CN213117673U - 一种带位移反馈的数字换向节流阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带位移反馈的数字换向节流阀，所述带位移反馈的数字换向节流阀采用菱形节流口，菱形节流口移动量与油泵的转速和压力之间的关系是紧密相关，它们的关系量是指令逐步增大时，节流口减小，油泵转速也减小，系统压力逐步增大，从而可以使得油泵和油箱的液压介质都不会产生很大的热量，可以更精密地控制节流阀的流速，另外电机和阀芯之间采用滑键连接，使得电机和阀芯之间紧密连接，可提高阀芯的控制精度。本实用新型通过在换向节流阀中引入反馈机制，可减小体积，安全可靠。

Description

一种带位移反馈的数字换向节流阀

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种带位移反馈的数字伺服换向节流阀。

背景技术

传统的数字换向节流阀为开环执行机构，包括数字阀、步进驱动器和步进电机。传统数字换向节流阀的工作原理如下：控制器发送脉冲给步进驱动器，步进驱动器控制步进电机正反转，步进电机带动数字换向节流阀前进后退。

传统数字换向节流阀的工作过程，没有引入反馈机制，倘若步进电机出现过热、丢步等问题，将会导致控制失控，相当危险。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的在于提供一种带位移反馈的数字伺服节流换向阀，所述带位移反馈的数字伺服节流换向阀引入反馈结构、可减小体积、安全可靠。

本实用新型另一个目的在于提供一种带位移反馈的数字伺服节流换向阀，所述带位移反馈的数字伺服节流换向阀的电机和阀芯通过滑键连接，使得电机和阀芯之间紧密连接，从而提高阀芯的控制精度。

为了达到至少一个上述实用新型目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种带位移反馈的数字伺服换向节流阀，包括阀体和步进电机，阀体内设有阀芯，阀芯与步进电机相连；

所述步进电机设有编码器，步进电机上固定一放大器外壳，所述放大器外壳设有盖板，盖板上固定控制板、驱动器板，控制板与驱动器板相连，编码器板与步进电机相连；

所述阀体内的阀芯设有阀芯连接器，步进电机设有电机连接器，阀芯连接器与电机连接器通过滑键相连。

根据本实用新型其中一个较佳实施例，所述带位移反馈的数字换向节流阀还包括阀套，所述阀套设于所述阀体的腔体内，所述阀套与所述阀体之间形成第一回油槽和第二回油槽，所述阀套上设有与所述第一回油槽相对应的连接孔，还设有与所述第二回油槽相对应的连接孔，所述阀体上设有贯穿阀套的第一工作油口、进油口、第二工作油口和出油口，所述出油口同时与所述第一回油槽和所述第二回油槽相通；

所述阀芯螺纹连接在阀套内，所述阀芯与所述阀套之间形成第一空腔、第二空腔和第三空腔，所述第一空腔与所述连接孔相通，使得所述第一空腔与所述第二回油槽相通，所述阀芯上特设有对称菱形节流口，所述第一空腔与所述第二空腔通过所述对称菱形节流口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，所述阀芯通过螺旋转动在所述阀套内沿轴向移动，根据阀芯移动的位置不同，阀芯在第一工作位、第二工作位、第三工作位、第四工作位和第五工作位之间进行切换；

