CN110645221A - 一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀。它包括压电旋动执行器、射流分配组件和功率级滑阀组件，压电旋动执行器用以根据输入的电压信号产生相应的水平方向的旋动角度，并将旋动角度传递给射流分配组件，射流分配组件根据旋动角度完成前置级的射流矢量控制，射流分配组件包括呈偏心设置的反馈杆，反馈杆的下端插至所述功率级滑阀组件的阀芯的配合孔内，反馈杆将阀芯的直线运动转化为旋动反馈，以实现伺服阀前置级与功率级的机械反馈。本发明散热性好、加工难度小、执行器功耗较小、制造成本低，满足机械设计原理，可以实现高频动作，进一步增加伺服阀的使用频宽，前置级液动力较小、装配更为紧凑、泄漏更小、控制精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及两级电液伺服阀领域，具体涉及一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀。
背景技术
液压伺服控制***广泛应用于需要高精度、高响应、高功率密度比的航空航天动力控制领域。伺服阀是高性能的液压伺服控制***中使用的主要功率调节元件，常见的伺服阀通常为两级装置，第一级是利用力矩马达微小偏转实现液压放大器流量压力分配，第二级是用于实现执行元件精准控制的功率级滑阀结构。随着智能材料的高速发展，高响应、大频宽的智能材料是驱动伺服阀前置级的最佳选择之一。常规电液伺服阀的力矩马达存在加工制造成本高、装配工艺难度大，频响提升难度大等特点，运用智能材料的可控形变实现前置级的精密驱动成为力矩马达的替代方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀。
为实现上述目的，本发明提供了一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，包括由上向下依次可拆卸固定的压电旋动执行器、射流分配组件和功率级滑阀组件，所述压电旋动执行器用以根据输入的电压信号产生相应的水平方向的旋动角度，并将所述旋动角度传递给射流分配组件，所述射流分配组件根据旋动角度完成前置级的射流矢量控制，进而控制所述功率级滑阀组件工作，所述射流分配组件包括在其下侧呈偏心设置的反馈杆，所述反馈杆的下端插至所述功率级滑阀组件的阀芯的配合孔内，所述反馈杆将阀芯的直线运动转化为旋动反馈，以实现伺服阀前置级与功率级的机械反馈。
进一步的，所述压电执行机构包括支撑外环、设置在支撑外环内侧中部的旋动主轴和若干连接在支撑外环内侧与旋动主轴之间的压电弯曲片，所述压电弯曲片外端与支撑外环固定连接，且其内端与旋动主轴滑动连接，所述压电弯曲片通电后产生偏振弯曲并驱动旋动主轴产生相应的旋动角度，所述支撑外环下侧设有密封座，所述旋动主轴穿插密封座设置。
进一步的，所述射流分配组件包括异形射流盘，所述异形射流盘上设有射流入口、射流左出口和射流右出口，所述异形射流盘中部设有可转动的偏转控制杆，所述偏转控制杆的上端与旋动主轴螺纹连接，所述反馈杆偏心设置在偏转控制杆的下侧，所述射流入口与射流左出口以及射流右出口之间的偏转控制杆上设有连通槽，所述偏转控制杆未转动时，所述射流左出口和射流右出口对称设置在连通槽的中线的两侧，当所述偏转控制杆随旋动主轴转动时，所述连通槽与射流左出口和射流右出口形成不一致的矢量夹角，进而完成前置级的射流矢量控制。
进一步的，所述射流分配组件还包括与支撑外环可拆卸固定连接的压紧端盖，所述异形射流盘设置在压紧端盖中部内侧，且其上下两侧分别设有上压板和下压板，所述偏转控制杆穿插上压板和下压板设置；所述偏转控制杆与异形射流盘间隔形成泄流口，所述下压板上与射流左出口、射流右出口、射流入口和泄流口的对应位置分别设有通孔，以使所述射流左出口、射流右出口、射流入口和泄流口分别与功率滑阀组件上的左负载容腔、右负载容腔、供油口和回油口对应相通。
