背景技术
现有一实用新型专利一,其专利号为CN201220158057.0,本实用新型公开了一种带电子感应开关的插装阀结构,包括插装阀,与插装阀连通并固定在一起的电磁阀以及固定在插装阀上的电子感应器,插装阀的盖板上开有油路A和油路B,油路A将电磁阀与插装阀的油缸的顶部连通,油路B将电磁阀与插装阀油缸的底部连通,电子感应器固定在插装阀盖板上并通过其顶端的感应区感应活塞的运动。
现有一实用新型专利二,其专利号为CN201220415382.0,本实用新型涉及一种电液反馈比例节流插装阀液压控制装置,特别是工程机械中大流量先导阀比例控制流量的液压控制装置设备。它是由主阀套的侧面分别设置主阀进油口和主阀出油口,主阀节流槽一端连通第二号单向阀,另一端连通主阀容腔,控制盖板轴向装置位移反馈杆和位移传感器,先导阀体轴向孔内装置先导阀芯,先导阀芯与螺盖之间装置先导弹簧,控制油口与第一号单向阀连通,第一号单向阀连通主阀容腔,控制油口连通先导阀工作油口,先导阀进油口连通主阀容腔,先导回油口连通先导阀芯一端。
现有一实用新型专利三,其专利号为CN201520577247.X,本实用新型公开了一种直动式电液插装阀,包括阀体、阀套、阀芯和直线电机,所述阀芯上端套于阀体腔中,下端套于阀套腔中,阀体下端和阀套上端接合;所述阀芯上端设有一活塞,所述活塞将阀体腔分隔成上腔和下腔,并且阀芯内设有孔道将阀芯的下端面与所述上腔连通;所述直线电机固定于阀体上端,阀体上端开有上端孔,阀芯上端设有上端杆,所述上端杆与直线电机的驱动杆连接;所述直线电机能够驱动阀芯在阀体和阀套中上下滑动,以连通或截断相应的阀口。
现有一发明专利申请文件,其公布号为CN103644365A,本发明涉及一种插装阀开度限位调节装置。该装置包括壳体、驱动机构、主轴、限位顶杆、阀芯、阀套;驱动机构与主轴一端固定连接,主轴另一端通过螺纹传动副与限位顶杆一端连接,限位顶杆另一端插入阀芯控制腔,壳体与限位顶杆之间设止转机构。先导液压油通过壳体上的油路进入阀芯的控制腔,限位顶杆完全浸没在插装阀控制腔的液压油中,所受到的液压力自动达到平衡。所有轴承、主轴与限位顶杆之间的螺纹传动副均浸没在油液中,实现了自润滑,提高了这些部件的使用寿命和调节精度。
上述的几种插装阀具有下述缺点:
1、上述实用新型专利一属于开关型插装阀,不能实现高精度比例控制;2、上述实用新型专利二采用普通比例阀作其先导阀,因先导阀的比例电磁铁滞环大、线性度差,须在主阀芯上安装位移传感器,并配置专用的数字放大器对主阀芯进行闭环控制,结构复杂,对可靠性有不利影响;3、上述实用新型专利三采用直线电机直接驱动插装阀芯,所需功率较大。直接直线运动式电机技术成熟度和产品工业化水平低,应用比较困难;旋转转直线运动式电机依靠机械螺旋机构将电机旋转转化为直线位移,其机械摩阻力大,易发卡,控制精度及频响较差;4、上述发明专利申请文件所述发明,是用驱动机构带动限位顶杆,来改变阀芯相对于阀套的最大开度,属于开关型插装阀,不能实现高精度比例控制;5、现有比例插装阀采用高精度比例阀作其先导阀,先导阀芯及主阀芯上均须安装位移传感器,并配置专用的数字放大器对两级阀芯进行双闭环控制,机械结构及电控系统复杂,制造困难,使用不便,经济性差。6、现有比例插装阀的插装阀芯与控制活塞为一体结构,不能配用标准插装元件。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数控旋芯式比例插装阀,解决上述现有技术的不足。