CN116157603A - 具有线性致动器和机械反馈的伺服阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有先导级(20)的伺服阀(100)，包括两个液压元件(30、6)，这些液压元件相对于彼此可运动以使动力分配构件(2)移位，先导级(30)包括具有主柱塞(41)的线性致动器(40)，该主柱塞布置成改变液压元件(30、6)的相对位置。先导级(20)还包括就位的反馈杠杆(50)。

Description

具有线性致动器和机械反馈的伺服阀

技术领域

本发明涉及液压伺服阀领域，尤其涉及具有包括线性致动器的先导级的伺服阀。

背景技术

常规伺服阀由控制动力级的可动动力引导构件的先导级构成。动力级的功能是提供与施加至先导级的指令成比例的压力或流率。

先导级包括两个液压元件，即液压发射器(喷嘴或喷射器)和液压接收器(挡板、偏转器或固定接收器)，使得改变它们的相对位置会产生用于精细控制伺服阀的动力级的可动动力引导构件的运动的压差。可动动力引导构件在位于伺服阀主体中的圆筒形套筒中滑动。通常，液压发射器或接收器的位置由扭矩马达控制，该扭矩马达使先导级的液压元件中的一个面向另一个运动。可动动力引导构件在其套筒中的运动随后在成组的开口与钻孔通道之间建立连通，所述钻孔通道布置成传递与所述可动动力引导构件的运动成比例的压力或流率。机械引导构件连接到机械反馈杆，该机械反馈杆刚性地固定到液压发射器和接收器中可动的一个。

存在伺服阀，其中液压发射器或接收器由线性致动器移动。位置传感器测量动力构件的位置，并经由动力电子器件控制线性致动器，该动力电子器件用作以类似于伺服阀中反馈杆所提供的机械反馈的方式来提供电子反馈。这种电子器件很昂贵，并且对伺服阀的尺寸、重量和可靠性有不利影响。

发明内容

本发明的目的是提高伺服阀的可靠性。

为此，提供了一种具有先导级的伺服阀，该先导级包括用于喷射流体射流的液压元件和用于接收流体射流的液压元件，这些液压元件相对于彼此可运动以改变其相对位置，并由此产生可用于移动伺服阀的动力引导构件的压差，两个元件中的一个安装在伺服阀主体上的固定位置中，元件中的另一个安装在支承件的连接到伺服阀主体的可动端处，先导级包括包含主推动件的线性致动器，该主推动件布置成将力选择性地施加在支承件上，该力倾向于改变液压元件的相对位置，先导级还包括设有力传递接口的杠杆，该力传递接口包括用于将输出力施加在杠杆和传动装置上的第一施加点和用于将输出力从杠杆朝向支承件传递的第二传递点，杠杆也在第三连接点处连接到动力引导构件，第一施加点及第二传递点位于平行于主推动件的输出方向并垂直于杠杆的中立轴线延伸的第一平面的相对两侧上。

这使得伺服阀设有位置反馈装置，其能够在不求助于运动传感器来感测动力引导部件的运动的情况下使用线性致动器。具有完全机械的反馈极大提高了本发明的伺服阀的可靠性。

有利地，连接接口布置成使得在第一施加点处或第二传递点处的连接是点连接或球形接头连接或线性连接或枢转连接。

当力传递接口包括凸轮并且实际上当凸轮布置成在第二传递点处提供枢转连接时和/或当支承件通过固定连接件连接到伺服阀的主体时，伺服阀的振动行为得以改善。

在具体实施例中，力传递接口同时包括沿与杠杆的中立轴线相交的第一方向延伸的第一部分和沿与第一方向相交的第二方向延伸的第二部分，和/或该力传递接口同时包括沿与杠杆的中立轴线相交的第三方向延伸的第三部分和沿与第三方向相交的第四方向延伸的第四部分。

