CN204164069U - 调速电机控制的无泄漏伺服阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动力和控制一体化的电液伺服阀，尤其是一种调速电机控制的无泄漏伺服阀，属于电液伺服控制技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述调速电机控制的无泄漏伺服阀，包括调速电机驱动的计量调节机构、控制阀块以及与调速电机相连的高压油泵；位于阀块内的无泄漏阀控制电液伺服阀出油的多少与方向；而无泄漏阀的开关完全取决于平衡活塞和高压油泵；由于平衡活塞和高压油泵受调速电机驱动的计量调节机构控制，因此使得无泄漏阀的进出油量与调速电机的转速和转向呈正比。本实用新型实现动力驱动和伺服控制的一体化，解决了伺服阀存在内泄漏大、效率低的缺陷，提高了伺服元件的可靠性。

Description

调速电机控制的无泄漏伺服阀

技术领域

本实用新型涉及一种动力和控制一体化的电液伺服阀，尤其是一种调速电机控制的无泄漏伺服阀，属于电液伺服控制技术领域。

背景技术

电液伺服阀是电液伺服控制系统中的核心液压元件，是电器控制信号与液压动力驱动之间的转换环节。通常的电液伺服阀是依靠力矩马达、力马达或比例电磁铁等驱动的一个滑阀，由于滑阀存在泄漏，因此通常的伺服阀空耗较大，效率很低。同时因为力矩马达或比例电磁铁的驱动能力有限，容易发生阀芯卡阻，使伺服阀的可靠性不如其他液压元件高。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种调速电机控制的无泄漏伺服阀，可实现动力驱动和伺服控制的一体化，解决了伺服阀存在内泄漏大、效率低的缺陷，提高了伺服阀的可靠性。

按照本实用新型提供的技术方案，所述调速电机控制的无泄漏伺服阀，包括阀块以及位于阀块内的无泄漏阀与用于调节所述无泄漏阀开关状态的平衡活塞；平衡活塞的关闭端通过油泵出油管与用于向阀块内泵油的油泵连接，油泵与用于驱动所述油泵的调速电机连接；调速电机与阀块间还设置有油量调节机构，通过油量调节机构使得无泄漏阀的进出油量与调速电机的转速呈正比。

所述油量调节机构包括由调速电机驱动的计量齿轮组，计量齿轮组的排油量为油泵出油量的二倍；计量齿轮组通过第二计量油管与平衡活塞的开启端连接，计量齿轮组通过第一计量油管与阀块内调节活塞安装腔相连通。

所述调节活塞安装腔内安装用于调节进油单向阀开关状态的调节活塞以及用于使得调节活塞往复运动的调节弹簧；进油单向阀与无泄漏阀均位于阀块内；平衡活塞安装于平衡活塞安装腔内，用于安装进油单向阀的进油单向阀安装腔与平衡活塞关闭端腔体相连通。

所述平衡活塞开启端的外侧设置有限压阀与吸油单向阀，所述吸油单向阀的吸油单向阀安装腔与平衡活塞开启端腔体、调节活塞安装腔内的安装腔第二调节部相连通；阀块上设置能向吸油单向阀内进油的吸油油管以及能将调节活塞安装腔内安装腔第二调节部的油输出的回油管，所述第一计量油管与阀块的结合部位于进油单向阀与回油管之间。

所述无泄漏阀通过油缸油管与油缸连接，油泵的进油端通过油泵进油管与油泵油箱连接。

所述调速电机包括伺服电机、步进电机或变频电机，双向出油的油泵包括齿轮泵、叶片泵、高压柱塞泵。

所述吸油油管以及回油管均与吸油油箱连接。

平衡活塞关闭端腔体通过第一连接通道与进油单向阀安装腔相连通；平衡活塞开启端腔体通过第二连接通道与第二计量油管以及吸油单向阀安装腔相连通。

本实用新型的优点：用调速电机直接控制平衡活塞去调节一个无泄漏阀实现伺服控制，同时依靠调速电机直接驱动双向出油的油泵，使泵阀集成在一起，实现了动力驱动和伺服控制一体化；在调速电机正转时，将油泵的油量通过无泄漏阀进入油缸，在调速电机反转时，油泵的油量以及油缸的出油量均通过计量齿轮组再次进入平衡活塞的开启端，以通过平衡活塞控制无泄漏阀的开关状态，彻底解决了伺服阀存在的内泄漏大和可靠性低的缺点，成就了电液伺服系统向低能耗、高可靠的转变。