进一步的，所述连通槽的横截面呈梯形状，其开口较大的一侧朝向射流入口设置，开口较小的一侧朝向射流左出口和射流右出口设置。
进一步的，所述支撑外环内侧设有安装槽，所述压电弯曲片的外端螺栓固定在所述连接槽内，所述旋动主轴外侧与压电弯曲片对应位置设有限位槽，所述压电弯曲片的内端滑动连接在所述限位槽内。
进一步的，所述压电弯曲片包括3至6个，均布设置在支撑外环内侧与旋动主轴之间。
进一步的，所述密封座下侧与压紧端盖上侧之间设有第一密封圈，所述压紧端盖下侧与功率级滑阀组件之间设有第二密封圈。
进一步的，所述压电旋动执行器、射流分配组件和功率级滑阀组件螺栓连接。
有益效果：1、本发明散热性好、加工难度小，成本低。采用压电弯曲片的高频微小变形实现旋动，执行器功耗较小。
2、本发明主要连接形式满足机械设计原理，可以实现高频动作，进一步增加伺服阀的使用频宽。
3、本装置的工作原理与传统伺服阀有所不同，将偏转控制杆的杠杆原理的平面运动转化为圆周方向的旋动，前置级液动力较小、装配更为紧凑、泄漏更小、控制精度更高。
附图说明
图1是本发明实施例的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀的结构示意图；
图2是本发明实施例的压电旋动执行器的结构示意图；
图3是本发明实施例的射流分配组件的结构示意图；
图4是本发明实施例的异型射流盘与偏转控制杆的配合示意图；
图5是本发明实施例的功率级滑阀组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1至5所示，本发明实施例提供了一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，包括压电旋动执行器1、射流分配组件2和功率级滑阀组件3。其中，压电旋动执行器1、射流分配组件2和功率级滑阀组件3由上向下依次可拆卸固定在一起。压电旋动执行器1用以根据输入的电压信号产生相应的水平方向的旋动角度，并将旋动角度传递给射流分配组件2，射流分配组件2根据旋动角度完成前置级的射流矢量控制，进而控制功率级滑阀组件3工作，射流分配组件2的下侧设有反馈杆2-4，反馈杆2-4是偏心设置在射流分配组件2的下侧的，反馈2-4杆的下端设有接触球头2-5，接触球头2-5插至功率级滑阀组件3的阀芯3.1的配合孔3-2内，反馈杆2-4将阀芯3.1的直线运动转化为旋动反馈，以实现伺服阀前置级与功率级的机械反馈。
如图2所示，本发明实施例的压电执行机构1包括支撑外环1.1、旋动主轴1.2和若干压电弯曲片1.4。其中，旋动主轴1.2设置在支撑外环1.1的内侧中部，压电弯曲片1.4连接在支撑外环1.1内侧与旋动主轴1.2之间。压电弯曲片1.4的外端与支撑外环1.1固定连接，压电弯曲片1.4的内端与旋动主轴1.2滑动连接。在使用时，压电弯曲片1.4的外端连接控制电线，通过控制电线向压电弯曲片1.4输入交流电压，即可使压电弯曲片1.4产生厚度方向上的偏振运动。本发明实施例的压电弯曲片1.4一般可采用3至6个，优选为4个，并且压电弯曲片1.4均布设置在支撑外环1.1内侧与旋动主轴1.2之间。作为优选实施例，在支撑外环1.1的内侧设有安装槽1-1，压电弯曲片1.4的外端插设在安装槽1-1内，将压电弯曲片1.4与安装槽1-1上开设同心孔，将螺栓1.7穿过同心孔后，与螺母1.6螺纹连接，进而将压电弯曲片外端1.4固定在安装槽1-1内。