同样有利地，传动装置、第二点作用在辅助推动件上，该辅助推动件与杆接触以推动杆。

固定位置液压元件可以是流体接收器，而由杆承载的液压元件是流体喷射器；或者固定位置液压元件可以是流体喷射器，而可动元件是流体接收器。

在较佳实施例中，线性致动器包括压电致动器。

本发明的其它特征和优点将在阅读以下对本发明的具体、非限制性实施例的说明时显现。

附图说明

·图1是本发明第一实施例中的伺服阀的示意性侧视图；

·图2是本发明第一实施例中的杠杆的示意性侧视图；

·图3是图1的伺服阀处于第一瞬态状态的示意图；

·图4是图1的伺服阀处于第二瞬态状态的示意图；

·图5是图1的伺服阀处于第三瞬态状态的示意图；

·图6是图1的伺服阀处于第四瞬态状态的示意图；

·图7是图1的伺服阀处于第五瞬态状态的示意图；

·图8是本发明第二实施例中的杠杆的示意性侧视图；

·图9是图8的杠杆放置就位的示意性正视图；

·图10是图9的杠杆的示意性平面图；

·图11是本发明第三实施例中的杠杆的示意性细节图；

·图12是图10的杠杆处于第一状态的示意性细节图；

·图13是图10的杠杆处于第二状态的示意性细节图；以及

·图14是本发明第四实施例中的杠杆的示意性细节图。

具体实施方式

参考图1和图2，在本示例中示出了本发明的用于调节气压流量的伺服阀的应用，该伺服阀具有两级，其中一个是先导级。当然，本发明不限于此应用，并且可以在其它类型的伺服阀中使用。

总体标记为100的伺服阀包括具有动力引导构件2的主体1，该动力引导构件2安装在主体中，以密封方式在圆筒形壳体3中滑动，从而形成动力引导级。动力引导构件2可在两个极端位置之间可动，并且其成形为在壳体3中限定密封室C1、C2、C3和C4，使得在动力引导构件2的相对于中心(或中立)位置的极端位置中，它们连通以下器件：

·具有第一利用端口U1的进料端口P与具有第二利用端口U2的返回端口R；或者

·具有第二利用端口U2的进料端口P与具有第一利用端口U1的返回端口R。

借助先导室4和5控制动力引导构件2在壳体3中的滑动，由压力分配构件、在该示例中具体地是固定接收器6为这些先导室在压力下馈送流体。接收器6包括带有两个孔口7和8的接纳部9。孔口7和8经由管道10和11与先导室4和5中的相应一个流体流动连通。接纳部9通过管道12连接到回路R。

伺服阀100的先导级20包括杆21，杆21在其第一端22处枢转地安装到主体1。杆21具有自由的第二端23，第二端上安装有流体喷射器30以面向接收器6。压力弹簧24安装成在主体1和杆21的部分25之间作用，以便将回复力施加在杆21上，使其绕第一端22沿图1所示的逆时针方向枢转。杆21包括用于将流体输送到流体喷射器30的内部管道31。内部管道31经由形成在主体1中的管道32与伺服阀100的进料端口P流体流动连接。

先导级20包括压电线性致动器40，其具有主推动件41以选择性地将力施加在杆21上。

先导级还包括放置在主推动件41与可滑动地安装在主体1上的辅助推动件60的第一端61之间的杠杆50。辅助推动件60的第二端62与杆21的部分25接触。

杠杆50在其第一端51处设有力传递接口52。力传递接口52包括第一陶瓷半球53，该第一陶瓷半球具有第一中心53.1并从杠杆50的第一面部54突出。具有第二中心55.1的第二陶瓷半球55从杠杆50的与第一面部54相对的第二面56突出。第一半球53和第二半球55定位成当第一中心53.1和第二中心55.1正交地投射到杠杆50的中立轴线57上时，它们各自的第一正交投影53.1和第二正交投影57.2隔开非零距离d_53-55。

杠杆50的第二端58包括碳化钨珠59，该碳化钨珠容纳在动力引导构件2中的凹口13中。

因此，主推动件41的输出力Fs施加在第一半球53的第一点70上。然后，输出力F_S经由第二半球55的第二点71传递到辅助推动件60的第一端61。然后，辅助推动件60的第二端62克服弹簧24的力作用在杆21上，以使流体喷射器30朝向第一孔口7运动。以相应方式，主推动件41的撤回导致流体喷射器30在弹簧24的作用下朝向第二孔口8运动。因此，根据施加到致动器40的端子的电压，致动器将力施加在杆21上，该力倾向于移动安装在杆21的端部23上的流体喷射器30，该流体喷射器面向接收器6。

第一点70对应于用于施加输出力的第一施加点70。第二点71对应于用于传递输出力的第二传递点71。珠59构成用于与动力引导构件2连接的第三连接点73。

如图1所示，用于将来自主推动件41的输出力Fs施加在杠杆50上的第一点70和用于将来自杠杆50的输出力Fs传递到杆21的第二点71位于第一平面P1的相对两侧上，该第一平面平行于主推动件41的输出方向Oy并垂直于杠杆50的中立轴线57的八分之二。

在运行中，如图1所示，当将对应于标称利用电压Un的一半的电压Ue施加到致动器40的端子时，致动器40的主推动件41随后处于半行程。伺服阀100处于其平衡状态，并且喷射器30向接纳部9喷射流体射流。在先导室4和5之间没有产生压力差，动力引导构件2保持在其中立位置，其中利用端口U1和U2与进料端口P隔开。