附图说明

图1为本实用新型的使用状态图。

图2为本实用新型流量特性曲线示意图。

附图标记说明：1-调速电机、2-油泵、3-计量齿轮组、4-无泄漏阀、5-限压阀、6-吸油单向阀、7-进油单向阀、8-平衡活塞、9-调节活塞、10-阀块、11-负载、12-油缸、13-油泵油箱、14-油泵进油管、15-油泵出油管、16-第一计量油管、17-第二计量油管、18-吸油油管、19-吸油油箱、20-回油管、21-调节弹簧、22-回油孔、23-油缸油管、24-调节活塞安装腔、25-第一连接通道、26-平衡活塞安装腔、27-限压阀安装腔、28-吸油单向阀安装腔、29-进油单向阀安装腔、30-无泄漏阀安装腔以及31-第二连接通道。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了实现动力驱动和伺服控制的一体化，解决了伺服阀存在内泄漏大的缺陷，提高伺服阀的可靠性，本实用新型包括阀块10以及位于阀块10内的无泄漏阀4与用于调节所述无泄漏阀4开关状态的平衡活塞8；平衡活塞8的关闭端通过油泵出油管15与用于向阀块10内泵油的油泵2连接，油泵2与用于驱动所述油泵2的调速电机1连接；调速电机1与阀块10间还设置有油量调节机构3，通过油量调节机构使得无泄漏阀4的进出油量与调速电机1的转速呈正比。

具体地，阀块10内设置有无泄漏阀安装腔30，无泄漏阀4安装于无泄漏阀安装腔30内，无泄漏阀4通过油缸油管23与油缸12连接，油缸12上连接有负载11，油缸油管23与无泄漏阀安装腔30相连通。阀块10内设置有平衡活塞安装腔26，平衡活塞8安装于平衡活塞安装腔26内，平衡活塞8的关闭端邻近无泄漏阀4，平衡活塞8的开启端远离无泄漏阀4。平衡活塞8呈T型状，平衡活塞8能在平衡活塞安装腔26内移动。平衡活塞8在平衡活塞安装腔26内将所述平衡活塞安装腔26分隔呈两部分，即与平衡活塞关闭端相对应的部分-平衡活塞关闭端腔体以及与平衡活塞开启端相对应的部分-平衡活塞开启端腔体，平衡活塞关闭端腔体与平衡活塞开启端腔体相互隔离不连通。平衡活塞8的端部能与无泄漏阀4相接触，平衡活塞8与无泄漏阀4同轴分布，平衡活塞8通过与无泄漏阀4的阀芯接触后能压缩无泄漏阀4的弹簧，以打开无泄漏阀4；当无泄漏阀4打开后，无泄漏阀安装腔30与平衡活塞关闭端腔体相连通；当平衡活塞8上的作用力消失后，无泄漏阀4在弹簧作用下复位，实现无泄漏阀4的关闭。

油泵2采用双向出油的油泵结构，即无论驱动调速电机1是正转或反转，油泵2均能通过油泵出油管15向平衡活塞关闭端腔体内泵油。油泵2安装在调速电机1的输出轴上，当调速电机1正转时，油泵2泵入平衡活塞关闭端腔体内的油通过无泄漏阀4以及油缸油管23向油缸12出油，而当调速电机1反转时，油缸12内的油通过油缸油管23向阀块10内进油。

本实用新型实施例中，通过油量调节机构使得无泄漏阀4的进出油量与调速电机1的转速呈正比，具体是指，当调速电机1正转时，通过油量调节机构，使得无泄漏阀4向油缸12的出油量与调速电机1的转速呈正比；而当调速电机1反转时，通过油量调节机构，使得油缸12向无泄漏阀4的进油量也与调速电机1的转速呈正比，如图2所示。当调速电机1的转速与输入信号电压也呈正比时，则对于无泄漏阀4与油缸12之间的流量特性即与典型的伺服阀特性相同，可以用在各种电液伺服系统中。

在具体实施时，所述调速电机1包括伺服电机、步进电机或变频电机，油泵2包括高压齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。当油泵2采用高压柱塞泵时，得到的伺服阀可用于70MPa的高压伺服系统中。

