CN202707662U

CN202707662U - 一种基于超磁致伸缩电－机械转换器gma的两级电液伺服阀

Info

Publication number: CN202707662U
Application number: CN 201220442708
Authority: CN
Inventors: 王传礼; 周禾清; 邓海顺; 刘浩; 邱大龙
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-01
Filing date: 2012-09-01
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种基于超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀，属于液压伺服控制技术领域。包括阀体（3）、阀芯（4）、左喷嘴（6）、右喷嘴（7）、铰接挡板（11）、反馈杆（5）和超磁致伸缩驱动器。上述超磁致伸缩驱动器包括左端盖（9）、对中调节螺钉（8）、对中弹簧（10）、端盖（13）、右端盖（21）、蝶形弹簧（14）、输出杆（15）、调节螺钉（22）和超磁致伸缩棒（19）。所述输出杆（15）与铰接挡板（11）相连，通过一端固定的铰接挡板（11）实现位移的放大和传递。通过具有位移放大功能的铰接挡板（11）及反馈杆（5）与喷嘴－挡板阀前置级和滑阀功率级构成一个力反馈二级伺服阀。基于超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀具有响应快、频响高、控制流量大等特点。

Description

一种基于超磁致伸缩电-机械转换器GMA的两级电液伺服阀

技术领域

本发明涉及液压伺服控制技术领域，具体地说是一种超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀。

背景技术

电液伺服阀是电液伺服系统的核心部分，连接着电气元件和液压机械元件，其性能的好坏将直接影响整个系统的工作性能。传统的电液伺服阀以电磁力矩马达作为驱动方式，由于其体积重量大、工作频宽有限、能量密度小、响应速度慢、抗干扰能力差，已不能满足现代工业对流体控制系统的要求。要提高电液伺服控制系统的性能，必须提高其电—机械转换器的频宽和响应速度。随着先进制造技术、微电子技术的发展以及新型功能材料的应用，使高频响应电—机转换器的出现和应用成为现实。目前微位移驱动器的研究主要集中在电致伸缩材料PMN和形状记忆合金SMA的运用上，基于电致伸缩材料PMN的驱动器工作频宽较高，但是输出位移较小，工作时存在漂移和滞回，稳定性不好。基于形状记忆合金SMA的转换器具有较大的输出位移，但存在响应速度慢，变形不连续，无法精确控制等缺点。而超磁致伸缩材料GMM的出现为微位移驱动器提供了一个更好的选择，基于超磁致伸缩材料GMM的新型驱动器器具有磁致伸缩应变大、输出力大、能量传输密度高和易于微型化等优点，特别是其响应速度非常快，一般在几十毫秒以下，甚至达到微秒级。因此把超磁致伸缩材料引入电液伺服阀中，可以从根本上提高电液伺服阀的响应速度。

发明内容

本发明的目的是针对现有传统电液伺服阀存在的缺陷，利用超磁致伸缩材料的特性，提出一种新型的两级电液伺服阀，以期提高电液伺服阀的响应速度、频宽和简化伺服阀的机体结构等。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀，其结构特点在于：由超磁致伸缩驱动器、喷嘴－挡板阀前置级和滑阀功率级组成，所述的超磁致伸缩驱动器由对中调节螺钉、左端盖、对中弹簧、密封圈、端盖、蝶形弹簧、输出杆、线圈骨架、驱动线圈、偏置线圈、超磁致伸缩棒、壳体、后端盖和调节螺钉组成；所述对中调节螺钉表面涂有一层密封胶与左端盖螺纹连接，螺钉凸台上套有对中弹簧；超磁致伸缩棒置于工字型线圈骨架中心孔内，线圈骨架外绕有驱动线圈，驱动线圈外绕有偏置线圈，线圈骨架、驱动线圈和偏置线圈都安装在壳体内部，所述的偏置线圈通入电流产生可调偏置磁场，保证超磁致伸缩棒工作在线性区域，消除倍频现象，产生预伸长量；驱动线圈通入电流产生驱动磁场，使超磁致伸缩棒磁化并产生磁致伸缩；超磁致伸缩棒右端与调节螺杆连接，调节螺杆与后端盖螺纹连接，超磁致伸缩棒的左端连接输出杆，输出杆的凸台连接蝶形弹簧小径端，蝶形弹簧大径端连接端盖；

