CN1959130A - 水压伺服阀 - Google Patents

Abstract

水压伺服阀，属于水压伺服控制元件，目的是减小泄漏量、磨损及气蚀现象，提高工作稳定性和响应频率。本发明由包括反馈杆、挡板、衔铁、弹簧管、线圈的永磁力矩马达、包括过滤器、滤网端头、左端喷嘴和右端喷嘴的前置放大部分和包括阀体、阀套、阀芯的滑阀功率部分组成，(1).滤网端头两端装有过滤器挡头，其与阀体之间形成同心圆缝；阀套和过滤器挡头之间的阀体上开有阀体固定阻尼孔；(2).阀芯与阀套之间存在间隙，其中存在的水介质构成前置放大部分的固定液阻和阀芯的静压支承。本发明适用于海淡水等高水基工作介质的水液压系统，工作压力高、抗气蚀能力强、磨损量小、泄漏量小、效率高、线性度好、零漂小、冲击振动加速度的影响小。

Description

水压伺服阀

技术领域

本发明属于水压伺服控制元件，具体涉及一种水压伺服阀。

背景技术

1993年7月8日的日本油空压学会机械振兴会上，日本横滨国立大学的山口淳介绍了一种采用自来水作介质的伺服阀，整体结构与本发明的结构大致相当，力矩马达部分采用永磁动铁式，阀芯的位移主要通过反馈杆与阀芯两端的力矩平衡来调节，只是阀芯位移主要是通过位移传感器来测量，然后反馈到力矩马达以便通过反馈杆来调节，从过滤器到喷嘴前端采用一级节流，阀芯与阀套采用紧密封，喷嘴口与挡板的零位距离达到0.3mm。根据试验报道，此种方案主要存在以下一些问题：稳定性并不是太好，低开度的特性不好，水的粘度低造成衰减不足，伺服阀控制特性不良，气蚀太严重，泄漏量大，寿命太短，响应频率不是太高，只有25Hz。而一般伺服阀主要是在零开度附近工作，气蚀是伺服阀工作所要尽量避免的，所以这种伺服阀并没有多大的实际效用。

总体来说无论是国内还是国外，目前关于水压伺服阀所做的研究并不是很多，而且结果都不是很理想。

发明内容

本发明提供一种水压伺服阀，目的是减小水压伺服阀的泄漏量，减小阀芯与阀套的磨损，减小气蚀现象，提高伺服阀工作稳定性和响应频率。

本发明的一种水压伺服阀，由永磁力矩马达、前置放大部分和滑阀功率部分组成，永磁力矩马达的衔铁组件由反馈杆、挡板、衔铁、弹簧管组成，弹簧管上端内置于衔铁中孔内，挡板上端固定在弹簧管中孔内，反馈杆上端固定在挡板中孔内，缠绕在衔铁上的线圈通过电源线接头与外界电源相连接；前置放大部分包括固定于阀体内的过滤器、过滤器两端的滤网端头、左端喷嘴和右端喷嘴；滑阀功率部分包括阀体、阀套、阀芯，阀芯内置于阀套，阀套固定于阀体内，阀体具有前端盖和后端盖，阀芯通过所述反馈杆与衔铁组件相联系；其特征在于：

(1)、在过滤器的滤网端头两端装有过滤器挡头，过滤器挡头与阀体之间形成同心圆缝；阀套和过滤器挡头之间的阀体上开有阀体固定阻尼孔；

(2)、阀芯与阀套之间存在间隙，该间隙中所存在的水介质构成前置放大部分的固定液阻和阀芯的静压支承。

所述的水压伺服阀，其特征在于：所述前置放大部分左端喷嘴、右端喷嘴与挡板之间的零位距离为0.15～0.2mm；所述阀芯的材料为陶瓷，阀套的材料为工程塑料。

本发明与山口淳所研究的水压伺服阀相比较：山口淳的只有一个滤网端头阻尼孔，相当于一级节流；本发明在过滤器的两端，过滤器挡头与阀体之间组成同心圆缝，和滤网端头阻尼孔组成二级节流，因此具有更强的抗气蚀能力。本发明输入端口P的高压水可以通过阀芯与阀套之间的间隙引到阀芯的两端，这样当阀芯向左边移动时，阀芯右端空腔所形成的低压就可以由高压水进入其中起到压力补偿的效果，而山口淳的阀芯和阀套采用紧密封，即使在阀芯两端形成更加低的压力都没有高压水来补充，这样阀芯两端的水由于低压而引发气蚀现象，因此本发明的结构具有更好的抗气蚀能力。本发明在阀套和过滤器挡头之间的阀体上开有阀体固定阻尼孔，可以大大的抑制气蚀现象，由于抗气蚀能力的增强，那么零漂小和冲击振动加速度影响就更小，这样就会随之提高水压伺服阀的控制精度，同时将阀芯的材料改成陶瓷，阀套的材料改成工程塑料，这样有助于减小阀套与阀芯的摩擦力，减小磨损。本发明左端喷嘴、右端喷嘴与挡板之间的零位距离减小到0.15～0.2mm，有利于减小泄漏量。由于上述改善，试验的结果表明：本发明系统的压力-流量特性曲线的线性度更好，因而从整体上提高了水压伺服阀的动态性能，具有系统工作压力高(14Mp)、流量大(100L/min)、抗气蚀能力强、磨损量小、泄漏量小、效率高、线性度好、零漂小、冲击振动加速度的影响小等优点。

