CN108980137A - 一种高响应长寿命高可靠性的执行机构 - Google Patents

一种高响应长寿命高可靠性的执行机构 Download PDF

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齐卫红
王彦丰
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Abstract

本发明公开了一种高响应长寿命高可靠性的执行机构，包括壳体、进油口部件、回油口、电磁阀部件及其控制器、单向阀、弹簧阻尼***、阀座、活塞杆执行机构，其中电磁阀部件由电磁铁、衔铁、阀芯组成；衔铁与阀芯刚性连接，进油口的单向阀之前设置过滤器和节流孔，单向阀可以防止主阀腔的油液逆流入进油口；在控制口与回油口之间设置弹簧阻尼***，在控制口油液卸压的过程起到缓冲作用，减缓活塞杆与活塞套之间的刚性碰撞，提高可靠性，延长使用寿命；另外，在阀体和阀芯上设有冷却回路，使油液流经电磁铁和衔铁之间的气隙，对电磁铁起到一定的冷却作用，提高其工作可靠性。

Description

一种高响应长寿命高可靠性的执行机构
技术领域
本发明涉及一种高响应长寿命高可靠性的执行机构，具体涉及一种针对中小型负载响应可达60Hz以上的高可靠性单出杆式执行机构。
背景技术
在石化企业、航空、航天领域均需要高频响的液压执行机构，尤其在石化企业为了达到节能的效果，国内外研究了各种类型的气量调节***，而高频响的液压执行机构是它的一个重要组成部分。
目前气量调节***在液压执行机构方面存在运动卡滞、可靠性差、寿命短等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对中小型负载响应可达60Hz以上的高可靠性单出杆式执行机构，具有响应快、寿命时间长的特点。
实现本发明目的的技术方案为：一种高响应长寿命高可靠性的执行机构，由壳体、阀体、电磁阀部件及其控制器、进油口部件、回油口、单向阀、弹簧阻尼***、阀座和活塞杆执行机构组成；
所述电磁阀部件包括阀芯、螺钉、衔铁和电磁铁，电磁阀部件嵌在阀体的内孔中，阀芯与衔铁通过螺钉刚性连接，阀体嵌在壳体的内孔中，进油口部件与电磁阀部件之间设置单向阀，节流孔嵌在进油口部件内，阀芯与回油口之间通过阀座实现定位和密封，活塞杆执行机构与回油口之间设有弹簧阻尼***；
电磁铁处于断电状态时，阀芯和衔铁位于最右端，节流窗口打开，入口的油液可流经电磁阀至活塞腔；电磁铁得电时，阀芯和衔铁被吸合而位于最左端，节流窗口关闭，活塞腔的油液在负载力的作用下进入回油口油箱；
所述弹簧阻尼***包括弹簧和阻尼器，弹簧绕在阻尼器外侧，当电磁阀部件处于吸合状态时，弹簧阻尼***腔内的油液与回油口相通，活塞腔的油液在负载力的作用下向右压缩弹簧阻尼***的弹簧，形成一个腔体A，活塞腔内的油液流至腔体A，从而使活塞杆执行机构运动。
进一步的，所述阀芯与阀体之间形成的滑阀副采用在阀芯中间设置凸肩+平面密封的结构方式，阀芯在运动过程中，左边通过阀体上的凸肩限位，右边通过阀座限位。
进一步的，所述电磁铁由“E”型结构铁芯直接缠绕线圈组合而成。
进一步的，在正常工作时电磁铁是湿式的状态，入口的高压油通过壳体与阀体之间的间隙、以及阀体到回油口上的冷却回路，浸入电磁铁内部的线圈和铁芯。
进一步的，所述控制器包含一个通讯接口，通过RS485或CAN总线与上级信号通讯；控制器采取脉宽调制的控制方式，为电磁铁提供电压信号。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明通过电磁阀驱动执行机构，将活塞杆执行机构直接与电磁阀集成在同一个阀体内，提高了***的结构刚度、集成度和传递效率；(2)在控制器的设计方面，采用了合理的控制策略，既大大提高了打开和关闭的响应速度，又减少了控制器的发热，提高了其工作可靠性和使用寿命；(3)在机构设计方面，多处密封均采取平面密封的结构方式，提高了执行机构在长期连续工作状态下的密封可靠性；(4)阀芯与阀体之间形成的滑阀副采取在阀芯中间设置小凸肩+平面密封的结构方式，不仅可以形成环形窗口最大限度地降低液流流经电磁阀部件的压降，而且节流窗口处液流流出方向与高压油入口方向平行，可以使电磁阀内部液动力几乎降为零，减少液动力的影响，从而提供电磁阀的响应速率。阀芯在运动过程中，左边通过阀体上的凸肩限位，右边通过阀座限位；(5)活塞杆执行机构与回油口之间设有弹簧阻尼***，当电磁阀部件处于吸合(关闭)状态时，弹簧阻尼***腔内的油液与回油口相通，活塞腔的油液在负载力的作用下向右压缩弹簧阻尼***的弹簧，形成一个腔体A，活塞腔内的油液便可以迅速流至腔体A，从而使活塞杆执行机构实现高速运动，之后在阻尼孔的限制下缓冲复位，既有效提高了响应速度，又提高了其工作稳定性。
