CN202510446U

CN202510446U - 一种超声波液压阀

Info

Publication number: CN202510446U
Application number: CN2012201357173U
Authority: CN
Inventors: 李伟波; 张华芳
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-31

Abstract

本实用新型涉及一种超声波液压阀，包括电液比例阀，电液比例阀包括阀体、阀芯、放置阀芯的阀腔和比例电磁铁。还包括超声波发生器和超声换能器，超声波发生器和超声换能器成对设置，超声波发生器的输出端与超声换能器的两电极电连接。超声换能器共偶数个，固定并相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称安装于电液比例阀阀体的侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且各轴心线处于同一平面。采用该技术方案，能够利用超声振动修复由污染和径向力不平衡造成的卡涩、卡紧故障，且结构简单、成本低廉。

Description

一种超声波液压阀

技术领域

本实用新型涉及一种液压阀，特别是一种利用超声振动修复由污染和径向力不平衡造成卡涩卡紧故障的超声波液压阀。

背景技术

滑阀机构是各类液压阀中采用最多的一种结构形式，滑阀由阀体、阀芯和阀腔三个主要部件构成，通过改变阀芯在阀体阀腔里的位置，滑阀可以实现流体流向的改变及通断。滑阀卡涩甚至卡紧故障是液压系统中最为常见的故障和失效形式之一，一般可分为液压卡涩、卡紧和机械卡涩、卡紧两大类。通俗讲，卡涩是指正常工况和卡紧之间的中间状态，卡紧就是阀芯不能动了，卡涩是指阀芯移动困难，不如正常工作时顺畅，是卡紧的前兆，及时解决可以避免卡紧的发生。

其中，液压卡涩、卡紧主要是由于机加工造成阀芯几何形状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力引起的，而机械卡涩、卡紧则主要是由于运行现场的颗粒污染物在滑阀间隙逐渐淤积而引起的。在阀芯和阀体构成的径向间隙两端有恒定的压差，当液压油把污染颗粒带入间隙时，因间隙流道孔壁的表面还具有捕获污染颗粒的能力——深度型过滤效应而不断捕获污染颗粒，并发生污染颗粒截留，从而产生污染卡紧力。简单说，即污染卡紧是机械卡紧的主要类型，径向力不平衡是造成液压卡紧的主要原因。而卡涩往往由轻度污染卡紧或径向力不平衡造成，阻力较小。

现有技术中，排除上述两种故障的方法主要有两种：一是在加工和现场运行过程中采取措施，减少发生故障的几率，比如在系统中安装精过滤器、阀芯上合理开设均压槽、严格加工装配质量等；另一种方法就是在线实时故障诊断和故障排除。

针对上述问题，HERION公司设计制造的一种电磁换向阀，除了它的工作阀芯外，还有一个“击锤”阀芯。正常工作时，“击锤”阀芯不动作，当阀芯因卡紧无法归位时， “击锤”阀芯在弹簧力作用下敲击工作阀芯，使其回位。这一方案的局限性在于，由于是靠上电时压缩机械弹簧来获得敲击能量，“击锤”阀芯只有一次敲击动作，而且是单向的，无法确保故障排除，也无法应用于伺服、比例阀控制系统。

浙江大学的李伟教授据此提出了一种“电击锤”的设想，在确认卡紧故障发生的时候，将“电击锤”电路的输出信号接入与相应的放大器，使之产生大幅度交变电流信号，多次双向地“敲击”卡紧的阀芯。这一思路的局限性在于，仅靠阀体自身的电磁力有时候无法克服卡紧力，且电信号的急剧变化也会对系统的正常工作产生干扰。

有鉴于此，本发明人结合从事液压阀领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波液压阀，能够利用超声振动修复由污染和径向力不平衡造成的卡涩、卡紧故障，且结构简单、成本低廉。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种超声波液压阀，包括电液比例阀，电液比例阀包括阀体、阀芯、放置阀芯的阀腔和比例电磁铁。还包括超声波发生器和超声换能器，超声波发生器和超声换能器成对设置，超声波发生器的输出端与超声换能器的两电极电连接。超声换能器共偶数个，固定并相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称安装于电液比例阀阀体的侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且各轴心线处于同一平面。

进一步，所述超声换能器共2个，分别安装于电液比例阀阀体的上下侧面。从而更有利于安装，且成本更加低廉而修复效果较佳。

进一步，所述超声换能器共4个，分别安装于电液比例阀阀体的上下左右四个侧面。从而更有利于安装，且成本更加低廉而修复效果更佳。

进一步，所述超声换能器安装于电液比例阀阀体侧面的出油口侧。由于污染颗粒一般在阀体内低压一侧淤积，相应的超声换能器安装在阀体侧面靠近出油口一端，其修复机械卡涩、卡紧故障的效果更佳。

