孔H、导油孔K、进油口P、回油口T、负载油口A和负载油口B，阀芯开有导油孔M(先导级左对中油口)、导油孔N(先导级进油口)、导油孔E、导油孔F、导油孔G和回油槽L(先导级回油槽)分布在阀芯的不同截面处，并且导油孔M、导油孔N和回油槽L在阀芯沿顺时针(正向)和逆时针(反向)旋转时的正反两个方向的角度上，通过合理的设计这一角度，既能保证该位置进回油快速性和可靠性，又能通过对功率级阀芯的驱动很好地实现对阀体上A、B两个负载油口进回油的控制；当步进电机在处于未工作状态时，导油孔H和导油孔M相通，此时油液通过阀体进油口P进入油腔Ⅳ，油液经油腔Ⅳ内的导油孔E，分别进入油腔Ⅰ和油腔Ⅶ，由于阀芯左侧端面a和阀芯右侧环面b面积相等，故此时阀芯仍保持中位机能状态，阀芯不发生横向移动；当步进电机顺时针旋转一定角度时，此时阀芯随之旋转相同方向的相同角度，使得导油孔N和导油孔K相通，此时部分油液经导油孔E和导油孔K流进油腔Ⅱ，此时阀芯左端环面c受到油液压力，由于环面c面积大于环面b，所以，阀芯会向右移，此时导油孔N和导油孔K发生错位移动一定距离，但仍会保持有部分相交，则有阀体进油口P和负载油口B中油液相通，阀体回油口T和负载油口A中油液相通；当步进电机逆时针旋转一定角度时，此时阀芯随之旋转相同方向的相同角度，使得回油槽L分别和导油孔H、导油孔K相通，油腔Ⅰ和油腔Ⅱ中油液通过回油槽L流经油腔Ⅲ通过阀体回油口T流出，此时由于阀芯右侧环面b持续受力，故阀芯会向左移动，虽然回油槽L和导油孔H、导油孔K会发生相对滑移，但仍会保持油液相通，于是阀体进油口P和负载油口A中油液相通，回油口T和负载油口B中油液相通。当阀芯再次旋转至导油孔M和阀体导油孔H相通时，阀芯重新恢复中位机能状态。

作为优选，所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，伺服阀的先导级和功率级集成到同一个阀芯，分别在同一阀芯的左端和右端，结构紧凑，两级之间的刚度大，这样结构的阀芯和阀体的加工难度降低，很好地降低了加工成本，同时，先导级供油口和回油口的几何尺寸相对较大，不容易被混入油液当中的极微小颗粒所堵塞，具有很好的抗油液污染的能力，降低了供油的过滤等级。

本发明的有益效果是：

本发明设计的一种新型结构双自由度数字的伺服阀的先导级和功率级集成到同一个阀芯，分别在同一阀芯的左端和右端，结构紧凑，两级之间的刚度大，这样结构的阀芯和阀套的加工难度降低，很好地降低了加工成本。

本发明设计的先导级供油口和回油口的几何尺寸相对较大，不容易被混入油液当中的极微小颗粒所堵塞，具有很好的抗油液污染的能力，降低了供油的过滤等级。

本发明设计的先导级的M孔(左对中油口)、N孔(先导级进油口)和回油槽L(先导级回油槽)分布在阀芯的不同截面上，并且M孔和N孔在阀芯沿顺时针(正向)和逆时针(反向)旋转时的正反两个方向的角度上，通过合理的设计这一角度，既能保证该位置进回油快速性和可靠性，又能通过对功率级阀芯的驱动很好地实现对A、B两个负载油口进回油的控制，实现本阀的整体功能。

本发明设计的阀芯由步进电机驱动，可在阀套当中沿顺时针(正向)和逆时针(反向)旋转，可以很好地实现阀芯旋转的快速启停及换向，并且在这一过程中精度高，使得对阀里油路控制的动态特性好，阀的整体动态性能高。