在旋动主轴1.2的外侧设有若干限位槽1-3，限位槽1-3与压电弯曲片1.4的位置对应，将压电弯曲片1.4的内端滑动连接于限位槽1-3内。既为了保证压电弯曲片1.4在自由长度下的准确定位，也为使得压电弯曲片1.4与旋转主轴1.2产生一定动态摩擦力，实现运动形式的切换。当压电弯曲片1.4的外端通电时，在一定的电场作用下，压电弯曲片1.4出现宽度方向上的微小偏振，进而影响旋动主轴1.2的径向旋转精度，并且，为了防止压电弯曲片1.4从限位槽1-3的上侧滑出，优选在旋动主轴1.2的上端螺纹连接螺栓1.5，采用螺栓1.5的环形面对压电弯曲片1.4宽度方向上进行限位。在支撑外环1.1的下侧设有密封座1.3，旋动主轴1.2穿插密封座1.3设置，并且与密封座1.3之间保持密封，防止下侧的油液沿旋动主轴1.2外漏。
如图5所示，本发明实施例的功率级滑阀组件3为现有技术，其包括阀芯3.1、阀套3.2和阀体3.3、端部密封螺塞3.4、外端盖3.5和紧固螺钉3.6等。在阀芯3.1上设有均压槽3-6，均压槽3-6用以减小阀芯3.1在轴向动作过程中的不平衡液压力。阀套3.2上设置有右负载压力反馈窗口3-3、左负载压力反馈窗口3-4，左负载压力反馈窗口3-4和右负载反馈窗口3-3用以实现引入执行元件的两腔压力，加以控制。阀体3.3与端部密封螺塞3.4和阀芯3.1共同形成左控制容腔3-5和右控制容腔3-7，在阀体3.3的上侧设有右射流接收孔3-9、左射流接收孔3-10、出油孔3-11、左负载口3-12、供油口3-13、右负载口3-14、回油口3-15和泄油口3-16，其中，左负载口3-12、供油口3-13、右负载口3-14、回油口3-15用以外连管路形成完整的液压***，右射流接收孔3-9、左射流接收孔3-10、出油孔3-11和泄油口3-16与射流分配组件2连通，由于未涉及该部分的改进，不再对功率级滑阀组件3其它结构赘述。
如图3和4所示，本发明实施例的射流分配组件2包括一个异形射流盘2.1，异形射流盘2.1为水平设置，在异形射流盘2.1上设有射流入口2-2、射流左出口2-6和射流右出口2-7，在异形射流盘2.1的中部可转动设有偏转控制杆2.5，偏转控制杆2.5为竖直设置，偏转控制杆2.5的上端与旋动主轴1.2连接，进而使偏转控制杆2.5可随旋动主轴1.2在一定范围内转动。反馈杆2-4偏心设置在偏转控制杆2.5的下侧。射流入口2-2与射流左出口2-6和射流右出口2-7之间的偏转控制杆2.5上设有连通槽2-3。来自功率级滑阀组件3的高压油液经异形射流盘2.1的射流入口2-2进入，然后通过连通槽2-3分别流入射流左出口2-6和射流右出口2-7。当压电旋动执行器1未通入控制电压时，偏转控制杆2.5不转动，射流左出口2-6和射流右出口2-7对称设置在连通槽2-3的中线的两侧，进入射流左出口2-6和射流右出口2-7的流量相同，进而使阀芯3.1两侧的左控制容腔3-5和右控制容腔3-7的油压相同，此时，阀芯3.1保持在中位。当在压电旋动执行器1上通入控制电压时，偏转控制杆2.5随旋动主轴1.2转动，此时，连通槽2-3与射流左出口2-6和射流右出口2-7形成不一致的矢量夹角，通过连通槽2-3进入射流左出口2-6和射流右出口2-7流量不同，使左控制容腔3-5和右控制容腔3-7内的压力不同，高压一侧推动阀芯3.1向低压一侧运动。