进一步，所述超声换能器安装于电液比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。由于径向不平衡压力的产生主要在阀芯与阀腔相接触的区域，相应的超声换能器安装在阀体上阀芯的对应区域，其修复液压卡涩、卡紧故障的效果更佳。

进一步，还包括可控制超声波发生器工作的控制装置，所述控制装置为手动或电动控制。从而更便利修复卡涩、卡紧故障，且成本更加低廉。

本实用新型解决机械卡涩、卡紧故障的工作原理如下：

当电液比例阀产生机械卡涩、卡紧故障时，和阀体阀芯的间隙尺寸接近的污染颗粒因阀体和阀芯表面不平而滞留形成大颗污染颗粒，同时较小颗粒被截留在大颗粒间，构成动态生长污粒饼，两者共同作用形成常见的污染卡紧。由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到液压油中，超声波在液压油中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压，破坏大颗污染颗粒和污粒饼，并使他们分散成小颗粒融于液压油中，并随油液循环被带离滑阀机构，从而达到清洁油液和解除卡紧故障的目的。当为严重程度较轻的机械卡涩时，则只要启动一对对应的超声换能器，当为严重程度较重的机械卡紧时，则可启动两对以上对应的超声换能器。

本实用新型解决液压卡涩、卡紧的工作原理如下：

电液比例阀产生液压卡涩、卡紧故障的原因是因机加工造成阀芯几何性状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力，使阀芯压向阀体壁面，最终产生液压卡涩、卡紧。当存在严重的液压卡紧时，本发明在阀体侧面对称均匀布置偶数个超声换能器，给它们施加同样的超声波驱动信号，就会在阀体内表面产生振动，从而对阀芯形成均匀的悬浮力。由于液压卡紧会引起阀芯偏心，压向某一侧壁面，该侧和阀芯之间的间隙变小，而对面一侧和阀芯之间的间隙变大。此时，在间隙变小的一侧，由于超声波辐射压的作用增强，对阀芯的作用力将变大，而对面一侧超声波辐射压对阀芯的作用力将变小，在同一轴线上就会产生两倍的作用力将阀芯朝间隙变大的一侧推，直到两侧间隙近似相等为止。作为优选，四个侧面对称均匀布置四个超声换能器可以保证阀芯基本在中轴线上，阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数显著降低，可以避免阀芯被压在阀体内壁上无法动作，从而达到解决液压卡紧的目的。解决液压卡涩的原理同上，只是由于液压卡涩的严重程度较液压卡紧轻，所以只要启动一对对应的超声换能器即可。

采用本技术方案，本实用新型取得以下有益技术效果：1、利用超声波的空压效应粉碎大颗污染颗粒和污粒饼，从而有效排除机械卡涩、卡紧故障；2、利用超声波辐射压降低阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数并使阀芯悬浮于阀腔中轴线附近，从而有效排除液压卡涩、卡紧故障；3、采用超声处理卡涩、卡紧故障，使用方便、效果好从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；4、与现有的类似功能装置相比，结构简单、成本低廉而使用效果好。

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为超声波发生器和超时换能器与滑阀机构连接的轴向剖视图；

图3为超声波发生器和超声换能器与滑阀机构连接的径向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施进一步详细的描述。

在下述实施例中，超声波发生器采用的是KMD-1000，生产厂商深圳市科美达超声波设备有限公司，超声换能器采用的是YP-7015-4Z，生产厂商杭州成功超声设备有限公司，电液比例阀采用的是QVKZOR，生产厂商ATOS，代理厂商上海科先国际贸易公司，

实施例1：卡涩故障检测和自修复

参照图1和图2，一种超声波液压阀，包括电液比例阀30，电液比例阀30包括阀体35、阀芯34、放置阀芯的阀腔33和比例电磁铁24。还包括超声波发生器2和超声换能器3，超声波发生器2和超声换能器3成对设置，超声波发生器2的输出端与超声换能器3的两电极电连接。超声换能器共偶数个，固定并相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称安装于电液比例阀阀体的侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且各轴心线处于同一平面。

在本实施例中，超声换能器共2个，安装于电液比例阀阀体的上下侧面。从而更有利于安装，且成本更加低廉而修复效果较佳。具体如下，超声波发生器6的输出端与超声换能器7的两电极电连接，超声换能器7固定连接在电液比例阀阀体35的上侧面；超声波发生器8的输出端和超声换能器9的两电极相连，超声换能器9固定连接在电液比例阀30阀体35的下侧面；这两个超声换能器的轴心线和电液比例阀30阀腔33的中轴线垂直相交且相对于中轴线对称安置于出油口一侧，两轴心线处于同一平面。在本实施例中，超声换能器由中央压电陶瓷元件，前后金属盖板，预应力螺杆，电极片以及绝缘管组成。超声波发生器和超声换能器采用2芯或4芯的航空插头来连接。由于本技术方案要求超声换能器对称安装，如果电液比例阀的阀体的上下左右四侧面厚度并非以阀腔的中轴线对称设计，则在阀体较薄一侧可以超声换能器加垫层的形式进行克服。垫层的材料不做限制，只要其不影响如前述本技术方案的工作原理即可。

