CN201621122U - 一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，包括角度位移传感器、旋转音圈电机、电机连接装置、螺旋全桥先导级、阀芯、阀套、阀体、阀芯防转装置、位移传感器敏感面、阀芯位移传感器和控制器。旋转音圈电机被控制器控制旋转一定角度，驱动螺旋全桥先导级的先导控制棒作旋转运动，改变液压阻尼全桥的平衡，在活塞两侧形成压差，推动阀芯滑动，实现伺服阀功能。本实用新型与传统的喷嘴挡板或射流先导阀相比，先导放大系数大，便于制作超大流量伺服阀，动态性能高，结构简单，便于加工装配，并且降低了对油液清洁度的要求，提高了工作可靠性。

Description

一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀
技术领域
本实用新型属于液压伺服控制技术领域，涉及一种新型的采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀。
背景技术
在液压伺服控制技术领域，伺服阀是液压伺服控制技术的关键部件，由于液动力的存在，使大流量的液压伺服阀阀芯推动需要很大的作动力，目前的电机械转换器在合理的体积、功率前提下很难直接推动，所以大流量的伺服阀普遍采用液压两级或三级控制。传统的喷嘴挡板或射流管阀采用喷嘴挡板和射流管二级液压放大，解决了大流量阀的设计的问题，但其缺点是加工困难，价格很高，对油液要求高，可靠性低，由于反馈杆刚度影响，二级喷嘴挡板阀无法实现很大的流量，更大的流量需要采用三级结构，造价更高。
公开号为CN101598151A的中国专利申请，于2009年12月9日公开了一种螺旋全桥先导级结构，该螺旋全桥先导级结构通过电机驱动一个较小的先导控制棒在先导活塞内部作旋转或者直线运动，配合活塞筒和活塞端盖改变液压或气动阻尼全桥推动先导活塞运动，达到液压或气动放大的作用。
发明内容
本实用新型为了解决现有喷嘴挡板伺服阀工作当中存在的问题，提出了一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，采用现有技术中的螺旋全桥先导级结构(公开号CN101598151A)作为先导级，是一种低成本高性能的新型伺服阀，在很多领域可以替代传统的喷嘴挡板阀，有着很高的实用意义。
本实用新型提出一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，其特征在于，包括角度位移传感器、旋转音圈电机、电机连接装置、螺旋全桥先导级、阀芯、阀套、阀体、阀芯防转装置、位移传感器敏感面、阀芯位移传感器和控制器；
阀芯的一端与螺旋全桥先导级的先导活塞固连，另一端加工有一个滑块，滑块嵌在阀芯防转装置的横槽里；螺旋全桥先导级的先导控制棒通过电机连接装置与旋转音圈电机连接；旋转音圈电机连接角度位移传感器；阀芯靠近阀芯防转装置的一端与位移传感器敏感面的非平面的一端固连；所述的阀芯位移传感器固定在阀体的端盖上，与位移传感器敏感面的平面一端相对；所述角度位移传感器、旋转音圈电机、阀芯位移传感器，都通过电缆与控制器连接。
控制器控制旋转音圈电机旋转，驱动螺旋全桥先导级的先导控制棒旋转，推动先导活塞运动，推动阀芯在阀套中滑动，实现伺服阀功能。
本实用新型的优点和积极效果在于：
1、本实用新型所实现的伺服阀结构简单，加工难度较低，可以降低生产成本和加工要求。
2、本实用新型所实现的伺服阀采用优化设计的旋转音圈电机驱动，动态性能很高，控制简单。
3、本实用新型所实现的伺服阀使用螺旋全桥先导结构，液压放大梯度大，无限制条件，不会造成动态特性大幅度降低。
