CN211951627U - 基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，包括：伺服电机、盖板、先导阀芯、主阀芯和阀套。伺服电机驱动先导阀芯转动，固定阻尼孔与可变阻尼孔形成的液压半桥将先导阀芯的转角转化为控制油腔的压力驱动主阀芯运动，主阀芯与先导阀芯之间通过液压半桥的负反馈实现随动控制。伺服电机驱动先导阀芯只需克服较小的惯性力、摩擦力和液压不平衡力，有利于选择较小功率的伺服电机。先导阀芯的全行程的转角较小，有利于缩短先导阀芯的阶跃响应时间。主阀芯的驱动力不受伺服电机的功率制约，主阀芯的行程不受先导阀芯的行程的制约，有利于提高主阀的最大工作压力和最大工作流量。

Description

基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀

技术领域

本实用新型涉及一种基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀。

背景技术

传统的比例插装阀采用电液伺服阀作为先导级，电液伺服阀制造工艺复杂、成本高，同时对油液清洁度要求高，使用成本高、维护困难，阻碍了它们获得更广泛的应用。另外，采用伺服电机和滚珠丝杆直接驱动主阀芯的比例插装阀，相比于传统的比例插装阀虽然简化了结构，但由于电机功率与响应速度成反比，在高压大流量的应用场合下无法兼顾主阀芯所需要的驱动力和响应速度。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种可以解决上述问题的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其结构包括：伺服电机、盖板、先导阀芯、主阀芯和阀套。所述伺服电机外壳与盖板固定连接；所述盖板与阀套固定连接；所述伺服电机的输出轴与先导阀芯固定连接，先导阀芯绕其轴线作旋转运动；所述先导阀芯安装于主阀芯的内孔，先导阀芯外圆与主阀芯内孔间隙配合；所述主阀芯安装于阀套的内孔，主阀芯外圆与阀套内孔间隙配合；所述先导阀芯与主阀芯之间形成可变阻尼孔，可变阻尼孔的过流面积随先导阀芯的转角及主阀芯的轴向位移变化而变化；所述主阀芯顶部形成一个控制油腔；所述控制油腔通过可变阻尼孔与第二主阀口连通；所述控制油腔通过一个包含固定阻尼孔的进油通道与第一主阀口连通。

可选的，所述主阀芯与阀套之间设有导向装置，该导向装置阻止主阀芯绕其轴线作旋转运动，允许主阀芯沿其轴线作直线运动。

可选的，所述先导阀芯只能绕其轴线作旋转运动。

可选的，所述控制油腔由盖板、先导阀芯、主阀芯和阀套包围而成。

可选的，所述控制油腔与第一主阀口之间的进油通道位于主阀芯内。

可选的，所述盖板内具有先导油路，通过外部油路将先导油路与第一主阀口连通，所述先导油路与所述外部油路共同构成控制油腔与第一主阀口之间的进油通道。

本实用新型的有益之处在于：

所提供的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀通过伺服电机驱动先导阀芯转动，先导阀芯与主阀芯之间形成的可变阻尼孔与先导进油通道上的固定阻尼孔一起形成液压半桥，通过液压半桥的输出的高压油驱动主阀芯运动，同时主阀芯与先导阀芯之间通过液压负反馈实现随动控制。伺服电机驱动先导阀芯只需克服较小的惯性力、摩擦力和液压不平衡力的影响，有利于选择较小功率的伺服电机，从而提高伺服电机的响应速度。先导阀芯的全行程转角较小，有利于缩短先导阀芯的阶跃响应时间。上述两个特点有利于提高主阀芯的响应速度；液压半桥将先导阀芯的转角转化为控制油腔的压力，能够为主阀芯提供足够的驱动力，主阀芯的驱动力不受伺服电机的功率制约。主阀芯的行程仅与先导阀芯的导程有关，不受先导阀芯的行程制约。上述两个特点有利于提高主阀口的最大工作压力和最大工作流量。