所述的喷嘴－挡板阀前置级由铰接挡板、反馈杆、左喷嘴、右喷嘴组成；反馈杆与铰接挡板为一体结构，铰接挡板的上端铰接在壳体上，铰接挡板中端连接输出杆；

所述的滑阀功率级由阀体、阀芯；阀芯置于阀体内，阀体与壳体固定连接，反馈杆的下端与阀芯无缝隙啮合；功率级滑阀阀芯开有左阀芯端部腔和右阀芯端部腔，并分别通过左节流孔、右节流孔与进油口Ps连通，左阀芯端部腔与左喷嘴连通，右阀芯端部腔与右喷嘴连通。

本发明所述的调节螺杆、输出杆、蝶形弹簧、端盖和右端盖构成预压调节机构，预压力的施加可以让GMM棒内磁畴垂直于轴线方向，可以增加磁致伸缩应变，提高GMM电—机转换器的转换效率；

所述的铰接挡板和反馈杆构成位移放大机构，实现位移的放大输出；

所述的超磁致伸缩棒的长度小于线圈骨架的长度，可以提高GMM棒轴向磁场的均匀度，减小边缘效应；

本发明电液伺服阀的工作过程，可通过机械调节方式和电子调节方式进行铰接挡板的零位调节，以调节铰接挡板与左喷嘴、右喷嘴之间的零位间隙。机械调节可以通过对中调节螺钉和调节螺钉改变铰接挡板的初始位置，从而调节喷嘴与挡板之间的零位间隙；电子调节时，改变偏置线圈的输入电流的大小，调节偏置磁场的大小，使输出杆产生预伸长量，进而调节铰接挡板的初始位置。

本发明与现有技术相比，具有的有益的效果是：

1、提供了一种由超磁致伸缩转换器驱动的新型两级电液伺服阀，相比于传统的动圈式力马达驱动的电液伺服阀，其电—机械转换器不是采用传统的永磁力马达，而是采用新型的超磁致伸缩驱动器，相比于传统的力马达驱动方式，具有响应速度快、频响高等特点；

2、提供了一种机械输出调节和电子输出调节的调节方式，通过对中调节螺钉、对中弹簧、输出杆、蝶形弹簧、调节螺钉、前端盖和后端盖可实现超磁致伸缩棒的预压力施加和伺服阀零位的精确调节。具有预压力大小和伺服阀零位调节方便的特点；

3、提供了一种新型的位移放大方式，利用杠杆原理将位移放大，具有位移放大倍数高，响应快，控制流量大、结构简单等特点；

因此本发明可应用于高频响、大流量的液压伺服控制系统中。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图中：1、左节流口，2、左阀芯端部腔，3、阀体，4、阀芯，5、反馈杆，6、左喷嘴，7、右喷嘴，8、对中调节螺钉，9、左端盖，10、对中弹簧，11、铰接挡板，12、密封圈，13、端盖，14、蝶形弹簧，15、输出杆，16、线圈骨架，17、驱动线圈，18、偏置线圈，19、超磁致伸缩GMM棒，20、壳体，21、右端盖，22、调节螺钉，23、右阀芯端部腔，24、右节流口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如附图所示，超磁滞伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀由超磁致伸缩驱动器、喷嘴—挡板阀前置级、滑阀功率级三大部分组成。超磁致伸缩驱动器的作用是将电流信号转换成喷嘴挡板式液压放大器的挡板的偏移。

首先通过调节螺钉22对超磁致伸缩GMM棒19施加预压力，偏置线圈18中通入一定大小的电流，消除倍频现象，使超磁致伸缩GMM棒19磁致伸缩应变处于线性区域，并保证超磁致伸缩GMM棒19工作在选择好的静态压力状态下，此时铰接挡板11可通过对中调节螺钉8和对中弹簧10调节以保证满足喷嘴挡板的零位间隙要求。

如附图所示，在超磁致伸缩驱动器的驱动线圈17中通入一定频率的交流电i，当电流i的方向与偏置线圈18通入的电流方向一致时，产生的磁场叠加，使超磁致伸缩GMM棒19被磁化，在有预伸长量的基础上发生长度变化，因超磁致伸缩GMM棒19右端被调节螺钉22固定，则向左端伸长输出，推动位移放大机构铰接挡板11偏移，实现位移的放大输出，此时输出杆15通过压缩蝶形弹簧14和对中弹簧10输出向左的位移x_d和力F_d。铰接挡板11与反馈杆5为一体结构，铰接挡板11的偏移使得反馈杆5发生变形，产生与F_d相反的回复力F_d。当输出杆15的输出力F_d大小与反馈杆5的回复力F_d大小相等时，铰接挡板停止偏移，并保持在此位置。