附图说明

图1是本发明一个实施例的立体示意图；

图2是阀体的立体图；

图3是图1去掉两端盖的右视图；

图4是图3的A-A剖面的示意图；

图5是图4中第一局部7的放大图；

图6是图4中第二局部16的放大图；

图7是图1去掉力矩马达和线圈外壳部分的右视图；

图8是图7的B-B剖面图；

图9是图7的C-C剖面图；

图10是图7的D-D剖面图；

图11是从实施例中移出的阀芯、阀套、密封挡头的示意图；

图12为图11的E-E剖面旋转90°的示意图；

图13是永磁力矩马达的立体图；

图14是图13的右视图；

图15为图14的F-F剖面旋转90°的示意图；

图16为左、右端喷嘴的示意图；

图17为图16的G-G剖面示意图；

图18为过滤器挡头的示意图；

图19为图18的左视图。

图中的标识为：前端盖1、电源线接头2、线圈外壳3、后端盖4、阀体5、线圈6、第一局部放大图7、磁铁8、阀套9、阀芯挡头10、阀芯11、左端第一容腔12、左端第二容腔13、右端第一容腔14、右端第二容腔15、第二局部放大图16、反馈槽17、密封挡头18、过滤器挡头19、滤网端头20、左端喷嘴21、细长孔22、过滤器23、滤网端头阻尼孔24、过滤器挡头凹处25、回转体容腔26、同心圆缝27、过滤器挡头容腔28、粗孔29、阀体矩形窗口30、圆柱型通道31、反馈杆32、挡板33、衔铁34、弹簧管35、左端喷嘴外腔36、喷嘴圆形通道37、左端喷嘴前腔38、左端喷嘴口39、右端喷嘴(40)、右端喷嘴前腔41、阀体固定阻尼孔42、右端第一矩形窗口43、阀套右端容腔44、右端圆形通道45、右端第二矩形窗口46、左端第二矩形窗口47、左端圆形通道48、阀套左端容腔49、左端固定阻尼孔50、阀芯左端空腔51、左端第一矩形窗口52、阀芯右端空腔53。

具体实施方式

本发明由永磁力矩马达、前置放大部分和滑阀功率部分组成，图1所示为永磁力矩马达的电源线接头2、线圈外壳3以及滑阀功率部分的前端盖1、后端盖4、阀体5。

图2是阀体5的立体图，阀体5底面开有输入端口P、输出端口T、左控制端口A和右控制端口B。

如图4、图7、图8、图10所示，阀体5与阀套9成过盈配合，阀套9与阀芯11成滑动配合，阀芯两端通过阀芯挡头10与外界密封，阀芯挡头10通过螺钉与前端盖1、后端盖4固定，在阀套9和过滤器挡头19之间的阀体5上开有阀体固定阻尼孔42，阀体5上的圆柱型通道31用密封挡头18密封，密封挡头18与阀体5成过盈配合，并且与前端盖1用螺钉固定。

如图4、图5所示，左端喷嘴21和右端喷嘴40以反馈杆32轴线成中心对称分布，左端喷嘴21、右端喷嘴40都与阀体5成过盈配合。

如图6反馈杆32下端的球头部分与阀芯11的反馈槽17无间隙啮合。

如图8所示，滤网端头20与阀体5成过盈配合，过滤器23与滤网端头20成过盈配合，过滤器挡头19前端与滤网端头20一端压在一起，并且过滤器挡头19前端中心与滤网端头20中孔对心，过滤器挡头19后端通过螺栓固定于前端盖1和后端盖4，过滤器挡头19与阀体5之间组成同心圆缝27。

如图12所示，阀套9左右对称开有左端固定阻尼孔50和右端固定阻尼孔53；阀套9上还开有四组圆周分布的对称矩形窗口，左端的两组分别为左端第一矩形窗口52、左端第二矩形窗口47，相应地右端两组分别为右端第一矩形窗口43、右端第二矩形窗口46；阀套9上还对称地开有圆周分布的圆形通道，分别为左端圆形通道48，右端圆形通道45。

如图15所示，永磁力矩马达的衔铁组件由反馈杆32、挡板33、衔铁34、弹簧管35组成，衔铁34中孔与弹簧管35上端外径成过盈配合，弹簧管35中孔与挡板33上端外径成过盈配合，挡板33中孔与反馈杆32上端成过盈配合。