本发明实施例的射流分配组件2还包括与支撑外环1.1可拆卸固定连接的压紧端盖2.4，异形射流盘2.1设置在压紧端盖2.4的中部内侧，在异形射流盘2.1的上下两侧分别设有上压板2.2和下压板2.3，异形射流盘2.1、上压板2.2和下压板2.3通过圆柱销2.6、2.7精准定位在一起，上压板2.2和下压板2.3的外侧与压紧端盖2.4内侧可采用间隙配合或设置相配合的限位结构，防止上压板2.2和下压板2.3在压紧端盖2.4内转动。偏转控制杆2.5穿插上压板2.2和下压板2.3设置，偏转控制杆2.5的上端优选与旋动主轴1.2通过螺纹连接，在旋动主轴1.2的下端设置螺纹孔1-6，在偏转控制杆2.5的上端设置外螺纹结构2-9。还可在调定后注入强力胶水，防止其在逆时针高频转动的过程中发生松动。偏转控制杆2.5的侧部与异形射流盘2.1间隔形成泄流口2-10，在下压板2.2上与射流左出口2-6、射流右出口2-7、射流入口2-2和泄流口2-10的对应位置分别设有通孔，并且，下压板2.2上的通孔分别与阀体3.3上的左射流接收孔3-10、右射流接收孔3-9、出油孔3-11和泄流口3-6的位置对应。
结合图3至5，从阀体3.3上的供油口3-13进入功率级滑阀组件3的高压油液，一部分经出油口3-11流出功率级滑阀组件3，并通过与出油口3-11位置对应的下压板2.2上的通孔流至射流入口2-2，与此同时，供油口3-13将部分高压油液输送至处于关闭的左负载口3-12与右负载口3-14；进入射流入口2-2的油液，一部分高压油液通过连通槽2-3分配至射流左出口2-6和射流右出口2-7；另一部分流入泄流口2-10，流入射流左出口2-6和射流右出口2-7的油液通过下压板2.3上的通孔流出射流分配组件2，并通过左射流接收孔3-10和右射流接收孔3-9流进功率级滑阀组件3的左控制容腔3-5和右控制容腔3-7内，使得阀芯两端压力不等，进而控制左负载口3-12与右负载口3-14按照滑阀组件液压回路功能与执行器相应的进出口连通。流入泄流口2-10的油液经下压板2.3上的通孔流出射流分配组件2，并通过泄油口3-16回流至功率级滑阀组件3，然后通过回油口3-15流出功率级滑阀组件3。
如图4所示，本发明实施例的连通槽2-3的横截面优选设置成梯形状，连通槽2-3开口较大的一侧朝向射流入口2-2设置，便于使油液进入连通槽2-3，开口较小的一侧朝向射流左出口2-6和射流右出口2-7设置，提高控制的灵敏度。
为了便于将压电旋动执行器1、射流分配组件2和功率级滑阀组件3固定在一起，优选在支撑外环1.1上设置第一安装孔1-2，在压紧端盖2.4上设置第二安装孔2-1，在阀体3.3上设置螺纹孔3-8，第一安装孔1-2、第二安装孔2-1和螺纹孔3-8优选分别为四个，并且一一设置在同一轴线上，让后采用螺栓依次穿过第一安装孔1-2、第二安装孔2-1拧入螺纹孔3-8内。为了确保压电旋动执行器1、射流分配组件2和功率级滑阀组件3之间的密封效果，优选在密封座1.3的下侧设置第一密封槽，在第一密封槽内设置第一密封圈1.8，在阀体3.3的上侧设置第二密封槽3-1，在第二密封槽3-1内设置第二密封圈。第一密封圈1.8和第二密封圈优选为O型密封圈。
本发明的工作原理如下：
1、旋动产生过程：在压电弯曲片1.4的外端通入控制电压，压电弯曲片1.4会产生上下偏振的运动，但由于压电弯曲片1.4外侧固定，其内侧限制在旋动主轴1.2的限位槽1-3内，旋转主轴1.2与压电弯曲片1.4之间的切向摩擦力使得旋动主轴1.2被迫出现小角度的转动，进而实现了电-机械转动的运动形式。
2、射流矢量控制过程：当偏转控制杆2.5无旋动时，偏转控制杆2.5的连通槽2-3与射流盘的射流入口2-2对中；当旋动主轴1.2由于压电弯曲片1.4供电后的上下偏振而旋动一定角度时，偏转控制杆2.5同样地也旋动相应的角度，连通槽2-3与异形射流盘2.1上的射流入口2-2中心线形成一定的夹角，该夹角偏向哪一侧，高速射流就会被迫矢量偏转到该侧，这就完成了伺服阀前置级的射流矢量控制阶段。