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种数控旋芯式比例插装阀,其包括伺服电机、支座、控制盖板、旋芯、活塞、插装阀套、插装阀芯;所述控制盖板的中部设有阀腔;所述支座设置在所述控制盖板的上端,所述插装阀套设置在所述控制盖板的下端;所述插装阀套上设有工作油口A、工作油口B,所述插装阀套内设有用于控制工作油口A与工作油口B之间通断的插装阀芯;所述伺服电机设置在所述支座的上端;所述活塞设置在所述阀腔内,所述活塞的下端伸入到所述插装阀套内并与所述插装阀芯抵触连接,所述活塞的上端面与所述阀腔的内壁组成控制腔;所述控制盖板上设有与其阀腔连通的回油油路和压力油油路;所述活塞上设有上下贯通的内腔;所述旋芯的下端置于所述内腔中、并可在所述内腔中转动,所述旋芯的上端伸入到所述支座中并与所述伺服电机的输出轴固定连接;所述活塞上设有用于将所述压力油油路的供油口与所述内腔连通起来的第一辅助油道,所述第一辅助油道靠近所述内腔处设有第一油孔;所述活塞上设有用于将所述回油油路的回油口与所述内腔连通起来的第二辅助油道,所述第二辅助油道靠近所述内腔处设有第二油孔;所述旋芯上设有用于封闭或开启所述第二油孔和第一油孔的多组圆柱面凸起,每组所述圆柱面凸起之间设有与所述控制腔相连通的工作油道。
本实用新型的有益效果是:
1、数控旋芯式比例插装阀采用伺服电机进行电气-机械转换。与现有的比例电磁铁相比,伺服电机线性度好,线性范围无限,便于用数字技术实现高精度开环比例控制。品种规格多,控制灵活,使用方便,可靠性高。
2、数控旋芯式比例插装阀具有高可靠性。一方面,旋芯上的成对油道与活塞上的两对工作油孔均具有中心对称的特质,使作用于旋芯上的径向液压力完全平衡,故旋芯在活塞中的转动像静压轴承一样,摩阻力很小。另一方面,旋芯在活塞中的旋转运动,有利于形成和保持工作间隙中的油膜,有利于克服液压的和机械的卡阻力,从而有效提高了数控旋芯式比例插装阀的整体可靠性。
3、数控旋芯式比例插装阀的旋芯具有较小的转动惯量和负载力矩,因而该比例插装阀可以达到相当的频宽。
4、数控旋芯式比例插装阀可以配用标准插装元件,也可根据需要设计新型插装元件,构成不同品种和功能的数控旋芯式比例插装阀。
5、与现有比例插装阀相比,数控旋芯式比例插装阀可用数字技术实现高精度开环比例控制,机械结构及电控系统简单,标准化程度高,工艺性、经济性好,工作可靠,使用方便,维护简易,可大幅提升国产化水平。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。
如图1、图2所示,一种数控旋芯式比例插装阀,其包括伺服电机1、支座2、控制盖板10、旋芯4、活塞5、插装阀套6、插装阀芯7;控制盖板10的中部设有阀腔;支座2设置在控制盖板10的上端,插装阀套6设置在控制盖板10的下端;插装阀套6上设有工作油口A6.1、工作油口B6.2,插装阀套6内设有用于控制工作油口A6.1与工作油口B6.2之间通断的插装阀芯7;伺服电机1设置在支座2的上端,具体地,伺服电机1的输出轴通过联轴器3与旋芯4固定连接。伺服电机1可以选为步进电机、交流伺服电机1或直流伺服电机1等。
活塞5设置在阀腔内,活塞5的下端伸入到插装阀套6内并与插装阀芯7抵触连接,活塞5的上端面与阀腔的内壁组成控制腔12。
控制盖板10上设有与其阀腔连通的回油油路10.2和压力油油路10.1;压力油油路10.1用于对活塞5及旋芯4的供油,回油油路10.2用于对活塞5及旋芯4的排油。