如附图所示，铰接挡板11的两侧分别是左喷嘴6和右喷嘴7，铰接挡板11的向左偏移偏移使得喷嘴挡板阀右侧间隙增大，左侧间隙减小，从动力源来的工作介质经左节流孔1和右节流口24、阀芯端部腔2和23及喷嘴挡板间的节流缝隙流回油箱时，在左喷嘴6和右喷嘴7的前腔中形成压力差P_c=P₁-P₂。阀芯4在压力差P_c的作用下向右偏移，同时带动反馈杆5小球右移，反馈杆5继续变形，同时铰接挡板11也被部分的被拉回中位，起到一定的负反馈作用。随着反馈杆5端部右移进一步变形，铰接挡板11的偏移减小，趋于中位，这时控制压力P₁减小，P₂增大，当阀芯4两端的液压力与反馈杆5变形对阀芯4产生的反作用力以及滑阀的液动力相平衡时，阀芯4停止运动。阀芯4的偏移输出对应的负载压力为P_L=P_b–P_a的工作介质去驱动执行元件。当驱动线圈17中通入的电流为i＝0时，输出杆15在蝶形弹簧14和对中弹簧10的作用下，重新回到平衡位置，此时输出的负载压力P_L也为零。

而当驱动线圈13中通入与偏置线圈14相反的电流时，同理产生向右的位移x_d和力F_d，铰接挡板向右偏移，使得喷嘴挡板阀左侧间隙增大，右侧间隙减小，右阀芯端部腔腔23压力P₂大于左阀芯端部腔腔2压力P₁，推动阀芯左移，输出对应的负载压力P_L。基于超磁致伸缩驱动器的电液伺服阀具有高频响、响应速度快等特点，能满足现代工业对流体控制系统的要求。

Claims

1.一种基于超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀，其特征在于：包括超磁致伸缩驱动器、喷嘴－挡板阀前置级和滑阀功率级，其中：

所述的超磁致伸缩驱动器包括：对中调节螺钉（8）、左端盖（9）、对中弹簧（10）、密封圈（12）、端盖（13）、蝶形弹簧（14）、输出杆（15）、线圈骨架（16）驱动线圈（17）、偏置线圈（18）、超磁致伸缩棒（19）、壳体（20）、右端盖（21）和调节螺钉（22）；所述对中调节螺钉（8）表面涂有一层密封胶与左端盖（9）螺纹连接，螺钉凸台上套有对中弹簧（10）；超磁致伸缩棒（19）置于工字型线圈骨架（16）中心孔内，线圈骨架（16）外绕有驱动线圈（17），驱动线圈（17）外绕有偏置线圈（18），线圈骨架（16）、驱动线圈（17）和偏置线圈（18）都安装在壳体（20）内，所述的偏置线圈（18）通入电流产生可调偏置磁场，保证超磁致伸缩棒（19）工作在线性区域，消除倍频现象，产生预伸长量；所述驱动线圈（17）通入电流产生驱动磁场，使超磁致伸缩棒（19）磁化并产生磁致伸缩；所述超磁致伸缩棒（19）右端与调节螺钉（22）连接，调节螺杆（22）与右端盖（21）螺纹连接，超磁致伸缩棒的左端连接十字型输出杆（15），输出杆（15）的凸台连接蝶形弹簧（14）小径端，蝶形弹簧（14）大径端连接端盖（13）；

所述的喷嘴－挡板阀前置级包括：铰接挡板（11）、反馈杆（5）、左喷嘴（6）和右喷嘴（7）；反馈杆（5）与铰接挡板（11）为一体结构，铰接挡板（11）的上端铰接在壳体（20）上，铰接挡板（11）中端与输出杆（15）左端连接；

所述的滑阀功率级包括：阀体（3）和阀芯（4）；阀芯（4）置于阀体（3）内，阀体（3）与壳体（20）固定连接，反馈杆（5）的下端与阀芯（4）无缝隙啮合；功率级滑阀阀芯（4）两端开有左阀芯端部腔（2）和右阀芯端部腔（23），并分别通过左节流孔（1）、右节流孔（24）与进油Ps连通，左阀芯端部腔（2）与左喷嘴（6）连通，右阀芯端部腔（23）与右喷嘴（7）连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩电－机械转换器GMA的两级电液伺服阀，其特征在于：所述的超磁致伸缩棒（19）的长度小于线圈骨架（16）的长度。