附图说明

图1(a)和图1(b)为本实用新型两个实施例的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀安装于阀块上的剖视结构示意图；

图2为本实用新型实施例的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀的外观图；

图4为本实用新型实施例的先导阀芯相对于主阀芯的不同工作位置示意图。

盖板1，盖板密封圈2，复位弹簧3，安装孔4，第一阶梯孔5，第二阶梯孔6，第三阶梯孔7，轴承外圈锁紧螺母8，电机座9，联轴器10，伺服电机11，先导阀芯12，轴承内圈锁紧螺母13，角接触球轴承14，格莱圈压板15，轴用旋转格莱圈16，第一通道17，固定阻尼孔18，工艺孔19，工艺堵头20，第二通道21，先导油路22，先导油路密封圈23，控制油腔24，导向螺钉25，导向轴承26，第五通道27，导向槽28，第三通道29，第一主阀口30，第二O型圈31，第四通道32，第二主阀口33，安装沉孔34，主阀芯35，阀套36，第一O型圈37，阀块38，可变阻尼孔39，阀套固定螺钉40。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

如图1(a)所示，一种基于伺服电机11驱动的先导式比例插装阀，包括：伺服电机11、盖板1、先导阀芯12、主阀芯35和阀套36。伺服电机11通过电机座9固定安装至盖板1。盖板1形成有安装孔4。先导阀芯12的一端穿过安装孔4固定连接至伺服电机11的输出轴。先导阀芯12的另一端以间隙配合的方式滑动设于主阀芯35的内孔。先导阀芯12与主阀芯35之间形成通流面积可变的可变阻尼孔39。主阀芯35以间隙配合的方式滑动设于阀套36的内孔。阀套36形成有用于连接应用系统的第一主阀口30、第二主阀口33。盖板1、先导阀芯12、主阀芯35以及阀套36之间共同形成控制油腔24。控制油腔24通过可变阻尼孔39连通第二主阀口33。

作为一种优选的实施方式，如图1(a)所示，盖板1上形成有固定阻尼孔18、用于连接控制油腔24和固定阻尼孔18的第一通道17、用于连接固定阻尼孔18与先导油路22的第二通道21。具体应用时，阀套36安装于阀块38的安装沉孔34内。阀块38形成有用于连接系统与第一主阀口30的第三通道29、用于连接系统与第二主阀口33的第四通道32、用于连接第三通道29和先导油路22的第五通道27。高压油从第三通道29流入之后分为两条支路。第一条支路经过第一主阀口30、第二主阀口33流至第四通道32，第二条支路经过阀块38内的第五通道27、先导油路22、盖板1内的第二通道21、固定阻尼孔18、盖板1内的第一通道17、控制油腔24、可变阻尼孔39、第二主阀口33最终流至阀块38内的第四通道32。

作为另一种优选的实施方式，如图1(b)所示，主阀芯35上形成有固定阻尼孔18＇、用于连接控制油腔24和固定阻尼孔18＇的第一通道17＇、用于连接固定阻尼孔18＇与第一主阀口30的第二通道21＇。具体应用时，阀套36安装于阀块38的安装沉孔34内。阀块38形成有用于连接系统与第一主阀口30的第三通道29、用于连接系统与第二主阀口33的第四通道32。高压油从阀块38内的第三通道29流入第一主阀口30之后分为两条支路。第一条支路经过第一主阀口30、第二主阀口33流至阀块38内的第四通道32，第二条支路经过主阀芯35内的第二通道21＇、固定阻尼孔18＇、主阀芯35内的第一通道17＇、控制油腔24、可变阻尼孔39、第二主阀口33最终流至阀块38内的第四通道32。