附图说明
图1是本发明的执行机构原理图。
图2是电磁阀滑阀副的结构示意图。
图3是电磁铁线圈部件结构图。
图4是控制器电路原理图。
图5是弹簧阻尼***结构示意图。
图6是单向阀结构图。
图中标记：1、壳体，2、阀体，3、电磁阀部件，4、进油口部件，5、节流孔，6、单向阀，7、弹簧—阻尼***，8、回油口，9、阀座，10、阀芯，11、活塞套，12、活塞杆，13、复位弹簧，14、螺钉，15、衔铁，16、电磁铁，17、控制器，18、阻尼器，19、弹簧。
具体实施方式
如图1所示，一种高响应长寿命高可靠性的执行机构，由壳体1、阀体2、电磁阀部件3及其控制器17、进油口部件4、回油口8、单向阀6、弹簧阻尼***7、阀座9、活塞杆执行机构12组成；
所述电磁阀部件3包括阀芯10、螺钉14、衔铁15和电磁铁16，电磁阀部件3嵌在阀体2的内孔中，阀芯10与衔铁15通过螺钉14刚性连接，阀体2嵌在壳体1的内孔中，进油口部件4与电磁阀部件3之间设置单向阀6，节流孔5嵌在进油口部件4内，阀芯10与回油口8之间通过阀座9实现定位和密封，活塞杆执行机构12与回油口8之间设有弹簧阻尼***7；
所述电磁阀部件3为两位三通式的常开阀，电磁铁16处于断电状态时，阀芯10和衔铁15位于最右端，节流窗口打开，入口的油液可流经电磁阀至活塞腔；电磁铁16得电时，阀芯10和衔铁15被吸合而位于最左端，节流窗口关闭，活塞腔的油液在负载力的作用下进入回油口油箱。复位弹簧13设置在阀芯10外周，两端与电磁阀部件3、阀体2接触。活塞杆执行机构12外周套有活塞套11。
本发明中，定义靠近回油口8一侧为右端，靠近电磁铁16一侧为左端。
如图2所示，所述阀芯10与阀体2之间形成的滑阀副采取在阀芯10中间设置凸肩+平面密封的结构方式，不仅可以形成环形窗口最大限度地降低液流流经电磁阀部件3的压降，而且节流窗口处液流流出方向与高压油入口方向平行，可以使电磁阀内部液动力几乎降为零，减少液动力的影响，从而提供电磁阀的响应速率。采取平面密封的结构，还可以保证电磁阀部件3在长时间连续切换工作状态下的密封可靠性。阀芯10在运动过程中，左边通过阀体2上的凸肩限位，右边通过阀座9限位。
如图3所示，所述电磁铁16由“E”型结构铁芯直接缠绕线圈组合而成，铁芯由软磁合金或电工纯铁直接进行加工，最终电磁铁经多次注塑成型，便于在批量化生产阶段降低成本。另外，电磁铁的设计采用双线圈并联工作的冗余设计理念，双余度的设计特点提高了其工作可靠性。在正常工作时是湿式的状态，入口的高压油通过壳体1与阀体2之间的间隙、以及阀体2到回油口8上的冷却回路，浸入电磁铁16内部的线圈和铁芯，起到冷却和散热的作用，保证该执行机构在长期不间断工作状态下的高可靠性。
如图4所示，所述控制器17包含一个通讯接口，通过RS485或CAN总线的方式实现与上级信号的及时通讯，功率地与数字通讯的数字地处于隔离状态，并有过流保护的功能。控制器采取脉宽调制PWM的控制方式，为电磁铁16提供电压信号，并采用高电压高速吸合，低电压维持，释放采用施加负方向电压使线圈电流快速降为零的开关控制策略，使电磁阀部件3达到高速吸合而且高速释放的特性。
如图5所示，所述弹簧阻尼***7位于活塞杆执行机构12与回油口8之间，包括弹簧19和阻尼器18，弹簧19绕在阻尼器18外侧，当电磁阀部件3处于吸合关闭状态时，弹簧阻尼***7腔内的油液与回油口相通，活塞腔的油液在负载力的作用下向右压缩弹簧阻尼***7的弹簧，形成一个腔体A，活塞腔内的油液便可以迅速流至腔体A，从而使活塞杆执行机构实现高速运动，之后在阻尼孔的限制下缓冲复位，既有效提高了响应速度，又提高了其工作稳定性。
所述的活塞杆执行机构12属于单出杆、单作用的形式，电磁阀打开状态依靠高压油启动，电磁阀关闭状态依靠负载力复位。
如图6所示，所述单向阀6位于进油口处，单向阀6阀芯采取平面密封的结构方式，以保证本发明所述的执行机构在长时间连续切换工作状态下的密封可靠性。
所述阀座9位于阀芯10和回油口8之间，通过实配长度实现对阀芯10位移的调节和限位。
本发明的工作原理为：通过控制器接收上位机的信号并给电磁铁输出响应电压控制活塞杆执行机构的运动。电磁铁处于断电状态，阀芯和衔铁位于最右端，节流窗口打开，入口的油液可流经电磁阀至活塞腔，活塞杆启动，推动执行机构运动；电磁铁得电时，阀芯和衔铁被吸合而位于最左端，节流窗口关闭，活塞腔的油液在负载力的作用下流经弹簧阻尼***进入回油口油箱，同时活塞杆复位。