附图说明

附图1，本发明的整体装配示意图；

附图2，本发明的阀体结构示意图；

附图3，本发明的阀芯结构示意图；

附图4，本发明的联轴器连接结构示意图；

图中：

1、阀体，2、阀芯，3、端盖，4、轴承，5、联轴器，6、步进电机，7、对中弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体结构来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明具体实施方式采用以下技术方案：由1、阀体，2、阀芯，3、端盖，4、轴承，5、联轴器，6、步进电机，7、对中弹簧组成；其特征在于：阀芯2与阀体1属于间隙配合，阀芯2可实现在阀体1内旋转和横向移动，对中弹簧7分别位于阀套左右端油腔内，在阀处于非工作状态时，依靠对中弹簧7弹性力来保持阀芯2处于中位机能状态，联轴器5一端通过键和步进电机6固定连接，联轴器5另一端和阀芯2伸出阀体右端部分通过键固定连接，联轴器5上开有键槽，键槽轴向长度大于阀芯2键长，可实现阀芯2轴向水平移动以及径向随步进电机6同轴度的转动，当步进电机6顺逆时针旋转时进而带动阀芯2顺逆时针旋转，轴承4外圈保持固定不动，轴承4内圈和联轴器5通过键固定连接，轴承4外圈和端盖3进行过盈配合，轴承4内圈在步进电机6工作时可以随联轴器5一同旋转，端盖3和阀体1通过螺栓固定连接，端盖3和阀体1间并添加O型密封圈以防止阀芯2工作状态下油液发生泄漏。

进一步的，所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，阀体开有导油孔H、导油孔K、进油口P、回油口T、负载油口A和负载油口B，阀芯开有导油孔M(先导级左对中油口)、导油孔N(先导级进油口)、导油孔E、导油孔F、导油孔G和回油槽L(先导级回油槽)分布在阀芯2的不同截面处，并且导油孔M、导油孔N和回油槽L在阀芯2沿顺时针(正向)和逆时针(反向)旋转时的正反两个方向的角度上，通过合理的设计这一角度，既能保证该位置进回油快速性和可靠性，又能通过对功率级阀芯2的驱动很好地实现对阀体1上A、B两个负载油口进回油的控制；当步进电机6在处于未工作状态时，导油孔H和导油孔M相通，此时油液通过阀体1进油口P进入油腔Ⅳ，油液经油腔Ⅳ内的导油孔E，分别进入油腔Ⅰ和油腔Ⅶ，由于阀芯2左侧端面a和阀芯2右侧环面b面积相等，故此时阀芯2仍保持中位机能状态，阀芯2不发生横向移动；当步进电机6顺时针旋转一定角度时，此时阀芯2随之旋转相同方向的相同角度，使得导油孔N和导油孔K相通，此时部分油液经导油孔E和导油孔K流进油腔Ⅱ，此时阀芯2左端环面c受到油液压力，由于环面c面积大于环面b，所以，阀芯2会向右移动，此时导油孔N和导油孔K发生错位移动一定距离，但仍会保持有部分相交，则有阀体1进油口P和负载油口B中油液相通，阀体1回油口T和负载油口A中油液相通；当步进电机6逆时针旋转一定角度时，此时阀芯2随之旋转相同方向的相同角度，使得回油槽L分别和导油孔H、导油孔K相通，油腔Ⅰ和油腔Ⅱ中油液通过回油槽L流经油腔Ⅲ通过阀体1回油口T流出，此时由于阀芯2右侧环面b持续受力，故阀芯2会向左移动，虽然回油槽L和导油孔H、导油孔K会发生相对滑移，但仍会保持油液相通，于是阀体1进油口P和负载油口A中油液相通，回油口T和负载油口B中油液相通。当阀芯2再次旋转至导油孔M和阀体1导油孔H相通时，阀芯2重新恢复中位机能状态。

进一步的，所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，伺服阀的先导级和功率级集成到同一个阀芯2，分别在同一阀芯2的左端和右端，结构紧凑，两级之间的刚度大，这样结构的阀芯2和阀体1的加工难度降低，很好地降低了加工成本，同时，先导级供油口和回油口的几何尺寸相对较大，不容易被混入油液当中的极微小颗粒所堵塞，具有很好的抗油液污染的能力，降低了供油的过滤等级。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本发明的工作过程如下：