作为一种优选的实施方式，固定阻尼孔可以采用一个带有固定直径通孔的螺塞安装在油路上或者在油路上直接加工形成。

作为一种优选的实施方式，主阀芯35的外壁沿主阀芯35的轴线方向形成有导向槽28。阀套36设有用于和导向槽28配合以导向主阀芯35的运动的导向螺钉25。

作为一种优选的实施方式，导向螺钉25与导向槽28配合的一端套设有导向轴承26。

作为一种优选的实施方式，先导阀芯12的上端部形成有外螺纹用于安装将先导阀芯12与轴承内圈沿轴向压紧的轴承内圈锁紧螺母13。

作为一种优选的实施方式，阀套36形成有多个第一主阀口30。第一主阀口30在阀套36的圆周方向上均匀分布。

作为一种优选的实施方式，主阀芯35的上端安装有复位弹簧3，复位弹簧3对主阀芯35施加一个向下的预紧力，当第一主阀口30提供的先导油压力不足时，确保主阀芯35处于最下端位置。

作为一种优选的实施方式，盖板1形成有第一阶梯孔5、第二阶梯孔6和第三阶梯孔7。第一阶梯孔5内设有轴用旋转格莱圈16。第二阶梯孔6内设有格莱圈压板15和角接触球轴承14。第三阶梯孔7内设有轴承外圈锁紧螺母8。轴用旋转格莱圈16、格莱圈压板15、角接触球轴承14和轴承外圈锁紧螺母8在竖直方向自下而上依次排列。轴承外圈锁紧螺母8将轴承外圈和格莱圈压板15一起压紧在盖板1上。轴承内圈锁紧螺母13的将先导阀芯12与角接触球轴承14的内圈压紧在一起。这样先导阀芯12只能发生绕其轴线的旋转运动，不能发生沿其轴线方向的平移。角接触球轴承14可以减少先导阀转动时的摩擦阻力，并且使先导阀芯12可以承受一定的轴向不平衡力。轴用旋转格莱圈16阻止控制油腔24内的高压油液从先导阀芯12与盖板1之间的缝隙溢出。

在本方案中，盖板1和阀块22之间设有盖板密封圈2和先导油路密封圈23。盖板密封圈2和先导油路密封圈23分别用于阻止控制油腔24及先导油路22内的高压油通过盖板1和阀块22之间的缝隙溢出。具体地，盖板1密封圈2套设于阀套36的外周，先导油路密封圈23设置于与盖板1上与先导油路22同轴的密封圈凹槽内。阀块22和阀套36之间设有第一O型圈37和第二O型圈31。第一O型圈37和第二O型圈31分别用于阻止第一主阀口30和第二主阀口33的高压油通过阀块22和阀套36之间的缝隙溢出。具体地，第一O型圈37和第二O型圈31分别设置于阀套36的两端。

基于上述的结构，主阀芯35在导向螺钉25和导向槽28的配合下只能沿着轴向方向做直线运动，而不能发生回转运动。进一步，导向螺钉25的一端设有的导向轴承26和导向槽28形成滚动配合，从而减小对二者的接触面的磨损和摩擦力。

由图4可以看出可变节流孔的过流面积随先导阀芯12转角及主阀芯35位移的变化关系。先导阀芯12下端以间隙配合的方式插入主阀芯35上端的内孔，先导阀芯12的下端沿圆周形成螺旋形槽口，主阀芯35上端开有矩形槽口。先导阀下端螺旋形槽口与主阀芯35上端矩形节流槽重叠部分的相对位置决定了可变节流孔的过流面积大小。主阀芯35沿轴线方向移动或者先导阀芯12绕轴线的旋转均会改变可变节流孔的过流面积。

本实用新型的主要功能是通过伺服电机11驱动先导阀芯12转动，改变可变阻尼孔39的通流面积大小。进而通过由固定阻尼孔18及可变阻尼孔39组成的液压半桥输出高压油驱动主阀芯35相对于阀套36产生运动，最终改变主阀可变节流口的通流面积。

控制主阀芯35沿其轴线方向远离第二主阀口33方向运动的动作顺序如下：

伺服电机11驱动先导阀芯12绕顺时针转动，可变阻尼孔39通流面积增大，控制油腔24压力减小，主阀芯35在轴向液压不平衡力作用下向远离第二主阀口33的方向运动。此时，插装阀的主阀口通流面积逐渐增大。随着主阀芯35的运动，可变阻尼孔39通流面积逐渐减小，控制油腔24压力增大，直至主阀芯35轴向受力重新达到平衡状态，插装阀的主阀口通流面积保持稳定。