所述油量调节机构包括由调速电机1驱动的计量齿轮组3，计量齿轮组3的排油量为油泵2出油量的二倍；计量齿轮组3通过第二计量油管17与平衡活塞8的开启端连接，计量齿轮组3通过第一计量油管16与阀块10内调节活塞安装腔24相连通。

本实用新型实施例中，计量齿轮组3也安装于调速电机1的输出轴上，即计量齿轮组3与油泵2由调速电机1进行同步驱动，以控制油泵2的出油量与调速电机1的转速呈正比，计量齿轮组3的出油量也与调速电机1的转速呈正比。计量齿轮组3的结构可以是类似现有的齿轮泵结构，但计量齿轮组3在调速电机1正转、反转不同时，计量齿轮组3的出油方向不同，计量齿轮组3的出油量与油泵2出油量间也可以为其他倍数关系，但会导致伺服系统不利的结果，因此，具体实施时，一般将计量齿轮组3的出油量设置为油泵2出油量的二倍，计量调节机构3的具体结构不是本实用新型关注的重点，且具体实施结构也能为本技术领域人员所唯一确定得到，此处不再赘述。

所述调节活塞安装腔24内安装用于调节进油单向阀7开关状态的调节活塞9以及用于使得调节活塞9往复运动的调节弹簧21；进油单向阀7与无泄漏阀4均位于阀块10内的同一端；平衡活塞8安装于平衡活塞安装腔26内，用于安装进油单向阀7的进油单向阀安装腔29与平衡活塞8关闭端对应的平衡活塞安装腔26相连通。

本实用新型实施例中，进油单向阀7安装于进油单向阀安装腔29内，进油单向阀安装腔29与无泄漏阀安装腔30均位于阀块10内，当进油单向阀7关闭时，平衡活塞关闭端腔体内的油不能进入调节活塞安装腔24内。调节活塞9也呈类T字型，调节弹簧21与进油单向阀7分别位于调节活塞9的两端，调节弹簧21的一端与调节活塞安装腔24的底壁相连，另一端伸入调节活塞9内并与调节活塞9连接。调节活塞安装腔24也通过调节活塞9分割成相互隔离的两部分，即分别为安装腔第一调节部与安装腔第二调节部，安装腔第一调节部与安装腔第二调节部相互隔离不相通，安装腔第一调节部邻近进油单向阀7，进油单向阀安装腔29内的油能进入安装腔第一调节部，安装腔第一调节部与安装腔第二调节部的位置区域根据调节活塞9在调节活塞安装腔24内的位置不同而变换，调节弹簧21位于安装腔第二调节部内。第一计量油管16与安装腔第一调节部相连通。调节活塞9与进油单向阀7同轴分布，调节活塞9的端部与进油单向阀7的阀芯接触后能压缩进油单向阀7的弹簧，从而能够打开进油单向阀7。进油单向阀7打开后，进油单向阀安装腔29内的油能通过第一计量油管16进入计量齿轮组3的吸油腔内。

所述平衡活塞8开启端的外侧设置有限压阀5与吸油单向阀6，所述吸油单向阀6的吸油单向阀安装腔28与平衡活塞8开启端对应的平衡活塞安装腔26、调节活塞安装腔24相连通，且当限压阀5打开时，能与限压阀安装腔27相连通；阀块10上设置能向吸油单向阀6内进油的吸油油管18以及能将调节活塞安装腔24内的油输出的回油管20，所述第一计量油管16与阀块10的结合部位于进油单向阀7与回油管20之间。

本实用新型实施例中，吸油单向阀6安装在吸油单向阀安装腔28内，限压阀5安装于限压阀安装腔27内，吸油单向阀安装腔28位于限压阀安装腔27与调节活塞安装腔24之间，且吸油单向阀6位于调节弹簧21的上方，吸油单向阀安装腔28通过管道与安装腔第二调节部相连通。吸油单向阀安装腔27通过第二连接通道31与平衡活塞开启端腔体相连通，第二计量油管17与阀块10的连接结合部与第二连接通道31正对应。限压阀5的阀芯较限压阀5的弹簧邻近平衡活塞8，对于吸油单向阀6而言，吸油单向阀6的弹簧较吸油单向阀6的阀芯更为邻近平衡活塞8。