当与标称利用电压Un相对应的输入电压Ue施加到致动器40的端子时，电压Ue使主推动件41延伸至其行程的100％，并且通过作用于第一点70，这使杠杆50绕第三点73枢转(沿如图3所示的逆时针方向)，从而移动第二点71并使辅助推动件60克服弹簧24的力而平移移位。然后发现喷射器30面向孔口7，并且其朝向孔口7喷射流体射流(图3)。在先导室4和5之间由此产生的压差导致动力引导构件2在其壳体3中向右运动，如图1和图3所示(增加先导室4的容积)。然后，利用端口U1与进料端口P流体流动连通(图4)。在动力引导构件2运动的同时，第三点73向右平移移位(如图4所示)，从而使杠杆50绕第三点73枢转。该平移移位导致第二接触点71向右运动(如图4所示)，从而减小了杠杆50的第二点71传递至辅助推动件60的力(图4)，并使杆21返回其初始位置(图5)。然后伺服阀回到其平衡状态。

图4和图5的图示示出了杠杆50和辅助推动件60的运动阶段，为了清楚起见，它们示出了杠杆的第二点71远离第一端61运动(图4)。在阅读本说明书时，本领域的技术人员明白，如图4和图5所示的杠杆50绕第三点73的枢轴运动和辅助推动件60的向左运动同时发生。

当零输入电压Ue施加到致动器40的端子时，电压Ue使主推动件41缩回，并通过弹簧24的作用使杠杆50绕第三点73枢转R1(沿如图6所示顺时针方向)，从而移动第二点71并使辅助推动件60向右平移移位(如图3所示)。然后发现喷射器30面向孔口8，并且其朝向孔口8喷射流体射流(图6)。在先导室4和5之间由此产生的压差导致动力引导构件2在其壳体3中向左运动，如图1和图6所示(增加先导室5的容积)。然后，利用端口U2与进料端口P流体流动连通(图7)。在动力引导构件2运动的同时，第三点73向左平移移位(如图7所示)，从而使杠杆50绕第一点70枢转。该平移移位导致第二接触点71向左运动(如图7所示)，从而导致辅助推动件60向左移位(如图7所示)，并导致杆21返回其初始位置(图7)。

这使得伺服阀100设有位置反馈装置，能够在不求助于运动传感器来感测动力引导构件2的运动的情况下使用线性致动器。具有完全机械的反馈极大提高了本发明的伺服阀的可靠性。第一连接点和第二连接点总是位于第一平面P1的相对两侧上，而与动力引导构件2在其壳体中的位置无关。

在下面对第二实施例和第三实施例的描述中，与上述元件相同或相似的元件被赋予增加100的附图标记。

在图8所示的第二实施例中，力传递接口52包括凸轮80。在本示例中，凸轮80是中心为O的圆盘，其右下四分之一(如图8所示)设有第一孔81。凸轮80接纳在辅助推动件60的端部61中所形成的槽82中。销83接合在辅助推动件60的第二孔84中并穿过第一孔81，以便在第二连接点71处提供枢轴连接83.1。第一连接点70由右侧象限提供(如图9所示)，第二连接点71由枢轴连接83.1提供。

在如图10所示的第三实施例中，接口52由钢制成，包括沿与杠杆50的中立轴线57相交的第一方向O90延伸的第一部分90和沿与第一方向O90相交的第二方向O91延伸的第二部分91。第一部分90的截面小于第二部分91的截面，并且提供允许第二部分91相对于第一部分90枢转的第一挠曲点92。以关于包含中立轴线57的平面P57对称的方式，接口52包括沿与杠杆50的中立轴线57相交的第三方向O83延伸的第三部分93和沿与第三方向O93相交的第四方向O94延伸的第四部分94。第三部分93的截面小于第四部分94的截面，并且提供允许第四部分94相对于第三部分93枢转的第二挠曲点95。

第一挠曲点92和第二挠曲点95分别对应于第一连接点70和第二连接点71。图11和12示出了当接口52和杠杆50承受主推动件41和辅助推动件60的运动时的两种状态。

在本发明的第四实施例中，如图13所示，杠杆50直接作用在杆21上以推动杆21。

第一点70是用于施加致动器40的输出力F_S的第一施加点。第二点71是用于传递来自致动器40的输出力F_S的第二传递点。

本发明自然并不限于上述描述，而是覆盖落入由权利要求书限定的范围内的任何变型。

具体地：

·尽管在本示例中，第一点和第二点处的连接是由接触平面的球体所提供的点连接，但本发明同样适用于提供点连接或其它类型的连接的其它方式，诸如球形接头、线性连接件或枢轴连接件；