控制主阀芯35沿其轴线向靠近第二主阀口33方向运动的动作顺序如下：

伺服电机11驱动先导阀芯12绕逆时针转动，可变阻尼孔39通流面积减小，控制油腔24压力增大，主阀芯35在轴向液压不平衡力作用下向靠近第二主阀口33的方向运动。此时，插装阀的主阀口通流面积逐渐减小。随着主阀芯35的运动，可变阻尼孔39通流面积逐渐增大，控制油腔24压力减小，直至主阀芯35轴向受力重新达到平衡状态，插装阀的阀口通流面积保持稳定。

综上所述，通过伺服电机11驱动先导阀芯12转动一定的角度，可以成比例的控制主阀芯35沿轴线方向运动一定的距离，从而实现伺服电机11转角对主阀口开度的比例控制。

上述提到的插装阀即本实用新型提供的基于伺服电机11驱动的先导式比例插装阀。

本实用新型所提供的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀通过伺服电机11驱动先导阀芯12转动，先导阀芯12与主阀芯35之间形成的可变阻尼孔39与先导进油通道上的固定阻尼孔18一起形成液压半桥，通过液压半桥的输出的高压油驱动主阀芯35运动，同时主阀芯35与先导阀芯12之间通过液压负反馈实现随动控制。伺服电机11驱动先导阀芯12只需克服较小的惯性力、摩擦力和液压不平衡力的影响，有利于选择较小功率的伺服电机11，从而提高伺服电机11的响应速度。先导阀芯12的全行程转角较小，有利于缩短先导阀芯12的阶跃响应时间。上述两个特点有利于提高主阀芯35的响应速度；液压半桥将先导阀芯12的转角转化为控制油腔24的压力，能够为主阀芯35提供足够的驱动力，主阀芯35的驱动力不受伺服电机11的功率制约。主阀芯35的行程仅与先导阀芯12的导程有关，不受先导阀芯12的行程制约。上述两个特点有利于提高主阀口的最大工作压力和最大工作流量。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其结构包括：伺服电机、盖板、先导阀芯、主阀芯和阀套，其特征是：所述伺服电机外壳与所述盖板固定连接；所述盖板与所述阀套固定连接；所述伺服电机的输出轴与所述先导阀芯固定连接，所述先导阀芯可绕其轴线作旋转运动；所述先导阀芯安装于所述主阀芯的内孔，所述先导阀芯外圆与所述主阀芯内孔间隙配合；所述主阀芯安装于所述阀套的内孔，所述主阀芯外圆与所述阀套内孔间隙配合；所述先导阀芯与所述主阀芯之间形成可变阻尼孔，所述可变阻尼孔的过流面积随所述先导阀芯的转角及所述主阀芯的轴向位移变化而变化；所述主阀芯顶部形成一个控制油腔；所述控制油腔通过所述可变阻尼孔与第二主阀口连通；所述控制油腔通过一个包含固定阻尼孔的进油通道与第一主阀口连通。

2.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其特征是：

所述主阀芯与所述阀套之间设有导向装置，所述导向装置阻止主阀芯绕其轴线作旋转运动，允许主阀芯沿其轴线作直线运动。

3.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其特征是：

所述先导阀芯只能绕其轴线作旋转运动。

4.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其特征是：

所述控制油腔由盖板、先导阀芯、主阀芯和阀套包围而成。

5.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其特征是：

所述控制油腔与所述第一主阀口之间的进油通道位于所述主阀芯内。

6.根据权利要求1所述的基于伺服电机驱动的先导式比例插装阀，其特征是：

所述盖板内具有先导油路，通过外部油路将所述先导油路与所述第一主阀口连通，所述先导油路与所述外部油路共同构成控制油腔与第一主阀口之间的进油通道。

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