吸油油管18位于阀块10上，且通过阀块10内的通道能与吸油单向阀安装腔28以及限压阀安装腔27相连通，即当吸油单向阀6打开时，通过吸油油管18将外部的油吸入吸油单向阀安装腔6内，而当限压阀5打开时，将超过设定压力的油通过限压阀安装腔27以及吸油油管18溢流出阀块10外，使得进入第二计量油管17内的油压保持一个稳定值。回油管20用于将进入调节活塞安装腔24内的油释放出阀块10外，回油管20通过阀块10上的回油孔22连接，阀块10上的回油孔22一般情况下被调节活塞9封堵；当调节活塞9在向进油单向阀7运动并打开进油单向阀7时，能够将安装腔第二调节部内的油通过回油孔22、回油管20流出阀块10外。

在具体实施时，平衡活塞关闭端腔体通过第一连接通道25与进油单向阀安装腔29相连通；平衡活塞关闭端腔体通过第二连接通道31与第二计量油管17以及吸油单向阀安装腔28相连通。所述吸油油管18以及回油管20均与吸油油箱19连接。油泵2的进油端通过油泵进油管14与油泵油箱13连接。

本实用新型实施例中，当调速电机1正转时，计量齿轮组3转动后，在阀块10内产生负压，所述负压能使得吸油单向阀6打开并通过吸油油管18将吸油油箱19内的油吸入阀块10内。进入阀块10内的油首先进入吸油单向阀安装腔28内，进入吸油单向阀安装腔28内的油在负压作用下多数进入平衡活塞开启端腔体内，一部分会进入安装腔第二调节部内。进入平衡活塞开启端腔体内的油在计量齿轮组3产生负压的作用下进入第二计量油管17内，并通过计量齿轮组3作用有进入第一计量油管16，从而能进入安装腔第一调节部。进入安装腔第一调节部内的油能推动调节活塞9在调节活塞安装腔24内向远离进油单向阀7的方向运动，即压缩调节弹簧21同时关闭进油单向阀7。

与此同时，油泵2在调速电机1正转作用下，通过油泵进油管14将油泵油箱13内的油吸入，并通过油泵出油管15将油泵入平衡活塞关闭端腔体内。由于进油单向阀7被关闭，平衡活塞关闭端腔体内的油会打开无泄漏阀4，进入无泄漏阀安装腔30内。进入无泄漏阀安装腔30内的油通过油缸油管23进入油缸12内。油泵2输出的油量Q₀=R_V×q通过无泄漏阀4进入油缸12，q为油泵2的每转排量，油缸12的运行速度将与调速电机1的转速R_V成正比，实现了正向的流量比例控制。

当调速电机1反向运转时，计量齿轮组3在调速电机1驱动下将计量齿轮组3吸油腔内的油通过第二计量油管17泵入阀块10内，即进入平衡活塞开启端腔体内，油泵2在调速电机1的驱动下，将油泵油箱13内的油泵入平衡活塞关闭端腔体内。由于计量齿轮组3的每转排量为油泵2的每转排量的两倍，且平衡活塞8在开启端的截面面积，能使得平衡活塞8在平衡活塞安装腔26内向无泄漏阀4运动，以打开无泄漏阀4。当无泄漏阀4打开后，负载11在油缸12内形成的压力P_L使得油缸12内的油流入无泄漏阀安装腔30内，在通过无泄漏阀安装腔30进入平衡活塞关闭端腔体内，再通过第一连接通道25进入进油单向阀安装腔29内。计量齿轮组3在调速电机1的反向运转驱动下，进入安装腔第一调节部内的油进入计量齿轮组3的吸油腔内，调节活塞9在调节弹簧21作用下在调节活塞安装腔24内向进油单向阀7运动，以打开进油单向阀7。

当进油单向阀7打开后，油泵2泵入平衡活塞关闭端腔体以及油缸12流入无泄漏阀安装腔30内的油都会进入进油单向阀安装腔29内，再通过第一计量油管16进入计量齿轮组3的吸油腔内。流经计量齿轮组3的流量受调速电机1转速的限制，只能为Q₂=2q×R_V，其中R_V为调速电机1的转速，q为油泵2的每转排量，2q为计量齿轮组3的排量，如果外负载11的压力P_L使流过无泄漏阀4的流量Q₁增大，则必定会使在平衡活塞8关闭端的压力P₁升高。由于流经无泄漏阀4的油缸12出油流量Q₁受到平衡活塞8的关闭端、开启端的压力差控制，压力差ΔP = P₀-P₁，P₀为平衡活塞8开启端的压力值，压力差ΔP越大，Q₁越大。极端情况下当ΔP=P₀时，无泄漏阀4全部打开；当压力差ΔP=0时，无泄漏阀4关阀。由于计量齿轮组3的出油受限压阀5的限止，当计量齿轮组3的出油超过P₀时，会打开限压阀5，通过限压阀5以及吸油油管18将油溢出，使得平衡活塞8开启端的压力始终为P₀，平衡活塞8关闭端的压力P₁升高必导致ΔP的减小，此时无泄漏阀4在弹簧力的作用下将自动关小，使流量Q₁下降，直至Q₁= R_V×q为止，反之Q₁< R_V×q，则会使ΔP加大，使流量Q₁增加，这样Q₁不断跟踪R_V×q，实现了调速电机1反转时油缸12出油流量Q₁与调速电机1转速成正比的调节关系。