在本实施例中，选择将超声换能器安装在阀体侧面靠近出油口侧，由于污染颗粒一般在阀体内低压一侧淤积，所以其修复机械卡涩、卡紧故障的效果更佳。

另外，为控制超声波发生器工作，还可以安装可控制超声波发生器工作的控制装置1，该控制装置可以为手动或电动控制。从而更便利修复卡涩、卡紧故障，且成本更加低廉。在本实施例中为手动。

实施例2：卡紧故障检测和自修复

参照图1和图3，一种超声波液压阀，包括电液比例阀30，电液比例阀30包括阀体35、阀芯34、放置阀芯的阀腔33和比例电磁铁24。还包括超声波发生器2和超声换能器3，超声波发生器2和超声换能器3成对设置，超声波发生器2的输出端与超声换能器3的两电极电连接。超声换能器共偶数个，固定并相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称安装于电液比例阀阀体的侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且各轴心线处于同一平面。

在本实施例中，所述超声换能器共4个，安装于电液比例阀阀体的上下左右四个侧面。从而更有利于安装，且成本更加低廉而修复效果更佳。具体如下，超声波发生器6的输出端与超声换能器7的两电极电连接，超声换能器7固定连接在电液比例阀阀体35的上侧面；超声波发生器8的输出端和超声换能器9的两电极相连，超声换能器9固定连接在电液比例阀30阀体35的下侧面；超声波发生器10的输出端和超声换能器11的两电极相连，超声换能器11固定连接在电液比例阀30阀体35的左侧面；超声波发生器12的输出端和超声换能器13的两电极相连，超声换能器13固定连接在电液比例阀30阀体35的右侧面；这四个超声换能器两两相对设置，四个超声换能器的轴心线和电液比例阀30阀腔33的中轴线垂直相交，四轴心线处于同一平面。

在本实施例中，选择将超声换能器安装于电液比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。由于径向不平衡压力的产生主要在阀芯与阀腔相接触的区域，所以其修复液压卡涩、卡紧故障的效果更佳。

在本实施例中，除另有表述外，超声波发生器和超声换能器的其他内容，以及控制装置，同实施例1，此处不再赘述。

采用上述技术方案，首先，利用超声波的空压效应粉碎大颗污染颗粒和污粒饼，从而有效排除机械卡涩、卡紧故障；其次，利用超声波辐射压降低阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数并使阀芯悬浮于阀腔中轴线附近，从而有效排除液压卡涩、卡紧故障；第三，采用超声处理卡涩、卡紧故障，使用方便、效果好从而大大提高设备的使用寿命并节能降耗；第四，与现有的类似功能装置相比，结构简单、成本低廉而使用效果好。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims

1.一种超声波液压阀，包括电液比例阀，电液比例阀包括阀体、阀芯、放置阀芯的阀腔和比例电磁铁，其特征在于：还包括超声波发生器和超声换能器，超声波发生器和超声换能器成对设置，超声波发生器的输出端与超声换能器的两电极电连接；超声换能器共偶数个，固定并相对于电液比例阀阀腔的中轴线对称安装于电液比例阀阀体的侧面，超声换能器的轴心线和电液比例阀阀腔的中轴线垂直相交且各轴心线处于同一平面。

2.如权利要求1所述的一种超声波液压阀，其特征在于：所述超声换能器共2个，分别安装于电液比例阀阀体的上下侧面。

3.如权利要求1所述的一种超声波液压阀，其特征在于：所述超声换能器共4个，分别安装于电液比例阀阀体的上下左右四个侧面。

4.如权利要求1或2或3所述的一种超声波液压阀，其特征在于：所述超声换能器安装于电液比例阀阀体侧面的出油口侧。

5.如权利要求4所述的一种超声波液压阀，其特征在于：还包括可控制超声波发生器工作的控制装置，所述控制装置为手动或电动控制。

6.如权利要求1或2或3所述的一种超声波液压阀，其特征在于：所述超声换能器安装于电液比例阀阀体侧面对应阀芯的区域。

7.如权利要求6所述的一种超声波液压阀，其特征在于：还包括可控制超声波发生器工作的控制装置，所述控制装置为手动或电动控制。