图16、图17所示为左、右端喷嘴，以左端喷嘴为例，喷嘴圆形通道37、左端喷嘴前腔38、左端喷嘴口39。

本发明具体实施过程如下：如图5所示，当不给永磁力矩马达信号时，缠绕在衔铁34上的线圈6不通电，磁铁8使得衔铁34两端所受到的力相等，因此衔铁34不发生偏转，挡板33处于左端喷嘴21和右端喷嘴40的中间位置，左端喷嘴前腔38的压力和右端喷嘴前腔41的压力相等，以水为载体的压力传到如图4和图12所示的阀芯11两端，阀芯左端空腔51和阀芯右端空腔53的压力相等，阀芯11处于中间位置不动，阀套9上的左端第一矩形窗口52、左端第二矩形窗口47，右端第一矩形窗口43，右端第二矩形窗口46被阀芯11封死，没有水源输出。当给永磁力矩马达信号时，如图5所示，线圈6通电，当衔铁34受控向左偏转时，挡板33上端跟着向左偏转，挡板33下端向右偏转，致使通过右端喷嘴40的液流阻力加大，对应左端喷嘴21的液流阻力减小，则右边喷嘴前腔41压力比对应的左端喷嘴前腔38的压力大，压力以水为载体传到如图4和图12所示的阀芯左端空腔51和阀芯右端空腔53，使得阀芯右端空腔53的压力比阀芯左端空腔51的大，这样阀芯11就会向左移动，那么阀套9上的左端第一矩形窗口52就打开一部分，阀套9上的右端第二矩形窗口46也开启一部分，这两个矩形窗口打开部分的尺寸是一样的，这样水源从如图8所示的输入端口P经过圆柱型容腔31后，大部分经过阀体两端的阀体矩形窗口30，流向如图4所示阀体5与阀套9形成的左端第一容腔12，再经过如图12所示部分开启的左端第一矩形窗口52流向阀芯11与阀套9形成的阀套左端容腔49，然后从阀套9上开有的左端圆形通道48流向左控制端口A，再流向外界负载左端；同时外界负载右端的水则经过右控制端口B经过右端第二容腔15，从阀套9上开有的右端圆形通道45进入阀套右端容腔44，然后通过开启一部分的右端第二矩形窗口46流向输出端口T。另一小部分的水经过如图8所示的粗孔29，流向过滤器23，再分别向左右流动，流向左端的水经过滤网端头阻尼孔24流向过滤器挡头凹处25，再流向阀体5与滤网端头20和过滤器挡头19形成的回转体容腔26，然后水流从过滤器挡头19与阀体5之间的同心圆缝27流向阀体5与过滤器挡头19形成的过滤器挡头容腔28，然后流路分成两部分：一部分经过细长孔22，流向图5所示的左端喷嘴21与阀体5所形成的左端喷嘴外腔36，然后经过喷嘴圆形通道37流入左端喷嘴前腔38，最后流向左端喷嘴口39直至挡板33；另一部分经过如图10所示的阀体固定阻尼孔42流入图4所示阀体5和阀套9形成的左端第二容腔13，接着通过阀套9上的左端固定阻尼孔50流向阀芯左端空腔51。流向过滤器23之后再流向右端的水也经历同样对称的通道流向右端喷嘴40和阀芯右端空腔53。

当衔铁34受控向右偏转时，同样道理，只是左端喷嘴前腔38的压力大于右端喷嘴前腔41的压力，致使阀芯左端空腔51压力大于阀芯右端空腔53的压力，这样阀芯11就向右移动，则相应地阀套9上的右端第一矩形窗口43和左端第二矩形窗口47开启同样的尺寸，外界负载左端的水经过左控制端口A经过阀套9上的左端圆形通道48流向阀套左端容腔49，经过开启一部分的左端第二矩形窗口47流向输出端口T，而输入端口P的水从右端第一容腔14依次经过阀套9上的右端第一矩形窗口43、阀套右端容腔44、右端圆形通道45、图4所示的右端第二容腔15、流向右控制端口B，最后流向外界负载右端。当信号电流变化时，阀芯11的位移及输出流量也发生相应的变化。信号电流愈大，阀芯11位移也愈大，从而输出流量也愈大。

Claims (2)

1.一种水压伺服阀，由永磁力矩马达、前置放大部分和滑阀功率部分组成，永磁力矩马达的衔铁组件由反馈杆、挡板、衔铁、弹簧管组成，弹簧管上端内置于衔铁中孔内，挡板上端固定在弹簧管中孔内，反馈杆上端固定在挡板中孔内，缠绕在衔铁上的线圈通过电源线接头与外界电源相连接；前置放大部分包括固定于阀体内的过滤器、过滤器两端的滤网端头、左端喷嘴和右端喷嘴；滑阀功率部分包括阀体、阀套、阀芯，阀芯内置于阀套，阀套固定于阀体内，阀体具有前端盖和后端盖，阀芯通过所述反馈杆与衔铁组件相联系；其特征在于：

(1)、在过滤器的滤网端头两端装有过滤器挡头，过滤器挡头与阀体之间形成同心圆缝；阀套和过滤器挡头之间的阀体上开有阀体固定阻尼孔；

(2)、阀芯与阀套之间存在间隙，该间隙中所存在的水介质构成前置放大部分的固定液阻和阀芯的静压支承。

2.如权利要求1所述的水压伺服阀，其特征在于：所述前置放大部分左端喷嘴、右端喷嘴与挡板之间的零位距离为0.15～0.2mm；所述阀芯的材料为陶瓷，阀套的材料为工程塑料。

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