活塞5上设有上下贯通的内腔;旋芯4设为圆柱状,旋芯4的下端置于内腔中、并可在内腔中转动,旋芯4的上端伸入到支座2中并与伺服电机1的输出轴固定连接。
如图3所示,活塞5上设有用于将压力油油路10.1的供油口与内腔连通起来的第一辅助油道5.1,第一辅助油道5.1靠近内腔处设有第一油孔;活塞5上设有用于将回油油路10.2的回油口与内腔连通起来的第二辅助油道5.2,第二辅助油道5.2靠近内腔处设有第二油孔。上述的第一油孔及第二油孔可以是圆形,也可以是菱形或其他形状。
如图4所示,旋芯4上设有用于封闭或开启第二油孔和第一油孔的多组圆柱面凸起4.2.1,每组圆柱面凸起4.2.1之间设有与控制腔12相连通的工作油道4.2.2。
当数控旋芯式比例插装阀处于图1、图2所示的关闭位置时,第二油孔和第一油孔被旋芯4上的多组圆柱面凸起4.2.1封闭,螺旋油道既不与第一油孔连通,也不与第二油孔连通,工作油口A6.1与工作油口B6.2彼此断开。
当旋芯4自图1、图2所示的关闭位置顺时针旋动一定角度时,螺旋油道连通第二油孔,控制腔12通过螺旋油道、第二油孔、第二辅助油道5.2和回油油路10.2与回油连通,插装阀芯7在工作油口A6.1或工作油口B6.2处压力油的作用下向上移动,打开了工作油口A6.1和工作油口B6.2之间的开口,插装阀芯7带动活塞5向上移动一定距离,第二油孔很快被圆柱面凸起4.2.1遮盖并变小,直到第二油孔重新被旋芯4上的圆柱面凸起4.2.1封闭,插装阀芯即稳定在新的位置;旋芯4再顺时针旋动一定角度时,螺旋油道继续连通第二油孔,控制腔12通过螺旋油道、第二油孔、第二辅助油道5.2和回油油路10.2与回油连通,工作油口A6.1和工作油口B6.2之间的开口被开启更大,插装阀芯7带动活塞5再向上移动一定距离,第二油孔很快又被圆柱面凸起4.2.1遮盖并变小,直到第二油孔再次被旋芯4上的圆柱面凸起4.2.1封闭,插装阀芯即稳定在新的位置。旋芯4持续顺时针旋动,直到工作油口A6.1和工作油口B6.2之间的开口被完全开启,数控旋芯式比例插装阀即处于图6、图7所示的开启位置。
当旋芯4自图6、图7所示的开启位置逆时针旋动一定角度时,螺旋油道连通第一油孔,压力油通过压力油油路10.1、第一辅助油道5.1、第一油孔和螺旋油道进入控制腔12,活塞5在压力油的作用下,克服作用于插装阀芯7上的向上的油压力,推动插装阀芯7一起向下移动一定距离,第一油孔很快被圆柱面凸起4.2.1遮盖并变小,直到第一油孔重新被旋芯4上的圆柱面凸起4.2.1封闭,插装阀芯即稳定在新的位置;旋芯4再逆时针旋动一定角度时,螺旋油道继续连通第一油孔,压力油通过压力油油路10.1、第一辅助油道5.1、第一油孔和螺旋油道进入控制腔12,活塞5在压力油的作用下向下继续移动一定距离,第一油孔很快又被圆柱面凸起4.2.1遮盖并变小,直到第一油孔再次被旋芯4上的圆柱面凸起4.2.1封闭,插装阀芯即稳定在新的位置。旋芯4持续逆时针旋动,直到工作油口A6.1和工作油口B6.2之间的开口被完全关闭,数控旋芯式比例插装阀又恢复到图1、图2所示的关闭位置。
需要说明的是,上述插装阀芯7的开启对应旋芯4顺时针转动或插装阀芯7的关闭对应旋芯4逆时针转动的对应关系没有硬性要求,可以根据圆柱面凸起4.2.1与第一油孔和第二油孔的位置关系进行适应修改。