当阀芯处于第一工作位时，进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，且由所述进油口进入所述第二空腔的部分油液通过所述菱形节流口由所述第二空腔进入所述第一空腔，然后由所述第一空腔流入所述第二回油槽，最后流到所述出油口；同时，所述第二工作油口通过所述第三空腔与所述出油口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯从第一工作位移动至第二工作位时，所述菱形节流口与所述第一空腔接触的面积随着阀芯移动的轴向距离的增大逐步减小；其中，所述进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，由于菱形节流口与第一空腔接触的面积的逐步减小，使得由第二空腔进入所述第一空腔的油液逐步减少，然后由所述第一空腔进入所述第二回油槽的油液也逐步减少，最后流到所述出油口的油液也逐步减少；同时，所述第二工作油口内的油液通过所述第三空腔与所述出油口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯从第二工作位移动至第三工作位时，靠近所述第一空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与所述第一空腔不相通；所述进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，由所述进油口进入所述第二空腔的部分油液无法通过所述菱形节流口由所述第二空腔进入所述第一空腔，然后无法由所述第一空腔流入所述第二回油槽，最后无法流到出油口；同时，所述第二工作油口内的油液通过所述第三空腔与所述出油口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯从第三工作位移动至第四工作位时，靠近第一空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与第一空腔不相通，所述阀芯将第一工作油口封堵住，所述第一工作油口与所述进油口不相通，由所述进油口进入所述第二空腔的部分油液无法通过所述菱形节流口由所述第二空腔进入所述第一空腔，然后无法由所述第一空腔流入所述第二回油槽，最后无法流到出油口；同时，所述进油口通过第二空腔与第二工作油口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯从第四工作位移动至第五工作位时，靠近第二空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与第一空腔不相通，所述阀芯不再封堵第一工作油口，所述第一工作油口与第一空腔连通，所述第一工作油口的油液进入所述第一空腔，然后进入所述第二回油槽，最后流到所述出油口，所述进油口与所述出油口不相通；同时，所述进油口通过所述第二空腔与第二工作油口相通。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯处于第二工作位时，随着阀芯移动的轴向距离的增大，菱形节流口逐渐被阀套包覆住，使得菱形节流口与第一空腔接触的面积逐渐减小。

根据本实用新型另一个较佳实施例，当阀芯处于第二工作位时，所述阀芯移动的轴向距离与发送指令的数字大小成正比。

进一步地，所述阀体与阀芯之间设有阀套，阀体与步进电机之间依次通过联轴器连接法兰、电机连接法兰相连。

进一步地，所述放大器外壳的盖板上还固定有XS航插和指示灯板，XS航插外接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型一种带位移反馈的数字伺服换向节流阀，引入反馈机制，支持编码器采集位移做闭环位置控制，解决了步进电机丢步问题，编码器、驱动器还能提供警告输出，保证系统安全性、可靠性；减小体积，将控制板、驱动器板和编码器集成在整个系统中，优化伺服阀结构，且比外置驱动器成本更低；一个控制器可同时控制多路伺服阀，多个数字伺服阀级联使用，提高扩展性；通讯距离可延长至数百米，可应用于施工现场比较庞大的情形，且支持多种通讯方式，如CAN、RS232、RS485、模拟量输出等；伺服阀阀体具有抗击打、耐高温、防油污特性，抗干扰效果较好，特别适合于工业现场恶劣的环境。

附图说明

图1是本实用新型实施例中换向节流阀的通讯示意图；

图2是本实用新型实施例中换向节流阀的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中阀芯处于第一工作位的剖视示意图；

图4是本实用新型实施例中阀芯处于第二工作位的剖视示意图；

图5是本实用新型实施例中阀芯处于第三工作位的剖视示意图；

图6是本实用新型实施例中阀芯处于第四工作位的剖视示意图；

图7是本实用新型实施例中阀芯处于第五工作位的剖视示意图。

图8是本实用新型实施例中换向节流阀的部分结构示意图。

其中

阀体-1；阀套-2；阀芯-3；第一空腔-4；第二空腔-5；第三空腔-6；菱形节流口-7；连接孔-8；步进电机-9；联轴器连接法兰-10；双螺套-11；指示灯板-12；第一回油槽-13；第二回油槽-14；阀芯连接器-15；后盖-16；滑键-17；电机连接法兰-18；电机连机器-19；磁编码器-20；上盖-21；控制板-22；驱动器板-23；放大器外壳-24；XS航插-25；第一工作油口-A；第二工作油口-B；进油口-P；出油口-T。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实施例作进一步详细的描述。

如图1所示，控制板22可向驱动器板23发送脉冲，驱动器板23可驱动步进电机9正反转，编码器20固定在步进电机9上，编码器20可向控制板22反馈步进电机9的位置，外置的控制器可向控制板22发出位置指令。所述外置的控制器可同时控制多路数字伺服阀。每一个数字伺服阀内部都有一个ID号，即为数字伺服阀的地址，控制器通过通讯线与每一个数字伺服阀连接，只要对相应ID号的数字伺服阀发送命令，即可控制数字伺服阀运动。所述通讯方式可采用CAN、RS232、RS485或模拟量输出的方式。