首先将本发明的伺服阀由技术人员将进油口P、回油口T和负载油口A、B分别与对应的液压缸或其它所应用工作部件的进出油口相连接；根据液压缸或其它所应用工作部件的需求，给步进电机6通电后，控制其旋转角度与方向，当步进电机6顺时针(正向)旋转一定角度，使得阀芯上2导油孔N(先导级进油口)与阀体1导油孔K连通，进而阀芯2实现右移，此时进油口P和负载油口B中油液相通，负载油口A和回油口T中油液相通；当技术人员控制步进电机6逆时针(反向)旋转一定角度，使得阀芯上2回油槽L分别和阀体1上的导油孔H、导油孔K相通，进而阀芯2实现左移，此时此时进油口P和负载油口A中油液相通，负载油口B和回油口T中油液相通；当阀芯2再次旋转至初始位置，导油孔M和阀体1导油孔H相通时，阀芯2重新恢复中位机能状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种新型结构双自由度的数字伺服阀，其组成包括：阀体(1)、阀芯(2)、端盖(3)、轴承(4)、联轴器(5)、步进电机(6)、对中弹簧(7)；其特征在于：阀芯与阀体属于间隙配合，阀芯(2)可实现在阀体(1)内旋转和横向移动，对中弹簧(7)分别位于阀套左右端油腔内，在阀处于非工作状态时，依靠对中弹簧(7)弹性力来保持阀芯(2)处于中位机能状态，联轴器(5)一端通过键和步进电机(6)固定连接，联轴器(5)另一端和阀芯(2)伸出阀体右端部分通过键固定连接，联轴器(5)上开有键槽，键槽轴向长度大于阀芯(2)键长，可实现阀芯(2)轴向水平移动以及径向随步进电机(6)同轴度的转动，当步进电机(6)顺逆时针旋转时进而带动阀芯(2)顺逆时针旋转，轴承(4)外圈保持固定不动，轴承(4)内圈和联轴器(5)通过键固定连接，轴承(4)外圈和端盖(3)进行过盈配合，轴承(4)内圈在步进电机(6)工作时可以随联轴器(5)一同旋转，端盖(3)和阀体(1)通过螺栓固定连接，端盖(3)和阀体(1)间并添加O型密封圈以防止阀芯(2)工作状态下油液发生泄漏。

2.根据权利要求1所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，其特征在于：阀体(1)开有导油孔H、导油孔K、进油口P、回油口T、负载油口A和负载油口B，阀芯(2)开有导油孔M(先导级左对中油口)、导油孔N(先导级进油口)、导油孔E、导油孔F、导油孔G和回油槽L(先导级回油槽)分布在阀芯(2)的不同截面处，并且导油孔M、导油孔N和回油槽L在阀芯(2)沿顺时针(正向)和逆时针(反向)旋转时的正反两个方向的角度上，通过合理的设计这一角度，既能保证该位置进回油快速性和可靠性，又能通过对功率级阀芯(2)的驱动很好地实现对阀体(1)上A、B两个负载油口进回油的控制；当步进电机(6)在处于未工作状态时，导油孔H和导油孔M相通，此时油液通过阀体(1)进油口P进入油腔Ⅳ，油液经油腔Ⅳ内的导油孔E，分别进入油腔Ⅰ和油腔Ⅶ，由于阀芯(2)左侧端面a和阀芯(2)右侧环面b面积相等，故此时阀芯(2)仍保持中位机能状态，阀芯(2)不发生横向移动；当步进电机(6)顺时针旋转一定角度时，此时阀芯(2)随之旋转相同方向的相同角度，使得导油孔N和导油孔K相通，此时部分油液经导油孔E和导油孔K流进油腔Ⅱ，此时阀芯(2)左端环面c受到油液压力，由于环面c面积大于环面b，所以，阀芯(2)会向右移动，此时导油孔N和导油孔K发生错位移动一定距离，但仍会保持有部分相交，则有阀体(1)进油口P和负载油口B中油液相通，阀体(1)回油口T和负载油口A中油液相通；当步进电机(6)逆时针旋转一定角度时，此时阀芯(2)随之旋转相同方向的相同角度，使得回油槽L分别和导油孔H、导油孔K相通，油腔Ⅰ和油腔Ⅱ中油液通过回油槽L流经油腔Ⅲ通过阀体回油口T流出，此时由于阀芯(2)右侧环面b持续受力，故阀芯(2)会向左移动，虽然回油槽L和导油孔H、导油孔K会发生相对滑移，但仍会保持油液相通，于是阀体(1)进油口P和负载油口A中油液相通，回油口T和负载油口B中油液相通。当阀芯(2)再次旋转至导油孔M和阀体(1)导油孔H相通时，阀芯(2)重新恢复中位机能状态。

3.根据权利要求1所述的一种新型结构双自由度的数字伺服阀，其特征在于：伺服阀的先导级和功率级集成到同一个阀芯(2)，分别在同一阀芯(2)的左端和右端，结构紧凑，两级之间的刚度大，这样结构的阀芯(2)和阀体(1)的加工难度降低，很好地降低了加工成本，同时，先导级供油口和回油口的几何尺寸相对较大，不容易被混入油液当中的极微小颗粒所堵塞，具有很好的抗油液污染的能力，降低了供油的过滤等级。

Images