为了实现当工作油口A6.1、工作油口B6.2和压力油油路10.1均未通压力油时,插装阀芯7保持全关位置。本实用新型还包括弹簧座9和弹簧8;弹簧座9设置在支座2内;弹簧8设置在支座2内,弹簧8的上端与伺服电机1抵触连接,弹簧8的下端与弹簧座9抵触连接,这样弹簧8被安装在伺服电机1与弹簧座9之间;活塞5的上端设有伸入到支座2内的凸台5.3,凸台5.3的上端面与弹簧座9抵触连接,且凸台5.3上设有将内腔与控制腔12连通的通孔。当工作油口A6.1、工作油口B6.2和压力油油路10.1均未通压力油时,弹簧8的弹力作用在弹簧座9上,弹簧座9通过凸台5.3向下推动活塞5,活塞5在弹簧座9推动力的作用下推动插装阀芯7将工作油口A6.1和工作油口B6.2之间的开口关闭。
为了使得活塞5受到的径向液压力完全平衡,最好第一辅助油道5.1在靠近压力油油路10.1的供油口处设有环形凹槽5.4,第二辅助油道5.2在靠近回油油路10.2的回油口处设有卸油槽5.5。具体的,为了进一步提高旋芯4受到的径向液压力的平衡性,第一辅助油道5.1成对设置,第一油孔按中心对称原则成对设置;第二辅助油道5.2成对设置,第二油孔按中心对称原则成对设置。改变的第一油孔或第二油孔的形状与大小,可使第一油孔或第二油孔具有所需的面积梯度,使活塞5具有不同的动态特性。
本实用新型旋芯4的具体结构可以作如下优化:
旋芯4的两端设为密封段4.1,两个密封段4.1与内腔之间均为间隙密封;旋芯4的中部设为工作段4.2,多组圆柱面凸起4.2.1设置在工作段4.2上;两个密封段4.1与工作段4.2之间均设有退刀槽4.3;工作油道4.2.2设置在工作段4.2上,且连通两个退刀槽4.3。活塞上端凸台5.3上的通孔设置在靠近旋芯最上端的退刀槽4.3处,最上端的退刀槽4.3通过与凸台5.3上的通孔与控制腔12连通。
具体地,本实用新型的圆柱面凸起4.2.1设为一组,一组圆柱面凸起4.2.1设有两个圆柱面凸起4.2.1,工作油道4.2.2设为双螺旋槽结构,两个圆柱面凸起4.2.1呈双螺旋结构,上述的圆柱面凸起4.2.1和工作油道均为中心对称,这样整个工作段4.2呈中心对称结构,中心对称可以使得旋芯4受到的径向液压力完全平衡,减少其运动摩阻力,提高工作的可靠性。
如图4所示,具体地,本实用新型的圆柱面凸起4.2.1设为一组,一组圆柱面凸起4.2.1设有两个圆柱面凸起4.2.1,两个圆柱面凸起4.2.1呈双螺旋结构,两个圆柱面凸起4.2.1之间的间隙构成上述工作油道4.2.2,整个工作段4.2呈中心对称结构,中心对称可以使得旋芯4受到的径向液压力完全平衡,减少其运动摩阻力,提高工作的可靠性。
如图5所示,具体地,本实用新型的圆柱面凸起4.2.1设为两组,圆柱面凸起4.2.1可以根据结构的需要设为三组或四组等,每组圆柱面凸起4.2.1设有两个圆柱面凸起4.2.1,每组的两个圆柱面凸起4.2.1呈双螺旋结构,每组的两个圆柱面凸起4.2.1之间的间隙和两组圆柱面凸起4.2.1之间的间隙构成上述工作油道4.2.2,整个工作段4.2呈中心对称结构,中心对称可以使得旋芯4受到的径向液压力完全平衡,减少其运动摩阻力,提高工作的可靠性。
具体的,控制盖板10上设有用于约束活塞5只能作直线位移而不能旋转的导向销11。
本实用新型中的插装阀套6和插装阀芯7可以在现有标准插装件中选用,也可根据需要设计新型插装元件,构成不同品种和功能的数控旋芯式比例插装阀。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。