4、本实用新型所实现的伺服阀使用螺旋全桥先导结构，液压放大梯度大的螺旋槽和通流孔采用对称加工，具有天然的余度，同时在弓形可变节流孔堵塞的情况下具有自清洁功能(当油液中的微小杂质颗粒堵塞一端可变节流孔的时候，造成该节流孔的通油面积减小，液阻增大，使液压阻尼全桥失去平衡，活塞在左右两腔的压差推动下向增大阻尼孔面积方向运动，从而迫使油液中的杂质通过节流孔，从而避免被堵塞)，降低了对油液清洁度的要求，增大了适应范围，大大提高了伺服阀的工作可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的伺服阀结构剖视图；
图2是本实用新型的伺服阀油口示意图；
图3是螺旋全桥先导级的结构原理图；
图4是本实用新型实施例阀芯防转装置与阀芯连接的示意图；
图5是本实用新型的伺服阀控制流程图；
图中：
1-角度位移传感器；2-旋转音圈电机；3-电机连接装置；4-螺旋全桥先导级；5-阀芯；6-阀套；7-阀体；8-阀芯防转装置；9-位移传感器敏感面；10-阀芯位移传感器；11-控制油口PA；12-供油口PS；13-控制油口PB；14-回油口PT；15-控制器；401-先导控制棒；402-先导活塞；403-活塞；404-可变节流孔；405-固定节流孔；406-螺旋槽；407-活塞筒；501-阀芯靠近阀芯防转装置一端的滑块；801-阀芯防转装置的滑槽。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型的伺服阀的结构做进一步详细说明。
一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，如图1所示，包括角度位移传感器1、旋转音圈电机2、电机连接装置3、螺旋全桥先导级4、阀芯5、阀套6、阀体7、阀芯防转装置8、位移传感器敏感面9、阀芯位移传感器10和控制器15。
阀体7的作用是提供油路，起到沟通油路的作用，如图2所示，阀体7上有四个油口，成菱形分布，分别是控制油口PA11，供油口PS12，控制油口PB13，回油口PT14。
螺旋全桥先导级4的结构原理如图3所示，螺旋全桥先导级4的先导控制棒401一端开有螺旋槽406，通过控制先导控制棒401旋转，螺旋槽406分别和螺旋全桥先导级4的活塞403两侧的先导活塞402上成一定距离和角度的通油孔相交有小的弓形面积形成可变节流孔404，可变节流孔404与螺旋全桥先导级4的活塞筒407上位置处于活塞两侧的固定节流孔405形成液压阻尼全桥结构，先导控制棒401的旋转导致液压阻尼全桥失去平衡，在旋转角度为正时，活塞403两侧产生正向压差，推动螺旋全桥先导级4的先导活塞402运动。
本实用新型所述的伺服阀如图1所示，角度位移传感器1与旋转音圈电机2固连，将得到的先导控制棒401实际转角信息通过电缆传送给控制器15；电机连接装置3用于连接旋转音圈电机2和先导控制棒401；螺旋全桥先导级4的先导活塞402和阀芯5的一端固连一体，先导活塞402运动将推动阀芯5运动；阀芯5和阀套6构成常规的滑阀结构；阀芯防转装置8限制了阀芯5的转动自由度，使阀芯5仅可以滑动，本实用新型实施例中，阀芯防转装置8有一滑槽801，阀芯5靠近阀芯防转装置8一端的加工有一个滑块501，嵌在阀芯防转装置8的滑槽801里，如图4所示；位移传感器敏感面9的非平面的一端和阀芯5固连，另一平面的一端与阀芯位移传感器10相对，使阀芯位移传感器10可以感知阀芯5的位移，阀芯位移传感器10固定在阀体7的端盖上，将得到的阀芯5的位置信息通过电缆传递给控制器15。控制器15通过电缆与旋转音圈电机2连接，控制旋转音圈电机2旋转。
