CN107701538B - 阀芯内置活塞式液压滑阀结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀芯内置活塞式滑阀结构，阀芯两端分别设有向外侧延伸的凸台圆柱，凸台圆柱内设有中心圆柱孔，中心圆柱孔底部与阀芯内的沉孔相接，凸台圆柱上开有一通油孔，通油孔与中心圆柱孔相连通，中心圆柱孔间隙配合连接活塞，中心圆柱孔底部和沉孔内配合连接密封堵，密封堵、活塞、通油孔形成一个内置式油液压力控制腔，通过内置控制腔油液压力的变化来推进活塞移动，响应至阀芯的移动，可提高整阀的动态响应。本发明减小了阀芯两端控制腔容积，而且还提高了大流量射流管式电液伺服阀滑阀组件加工工艺性，避免减小阀芯两端直径带来的同轴度工艺性要求高的问题，也使得零件数降到最少。相比同类大流量射流管式电液伺服阀具有动态特性好的优点。

Description

阀芯内置活塞式液压滑阀结构
技术领域
本发明涉及一种电液伺服控制阀，尤其是一种电液伺服控制阀的阀芯结构。
背景技术
电液伺服阀原理如图1所示，主要由力矩马达、液压放大器、滑阀组件及反馈组件组成。力矩马达采用永磁结构，弹簧管支承着衔铁射流管组件，并使马达与液压部分隔离，前置级为液压放大器。液压放大器包括马达线圈10、衔铁11、接授器18、射流管15和喷嘴12等。滑阀组件包括阀芯13、活塞16、滤器17等。反馈组件包括反馈杆14等。
其工作原理为：当马达线圈10输入控制电流，在衔铁11上生成的控制磁通与永磁磁通相互作用，于是衔铁11上产生一个力矩，促使衔铁11偏转一个正比于力矩的小角度。经过射流管15和喷嘴12的射流作用，使得阀芯13一端压力升高，另一端压力降低，阀芯13两端形成压差，阀芯13运动直到反馈组件产生的力矩与马达力矩相平衡，使液压放大器压力平衡为止。此时阀芯的位移与控制电流的大小成正比，阀的输出流量比例于控制电流。
当前的电液控制元件在大流量或高动态需求场合时，往往会通过整体增大滑阀结构尺寸，或者减小滑阀阀芯行程来实现；这种方式使得电液控制元件的体积、重量相对较大，同时对先导阀的流量及动态要求都比较高，使得该结构形式电液控制元件制造成本高，且只能在重量、体积要求不高的工业场合使用。另外一种通常使用的结构方式是采用阶梯阀芯及浮动套的形式，这种方式可以提高电液控制元件的动态及控制流量，但是加工难度大，组成零件多，加工制造成本高。还有一种液压滑阀外置活塞及浮动套结构也可以提高电液控制元件的动态及控制流量，但由于其结构复杂，零件多，加工精度要求高，液压滑阀尺寸长度方向较大，通常在工业领域中的电液伺服比例阀中应用较多。
发明内容
本发明是要解决大流量电液伺服阀阀芯设计直径及阀芯两端的控制容腔较大，导致伺服阀工作时稳定性较差，动态较低，流量特性曲线抖动等技术问题，而提供一种阀芯内置活塞式液压滑阀结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阀芯内置活塞式滑阀结构，包括阀套、密封堵、阀芯、活塞，所述阀芯两端分别设有向外侧延伸的凸台圆柱，凸台圆柱内设有中心圆柱孔，中心圆柱孔底部与阀芯内的沉孔相接，凸台圆柱上开有一通油孔，通油孔与中心圆柱孔相连通，中心圆柱孔间隙配合连接活塞，中心圆柱孔底部和沉孔内配合连接密封堵，所述密封堵、活塞、通油孔形成一个内置式油液压力控制腔，由内置式油液压力控制腔中的油液压力的变化来推进活塞移动，响应至阀芯的移动，可提高整阀的动态响应。
进一步，所述密封堵与阀芯的中心圆柱孔之间通过置于密封堵的密封槽内的密封圈而密封连接。
进一步，所述密封堵与阀芯的沉孔之间配合间隙为0.03～0.06mm。
进一步，所述阀芯的中心圆柱孔与活塞之间的配合间隙为0.001～0.003mm。
进一步，所述活塞外圆上设有通油槽以及端面为圆弧结构，用于减少活塞活动过程的阻力。
进一步，所述内置式油液压力控制腔的容积为603mm3。
本发明的有益效果是：
1）能填补国内民用大流量射流管式电液伺服阀的空白，目前国***流管式电液伺服阀流量规格为2L~200L/min,而国外射流管式电液伺服阀流量规格为2~400L/min。通过采用阀芯内置活塞式滑阀结构，以减小两端控制腔容积，整体缩减了阀芯的结构，而且还提高了大流量射流管式电液伺服阀滑阀组件的加工工艺性，提高了经济效益。
2）本发明技术加工措施简易、紧凑、实用、制作成本不高，有效提高伺服阀地动态响应以及稳定性。
3）本发明技术的改进、加工方法简单、明了、方便、易掌握。
本发明采用阀芯内置活塞式滑阀结构，减小了阀芯两端控制腔容积，而且还提高了大流量射流管式电液伺服阀滑阀组件加工工艺性，避免减小阀芯两端直径带来的同轴度工艺性要求高的问题，也使得零件数降到最少。相比同类大流量射流管式电液伺服阀具有动态特性好的优点。本产品动态特性在供油压力7MPa下，幅频-3dB达到35Hz，相频-90°达到50Hz。
附图说明
图1 为现有的电液伺服阀结构原理图；
图2为本发明的阀芯内置活塞式滑阀结构的局部剖视图；
图3为内置活塞式阀芯结构示意图；
图4为活塞结构示意图；
图5为内置式堵头结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明的阀芯内置活塞式滑阀结构，由阀套1、密封堵2、O型密封圈3、阀芯4和活塞5组成。
通过加长阀芯4两端凸台的长度，把原先阀芯端面和阀套主孔之间形成的两侧油液压力控制腔内置在阀芯4端面两凸台中孔中，并在阀芯4两侧凸台外圆上加工一圆柱孔与阀芯中孔接通通油，并加工一个与阀芯4中孔间隙配合的活塞5，以及密封堵2置于阀芯4中孔内侧，与活塞5、阀芯凸台上油路形成一个内置式油液压力控制腔，大大减小大流量阀的控制腔容积，以及控制腔的通油面积。由内置式油液压力控制腔中的油液压力的变化来推进活塞5移动，响应至阀芯4的移动，提高了整阀的动态响应。
如图3所示，阀芯4总长度约为177mm（与其配套的阀套总长度约178mm），外径约为23mm。按阀芯常规结构在两侧加工一个直径为8.5mm，深为70.5mm的中心沉孔3-1后，在其基础上用镗刀镗至一个直径为10.45mm，深为25.2-0.1mm的沉孔，再通过粗研、精研该沉孔至10.5+0.018mm的中心圆柱孔3-2，粗糙度达到Ra0.1，用于安装密封堵和活塞。直径为1.6mm，离阀芯端面距离13mm的两个通油小孔3-3由钳工用钻头加工形成即可，两个通油小孔3-3应在同一直线上。
如图4所示，活塞5的总长约为14.2，加工时以基孔制，通过配研的方式，保证与阀芯中心孔0.001～0.003mm的间隙，增加通油槽4-1以及端面圆弧4-2的设计结构主要为减少活塞活动过程的阻力，另外2个M2的螺纹4-3设计，主要用于工艺安装螺纹。
如图5所示，密封堵2的设计结构，主要是考虑密封槽5-1的尺寸要满足选用的标准密封圈的压缩量，以保证密封要求，减少阀的内漏。密封堵2总长9-0.1mm，外径10.5减公差，与阀芯Φ10.5mm沉孔约有0.03～0.06mm的间隙，密封槽外径为7.9-0.036mm，宽度2.3+0.1mm，其槽底以及槽口应圆弧过渡R0.1～R0.3，避免密封槽装配过程被切。M2深2的螺纹孔5-2为工艺螺纹孔，主要用于拆装密封槽用。这样活塞5、密封堵2和O型密封圈3内置后就在阀芯中心孔内形成了一个体积约为603mm3的控制腔。
此设计改进已完成试验件加工，并在液压试验台上进行产品的静态性能和动态性能的试验验证。静态特性曲线光滑，动态特性幅频-3dB达到35Hz，相频-90°达到50Hz，提升效果明显。