Claims (6)

1.一种高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，由壳体(1)、阀体(2)、电磁阀部件(3)及其控制器(17)、进油口部件(4)、回油口(8)、单向阀(6)、弹簧阻尼***(7)、阀座(9)和活塞杆执行机构(12)组成；
所述电磁阀部件(3)包括阀芯(10)、螺钉(14)、衔铁(15)和电磁铁(16)，电磁阀部件(3)嵌在阀体(2)的内孔中，阀芯(10)与衔铁(15)通过螺钉(14)刚性连接，阀体(2)嵌在壳体(1)的内孔中，进油口部件(4)与电磁阀部件(3)之间设置单向阀(6)，节流孔(5)嵌在进油口部件(4)内，阀芯(10)与回油口(8)之间通过阀座(9)实现定位和密封，活塞杆执行机构(12)与回油口(8)之间设有弹簧阻尼***(7)；
电磁铁(16)处于断电状态时，阀芯(10)和衔铁(15)位于最右端，节流窗口打开，入口的油液可流经电磁阀至活塞腔；电磁铁(16)得电时，阀芯(10)和衔铁(15)被吸合而位于最左端，节流窗口关闭，活塞腔的油液在负载力的作用下进入回油口油箱；
所述弹簧阻尼***(7)包括弹簧(19)和阻尼器(18)，弹簧(19)绕在阻尼器(18)外侧，当电磁阀部件(3)处于吸合状态时，弹簧阻尼***(7)腔内的油液与回油口相通，活塞腔的油液在负载力的作用下向右压缩弹簧阻尼***(7)的弹簧(19)，形成一个腔体A，活塞腔内的油液流至腔体A，从而使活塞杆执行机构运动。
2.根据权利要求1所述的高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，所述阀芯(10)与阀体(2)之间形成的滑阀副采用在阀芯(10)中间设置凸肩+平面密封的结构方式，阀芯(10)在运动过程中，左边通过阀体(2)上的凸肩限位，右边通过阀座(9)限位。
3.根据权利要求1所述的高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，所述电磁铁(16)由“E”型结构铁芯直接缠绕线圈组合而成。
4.根据权利要求3所述的高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，在正常工作时电磁铁(16)是湿式的状态，入口的高压油通过壳体(1)与阀体(2)之间的间隙、以及阀体(2)到回油口(8)上的冷却回路，浸入电磁铁(16)内部的线圈和铁芯。
5.根据权利要求1所述的高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，所述控制器(17)包含一个通讯接口，通过RS485或CAN总线与上级信号通讯。
6.根据权利要求5所述的高响应长寿命高可靠性的执行机构，其特征在于，控制器(17)采取脉宽调制的控制方式，为电磁铁(16)提供电压信号。
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