当旋转音圈电机2旋转一定角度时，将驱动螺旋全桥先导级4的先导控制棒401旋转一定的角度，导致液压阻尼全桥失去平衡推动先导活塞402运动。阀芯5和先导活塞402一体运动，实现在阀套6中滑动，实现伺服阀功能。阀芯5和先导活塞402的运动对液压阻尼全桥起负反馈的作用，阀芯5滑动一定距离之后，先导液压阻尼全桥又重新平衡，阀芯5停留在这一位置，实现了螺旋全桥先导级4的一定角度输入对应一定的阀芯5位移。
控制器15实现伺服阀阀芯的位置闭环，使阀芯5按照指令信号运动。控制器15采用双闭环反馈控制，如图5所示，采用阀芯位置闭环控制和先导控制棒转角闭环控制。控制器15仅采用一个闭环反馈控制，如采用先导控制棒转角闭环控制或阀芯位置闭环控制也可实现伺服阀功能，也属于本专利范畴。
图5中，xin表示伺服阀阀芯位置指令，αin表示先导控制棒转角指令，U表示控制器的输出电压，x表示阀芯的实际位置，α表示先导控制棒的实际转角位置。控制器15从飞控计算机接收阀芯5的位置指令xin，与阀芯位移传感器10反馈的阀芯实际位置x比较，得到阀芯位置误差，经过阀芯位置闭环控制，得到先导控制棒的转角指令αin， 该指令与角度位移传感器1反馈得到的先导控制棒实际转角α比较，得到转角误差，经过先导控制棒转角闭环控制得到控制器输出电压U，驱动旋转音圈电机2运动，驱动先导控制棒运动，完成闭环控制。旋转音圈电机2驱动先导控制棒401旋转一定的角度，先导控制棒401的转角变化改变液压阻尼全桥的平衡，在螺旋全桥先导级4的活塞403两侧产生压差推动先导活塞402与阀芯5运动，实现伺服阀功能。阀芯5的运动对液压阻尼全桥起机械负反馈的作用，在阀芯5滑动一定距离之后，先导液压阻尼全桥又重新平衡。

Claims (4)

1.一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，包括阀芯(5)、阀套(6)、阀体(7)，其特征在于，还包括角度位移传感器(1)、旋转音圈电机(2)、电机连接装置(3)、螺旋全桥先导级(4)、阀芯防转装置(8)、位移传感器敏感面(9)、阀芯位移传感器(10)和控制器(15)；
阀芯(5)的一端与螺旋全桥先导级(4)的先导活塞固连，另一端加工有一个滑块，滑块嵌在阀芯防转装置(8)的滑槽里；螺旋全桥先导级(4)的先导控制棒通过电机连接装置(3)与旋转音圈电机(2)连接；所述旋转音圈电机(2)连接角度位移传感器(1)；阀芯(5)靠近阀芯防转装置(8)的一端与位移传感器敏感面(9)的非平面的一端固连；所述的阀芯位移传感器(10)与位移传感器敏感面(9)的平面一端相对，并固定在阀体(7)的端盖上；所述角度位移传感器(1)、旋转音圈电机(2)、阀芯位移传感器(10)、都通过电缆与控制器(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，其特征在于，所述的螺旋全桥先导级(4)由先导控制棒、先导活塞和活塞筒组成，先导控制棒一端开有螺旋槽，通过控制先导控制棒旋转，螺旋槽分别和先导活塞上的活塞两侧成一定距离和角度的通油孔相交有小的弓形面积形成可变节流孔，可变节流孔与处于活塞筒上活塞两侧的固定节流孔形成液压阻尼全桥结构先导控制棒的旋转导致液压阻尼全桥失去平衡，在活塞两侧产生压差，推动先导活塞运动。
3.根据权利要求1所述的一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，其特征在于，所述的阀体(7)上有四个油口：控制油口PA、供油口PS、控制油口PB、回油口PT，呈菱形分布。
4.根据权利要求1所述的一种采用旋转音圈电机驱动的液压全桥螺旋先导伺服阀，其特征在于，所述的控制器(15)实现伺服阀阀芯的位置闭环，采用先导控制棒转角闭环控制或阀芯位置闭环控制的闭环反馈控制、或者先导控制棒转角闭环控制和阀芯位置闭环控制的双闭环反馈控制。
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