Claims (4)

1.一种阀芯内置活塞式液压滑阀结构，包括阀套(1)、密封堵(2)、阀芯(4)、活塞(5)，其特征在于：所述阀芯(4)两端分别设有向外侧延伸的凸台圆柱，凸台圆柱内设有中心圆柱孔，中心圆柱孔底部与阀芯(4)内的沉孔相接，凸台圆柱上开有一通油孔，通油孔与中心圆柱孔相连通，中心圆柱孔间隙配合连接活塞(5)，中心圆柱孔底部和沉孔内配合连接密封堵(2)，所述密封堵(2)、活塞(5)和通油孔形成一个内置式油液压力控制腔，由内置式油液压力控制腔中的油液压力的变化来推进活塞(5)移动，响应至阀芯(4)的移动，可提高整阀的动态响应；所述密封堵(2)与阀芯(4)的中心圆柱孔之间通过置于密封堵(2)的密封槽内的密封圈而密封连接；所述活塞(5)的外圆上设有通油槽（4-1）以及端面为圆弧（4-2）结构，用于减少活塞活动过程的阻力。
2.根据权利要求1所述的阀芯内置活塞式液压滑阀结构，其特征在于：所述密封堵(2)与阀芯(4)的沉孔之间配合间隙为0.03～0.06mm。
3.根据权利要求1所述的阀芯内置活塞式液压滑阀结构，其特征在于：所述阀芯(4)的中心圆柱孔与活塞(5)之间的配合间隙为0.001～0.003mm。
4.根据权利要求1所述的阀芯内置活塞式液压滑阀结构，其特征在于：所述内置式油液压力控制腔的容积为603mm3。
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