具体地，控制板22接收到控制器发出的位置命令后，向驱动器板23发出指定个数的脉冲，驱动器板23控制步进电机9向一定方向转动一定角度，固定在步进电机9上的编码器20也会随之转动并向控制板22反馈当前位置，控制板22通过实时比对控制器发出位置和编码器20反馈位置，如果不一致，控制板22发送脉冲给驱动器板23，驱动步进电机9转动直至两者一致。这样可保证数字伺服阀的位置始终准确。除此以外，所述编码器20还反馈步进电机9的运行异常信息；步进电机9如果出现发热、电流过大等问题，编码器20都可以通过通讯的方式反馈给控制板22。

如图2示，一种带位移反馈的数字节流伺服阀，包括阀体1和步进电机9，阀体1内设有阀芯3，阀芯3与步进电机9相连，所述阀芯和步进电机之间设有传动机构，所述传动机构包括电机连接器19和阀芯连接器15以及滑键17，电机连接器19与滑键17连接，滑键17与阀芯连接器15连接，电机连接器19在步进电机9的带动下转动，进而阀芯连接器15转动，阀芯连接器15带动阀芯3 边旋转边轴向移动通过滑键17的连接方式使得所述阀芯3和电机9之间紧密连接，可提高对阀芯3的控制精度。

所述步进电机9设有编码器20；步进电机9上固定一放大器外壳24，所述放大器外壳24固定有盖板21，盖板21上固定控制板22，驱动器板23、XS航插25，控制板22与驱动器板23相连，磁编码器20与步进电机9相连，驱动器板23与控制板22相连，XS航插25外接。所述阀体1与阀芯3之间设有阀套2，阀体1与步进电机9之间依次通过联轴器连接法兰10、电机连接法兰18相连，阀体1端部设有后盖16。所述阀体1内的阀芯3设有阀芯连接器15，步进电机 9设有电机连接器19，阀芯连接器15和电机连接器19均设于联轴器连接法兰 10和电机连接法兰18内，阀芯连接器15与电机连接器19通过滑键17相连。所述阀芯3的一段设有双螺套11。

请结合图2和图3，当阀芯3移动至第一工作位时，其中，进油口P通过第二空腔5与第一工作油口A相通，且由进油口P进入第二空腔5的部分油液通过菱形节流口7由第二空腔5进入第一空腔4，然后由第一空腔4流入第二回油槽14，最后流到出油口T；同时，第二工作油B口通过第三空腔6与出油口T 相通。在该工作阶段下，整个系统处于全通的状态。

请结合图2和图5，阀芯3在外力作用下向后盖16方向移动，使得阀芯3 从第一工作位移动至第二工作位时，菱形节流口7与第一空腔4接触的面积随着阀芯3移动的轴向距离的增大逐步减小；其中，进油口P通过第二空腔5与第一工作油口A相通，由于菱形节流口7与第一空腔4接触的面积的逐步减小，使得由第二空腔5进入第一空腔4的油液逐步减少，然后由第一空腔4进入第二回油槽14的油液也逐步减少，最后流到出油口T的油液也逐步减少；同时，第二工作油口B内的油液通过第三空腔6与出油口T相通。在该工作阶段下，由于菱形节流口7与第一空腔4接触的面积随着阀芯3移动的轴向距离的增大而逐步减小，使得第一工作油口A与出油口T之间的相通处于节流调节的过程，第二工作油口B与出油口T一直处于相通状态。

实际运用过程中，当阀芯处于第二工作位时，阀芯处于菱形节流口逐步调节大小的状态，其目的是建立系统压力。由于菱形节流口7开设在阀芯的位置处于第一工作油口A所靠近第一空腔的方向上，故此时调节建立的系统压力为第一工作油口A的压力，而在实际工作中，第一工作油口A的压力，是通过发送数字指令逐步来实现的。

请结合图2和图5，阀芯3在外力作用下进一步向后盖16方向移动，使得阀芯3从第二工作位移动至第三工作位时，靠近第一空腔4部分的菱形节流口7 被阀套2的内侧壁密封，第二空腔5与第一空腔4不相通；进油口P通过第二空腔5与第一工作油口A相通，由进油口P进入第二空腔5的部分油液无法通过菱形节流口7由第二空腔5进入第一空腔4，然后无法由第一空腔4流入第二回油槽14，最后无法流到出油口T；同时，第二工作油口B内的油液通过第三空腔6与出油口T相通；在该阶段过程中，阀芯实现了第一工作油口A中油液的完全换向。