·尽管杆的第一端上方可枢转地安装在主体上，但本发明同样适用于杆和伺服阀主体之间的其它类型的连接，例如固定连接件或扭柱，其附接到机加工在伺服阀主体中的焊接框架，或者实际上压入伺服阀主体；

·尽管上述杆具有用于将流体输送到流体喷射器的内部管道，但本发明同样适用于其它类型的流体馈送，例如经由柔性软管或经由附接到杆的外部管道馈送；

·尽管上述致动器是压电致动器，但本发明同样适用于其它类型的线性致动器，例如电动、气动或液压千斤顶；

·尽管上述固定液压元件是流体接收器，并且安装在杆的端部处的元件是流体发射器，但是本发明同样适用于位于伺服阀主体上的固定位置中的流体发射器，该流体发射器与安装在杆的端部处的流体接收器相关联，例如，诸如偏转件或挡板的接收器；

·尽管上述先导级包括杆，流体喷射器安装在该杆上，但本发明适用于其它类型的支承件，例如叶片；

·尽管上述先导级包括作用在杆上的弹簧，但本发明同样适用于其它位置返回装置，例如液压弹簧或具有固定端部的杆。此外，本发明可以在没有用于恢复支承件位置的装置的情况下操作，例如当第二压电致动器定位成面向杆的另一侧上的第一端时，第二致动器的控制与第一致动器的控制配对。

·尽管上述传递接口位于杠杆的第一端处，但本发明同样适用于位于离杠杆端部一定距离处的传递接口；以及

·尽管杆的上述第二端具有接纳在动力引导构件的凹口中的碳化钨珠，但本发明适用于用于提供第三连接点的其它连接装置，例如球形接头或枢轴。

Claims (10)

1.一种伺服阀(100)，所述伺服阀具有先导级(20)，所述先导级包括用于喷射流体射流的液压元件(30)和用于接收所述流体射流的液压元件(6)，所述液压元件(30、6)相对于彼此能运动以改变其相对位置，并由此产生能用于移动所述伺服阀(10)的动力引导构件(2)的压差，两个元件中的一个(6)安装在所述伺服阀(100)的主体(1)上的固定位置中，元件中的另一个(30)安装在支承件(21)的可动端(23)处，所述支承件连接到所述伺服阀(1)的主体，所述先导级(20)包括设有力传递接口(52)的杠杆(50)，所述力传递接口包括用于将输出力(Fs)施加在所述杠杆(50)上的第一施加点(70)和用于将所述输出力(Fs)从所述杠杆(50)朝向所述支承件(21)传递的第二传递点(71)，所述杠杆(50)也在第三连接点(73)处连接到动力引导构件(2)，所述伺服阀的特征在于：

·所述先导级(20)还包括线性致动器(40)，所述线性致动器包括主推动件(41)，所述主推动件布置成选择性地将所述输出力(Fs)施加在所述支承件(21)上，从而倾向改变液压元件(30、6)的相对位置；并且

·第一施加点(70)和第二传递点(71)位于第一平面(P1)的相对两侧，所述第一平面平行于所述主推动件(41)的输出方向(Oy)并垂直于所述杠杆(50)的中立轴线(57)延伸。

2.根据权利要求1所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述连接接口(52)布置成使得在第一施加点(70)处或第二传递点(71)处的连接是点连接或球形接头连接或线性连接或枢转连接。

3.根据权利要求1所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述力传递接口(52)包括凸轮(80)。

4.根据权利要求3所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述凸轮(80)布置成在第二传递点(71)处提供枢转连接。

5.根据权利要求1所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述力传递接口(52)包括沿与所述杠杆(50)的中立轴线(57)相交的第一方向(O90)延伸的第一部分(90)和沿与所述第一方向(O90)相交的第二方向(O91)延伸的第二部分(91)。

6.根据权利要求5所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述力传递接口(52)包括沿与所述杠杆(50)的中立轴线(57)相交的第三方向(O93)延伸的第三部分(93)和沿与所述第三方向(O93)相交的第四方向(O94)延伸的第四部分(94)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述第二传递点作用在辅助推动件(60)上，所述辅助推动件与所述支承件(21)接触以推动所述支承件。

8.根据权利要求1所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述固定位置液压元件是流体接收器(6)，而由所述支承件(21)承载的液压元件是流体喷射器(30)。

9.根据权利要求1所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述支承件(21)通过固定连接件连接到所述伺服阀的主体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的伺服阀(100)，其特征在于，所述线性致动器包括压电致动器(40)。

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