本实用新型用调速电机1直接控制平衡活塞8去调节一个无泄漏阀4实现伺服控制，同时依靠调速电机1直接驱动双向出油的油泵2，使泵阀集成在一起，实现了动力驱动和伺服控制一体化；在调速电机1正转时，将油泵2的油量通过无泄漏阀4进入油缸12，在调速电机1反转时，油泵2的油量以及油缸12的出油量均通过计量齿轮组3再次进入平衡活塞8的开启端，以通过平衡活塞8控制无泄漏阀4的开关状态，彻底解决了伺服阀存在的内泄漏大和可靠性低的缺点，成就了电液伺服系统向低能耗、高可靠的转变。

Claims (8)

1.一种调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：包括阀块（10）以及位于阀块（10）内的无泄漏阀（4）与用于调节所述无泄漏阀（4）开关状态的平衡活塞（8）；平衡活塞（8）的关闭端通过油泵出油管（15）与用于向阀块（10）内泵油的双向出油的油泵（2）连接，油泵（2）与用于驱动所述油泵（2）的调速电机（1）连接；调速电机（1）与阀块（10）间还设置有油量调节机构（3），通过油量调节机构（3）使得无泄漏阀（4）的进出油量与调速电机（1）的转速呈正比。

2.根据权利要求1所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述油量调节机构包括由调速电机（1）驱动的计量齿轮油量调节机构（3），计量齿轮组（3）的排油量为油泵（2）出油量的一倍；计量齿轮组（3）通过第二计量油管（17）与平衡活塞（8）的开启端连接，计量齿轮组（3）通过第一计量油管（16）与阀块（10）内调节活塞安装腔（24）相连通。

3.根据权利要求2所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述调节活塞安装腔（24）内安装用于调节进油单向阀（7）开关状态的调节活塞（9）以及用于使得调节活塞（9）往复运动的调节弹簧（21）；进油单向阀（7）与无泄漏阀（4）均位于阀块（10）内，且调节活塞（9）在阀块（10）内；平衡活塞（8）安装于平衡活塞安装腔（26）内，用于安装进油单向阀（7）的进油单向阀安装腔（29）与平衡活塞关闭端腔体相连通。

4.根据权利要求3所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述平衡活塞（8）开启端的外侧设置有限压阀（5）与吸油单向阀（6），所述吸油单向阀（6）的吸油单向阀安装腔（28）与平衡活塞开启端腔体、调节活塞安装腔（24）内的安装腔第二调节部相连通；阀块（10）上设置能向吸油单向阀（6）内进油的吸油油管（18）以及能将调节活塞安装腔（24）内安装腔第二调节部的油输出的回油管（20），所述第一计量油管（16）与阀块（10）的结合部位于进油单向阀（7）与回油管（20）之间。

5.根据权利要求1所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述无泄漏阀（4）通过油缸油管（23）与油缸（12）连接，油泵（2）的进油端通过油泵进油管（14）与油泵油箱（13）连接。

6.根据权利要求1所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述调速电机（1）包括伺服电机、步进电机或变频电机，油泵（2）和油量调节机构（3）包括齿轮、叶片、柱塞。

7.根据权利要求4所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：所述吸油油管（18）以及回油管（20）均与吸油油箱（19）连接。

8.根据权利要求4所述的调速电机控制的无泄漏伺服阀，其特征是：平衡活塞关闭端腔体通过第一连接通道（25）与进油单向阀安装腔（29）相连通；平衡活塞开启端腔体通过第二连接通道（31）与第二计量油管（17）以及吸油单向阀安装腔（28）相连通。