请结合图2和图6，阀芯3在外力作用下继续向后盖16方向移动，使得阀芯3从第三工作位移动至第四工作位时，靠近第一空腔4部分的菱形节流口7 被阀套2的内侧壁密封，第二空腔5与第一空腔4不相通，阀芯3将第一工作油口A封堵住，第一工作油口A与进油口P不相通，由进油口P进入第二空腔 5的部分油液无法通过菱形节流口7由第二空腔5进入第一空腔4，然后无法由第一空腔4流入第二回油槽14，最后无法流到出油口T；同时，进油口P通过第二空腔5与第二工作油口B相通；在该阶段过程中进油口P和第二工作油口 B相通，第一工作油口A与进油口P和出油口T均不相通，此时可以用于第一进油口A的系统压力的保压，可用于油缸的定位。

请结合图2至图7，阀芯3在外力作用下进一步向后盖16方向移动，使得阀芯3从第四工作位移动至第五工作位时，靠近第二空腔5部分的菱形节流口7 被阀套2的内侧壁密封，第二空腔5与第一空腔4不相通，阀芯3不再封堵第一工作油口A，第一工作油口A与第一空腔4连通，第一工作油口A的油液进入第一空腔4，然后进入第二回油槽14，最后流到出油口T，进油口P与出油口 T不相通；同时，进油口P通过第二空腔5与第二工作油口B相通。在该阶段过程中，阀芯处于第二工作油口B中油液换向的终止位置，实现油液流路的换向。

本实用新型中阀芯与阀套之间形成第一空腔、第二空腔和第三空腔，通过在阀芯上设置菱形节流口，使得第一空腔与第二空腔之间通过菱形节流口相通，而菱形节流口与第一空腔相接触的面积随着阀芯移动的轴向距离的增大而逐步减小，使得阀芯在阀套内向后盖方向移动，根据阀芯的位置不同，阀芯在第一工作位、第二工作位、第三工作位、第四工作位和第五工作位之间进行切换。该设置使得整个阀在整个阀芯于各个工作位之间的切换过程中，通过菱形节流口的逐步调节，将第一工作油口A与出油口T之间依次实现了导通、节流、关闭和导通的四个功能；该设置实现了换向阀的多功能化，简化了换向阀的结构，使得整个液化系统更加的简单化、且降低了生产成本。

于本实施例中，当阀芯3处于第二工作位时，随着阀芯3移动的轴向距离的增大，菱形节流口7逐渐被阀套2包覆住，使得菱形节流口7与第一空腔4 接触的面积逐渐减小。

如图2所示，于本实施例中，还包括步进电机9和传动机构，步进电机9 与传动机构连接，传动机构与阀芯3的一端相连接，传动机构在步进电机的带动下转动，用来驱动阀芯的轴向移动；实际运用中，传动机构设于步进电机和阀体之间。

于本实施例中，还包括控制机(图中省略未画出)，所述控制机优选为远程控制机，用于发动数字指令，驱动步进电机带动传动机构来驱动阀芯的轴向移动。实际运用过程中，控制机可以为计算机装置。

于本实施例中，电机连接器19和阀芯连接器15放置于联轴器连接法兰10 和电机连接法兰18内，并分别于阀体1和步进电机9固定。

于本实施例中，步进电机带动电机连接器19、阀芯连接器15来驱动阀芯3 的移动量，通过滑键紧密连接的阀芯移动量将更加精确，阀芯移动的轴向距离与发送指令的数字大小成正比，每步的数字指令在阀芯上产生的最小移动量为 0.0037毫米，该设置使得精确的控制菱形节流口的调节。

在实际运用中，菱形节流口7移动量与油泵的转速和压力之间的关系是精密联系在一起，它们的关系量是指令逐步增大时：节流口减小，油泵转速也减小，系统压力逐步增大。由于这样的关系，所以系统的油泵和油箱的液压介质都不会产生很大的热量，与此同时系统的最高压强可以达到63MPa，使得整个系统只需要常规的照明电压(220V)即可。由此可以看出本实用新型带反馈的数字伺服节流换向阀用于液压系统中不但节能，而且环保。

本实用新型的带反馈的数字伺服换向节流阀，外形精细美观，所占空间体积小，零部件安装更换方便，具有抗击打、耐高温、防油污特性。阀体内外均采用高强度的碳素钢或者不锈钢材料，放大器外壳采用高强度ABS材料，控制板和步进驱动器板配置散热片，整个伺服阀散热效果好，各部件连接处密封性好，不会出现漏油现象。本实用新型数字伺服阀引入滑键传动机构和电器反馈机制，控制精确，效果良好。

以上所述仅是本实用新型优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。

Claims (10)

1.一种带位移反馈的数字换向节流阀，包括阀体和步进电机，阀体内设有阀芯，阀芯与步进电机相连，其特征在于：

所述步进电机设有编码器，步进电机上固定一放大器外壳，所述放大器外壳上设有盖板，盖板上设有固定控制板、驱动器板，所述控制板与驱动器板相连，编码器板和步进电机连接；

所述阀体内的阀芯设有阀芯连接器，步进电机设有电机连接器，阀芯连接器与电机连接器通过滑键相连，用于提高响应精度和响应速度。

2.根据权利要求1所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，所述带位移反馈的数字换向节流阀还包括阀套，所述阀芯螺纹连接在阀套内，所述阀芯与所述阀套之间形成第一空腔、第二空腔和第三空腔，所述第一空腔与连接孔相通，使得所述第一空腔与第二回油槽相通，所述阀芯上特设有对称菱形节流口，所述第一空腔与所述第二空腔通过所述对称菱形节流口相通；

所述阀套设于所述阀体的腔体内，所述阀套与所述阀体之间形成第一回油槽和第二回油槽，所述阀套上设有与所述第一回油槽相对应的连接孔，还设有与所述第二回油槽相对应的连接孔，所述阀体上设有贯穿阀套的第一工作油口、进油口、第二工作油口和出油口，所述出油口同时与所述第一回油槽和所述第二回油槽相通。

3.根据权利要求2所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，

当阀芯处于第一工作位时，进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，同时，所述第二工作油口通过所述第三空腔与所述出油口相通；

所述阀芯通过螺旋转动在所述阀套内沿轴向移动，根据阀芯移动的位置不同，阀芯在第一工作位、第二工作位、第三工作位、第四工作位和第五工作位之间进行切换。

4.根据权利要求3所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，

当阀芯从第一工作位移动至第二工作位时，所述菱形节流口与所述第一空腔接触的面积随着阀芯移动的轴向距离的增大逐步减小；其中，所述进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，同时，所述第二工作油口内的油液通过所述第三空腔与所述出油口相通。

5.根据权利要求4所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，

当阀芯从第二工作位移动至第三工作位时，靠近所述第一空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与所述第一空腔不相通；所述进油口通过所述第二空腔与所述第一工作油口相通，同时，所述第二工作油口内的油液通过所述第三空腔与所述出油口相通。

6.根据权利要求5所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，

当阀芯从第三工作位移动至第四工作位时，靠近第一空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与第一空腔不相通，所述阀芯将第一工作油口封堵住，所述第一工作油口与所述进油口不相通，同时，所述进油口通过第二空腔与第二工作油口相通。

7.根据权利要求6所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，

当阀芯从第四工作位移动至第五工作位时，靠近第二空腔部分的菱形节流口被阀套的内侧壁密封，所述第二空腔与第一空腔不相通，所述阀芯不再封堵第一工作油口，所述第一工作油口与第一空腔连通，所述进油口与所述出油口不相通；同时，所述进油口通过所述第二空腔与第二工作油口相通。

8.根据权利要求2所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于，当阀芯处于第二工作位时，随着阀芯移动的轴向距离的增大，菱形节流口逐渐被阀套包覆住，使得菱形节流口与第一空腔接触的面积逐渐减小。

9.根据权利要求1所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于：所述放大器外壳的盖板上还固定有XS航插和指示灯板，XS航插为外接航插。

10.根据权利要求2所述的一种带位移反馈的数字换向节流阀，其特征在于：当阀芯处于第二工作位时，所述阀芯移动的轴向距离与发送指令的数字大小成正比。

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