3、功率级滑阀运动过程：当异形射流盘2.1的射流入口2-2喷出的高速射流由于偏转控制杆2.5的小角度旋动，高速射流矢量偏转后，进入射流左出口2-6、和射流右出口2-7的高速油液流量发生变化，在与之相通的阀芯1两端的左控制容腔3-5和右控制容腔3-7内形成的压力不等，推动阀芯3.1向压力低的一侧动作，进而控制左负载口3-12与右负载口3-14按照滑阀组件液压回路功能与执行器相应的进出口连通。
4、功率级滑阀机械反馈过程：阀芯的配合孔3-2与反馈杆2-4配合实现伺服阀前置级的机械反馈，在偏转控制杆2.5上的偏心反馈杆2-4实现了功率级滑阀的直线运动可以转化为偏转控制杆2.5的微小角度的逆向旋动反馈，进而可以实现伺服阀前置级与功率级的机械反馈，保证了伺服阀工作的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，包括由上向下依次可拆卸固定的压电旋动执行器、射流分配组件和功率级滑阀组件，所述压电旋动执行器用以根据输入的电压信号产生相应的水平方向的旋动角度，并将所述旋动角度传递给射流分配组件，所述射流分配组件根据旋动角度完成前置级的射流矢量控制，进而控制所述功率级滑阀组件工作，所述射流分配组件包括在其下侧呈偏心设置的反馈杆，所述反馈杆的下端插至所述功率级滑阀组件的阀芯配合孔内，所述反馈杆将阀芯的直线运动转化为旋动反馈，以实现伺服阀前置级与功率级的机械反馈。
2.根据权利要求1所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述压电执行机构包括支撑外环、设置在支撑外环内侧中部的旋动主轴和若干连接在支撑外环内侧与旋动主轴之间的压电弯曲片，所述压电弯曲片外端与支撑外环固定连接，且其内端与旋动主轴滑动连接，所述压电弯曲片通电后产生偏振弯曲并驱动旋动主轴产生相应的旋动角度，所述支撑外环下侧设有密封座，所述旋动主轴穿插密封座设置。
3.根据权利要求2所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述射流分配组件包括异形射流盘，所述异形射流盘上设有射流入口、射流左出口和射流右出口，所述异形射流盘中部设有可转动的偏转控制杆，所述偏转控制杆的上端与旋动主轴螺纹连接，所述反馈杆偏心设置在偏转控制杆的下侧，所述射流入口与射流左出口以及射流右出口之间的偏转控制杆上设有连通槽，所述偏转控制杆未转动时，所述射流左出口和射流右出口对称设置在连通槽的中线的两侧；当所述偏转控制杆随旋动主轴转动时，所述连通槽与射流左出口和射流右出口形成不一致的矢量夹角，进而完成前置级的射流矢量控制。
4.根据权利要求3所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述射流分配组件还包括与支撑外环可拆卸固定连接的压紧端盖，所述异形射流盘设置在压紧端盖中部内侧，且其上下两侧分别设有上压板和下压板，所述偏转控制杆穿插上压板和下压板设置；所述偏转控制杆与异形射流盘间隔形成泄流口，所述下压板上与射流左出口、射流右出口、射流入口和泄流口的对应位置分别设有通孔，以使所述射流左出口、射流右出口、射流入口和泄流口分别与功率滑阀组件上的左负载容腔、右负载容腔、供油口和回油口对应相通。
5.根据权利要求3所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述连通槽的横截面呈梯形状，其开口较大的一侧朝向射流入口设置，开口较小的一侧朝向射流左出口和射流右出口设置。
6.根据权利要求2所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述支撑外环内侧设有安装槽，所述压电弯曲片的外端螺栓固定在所述连接槽内，所述旋动主轴外侧与压电弯曲片对应位置设有限位槽，所述压电弯曲片的内端滑动连接在所述限位槽内。
7.根据权利要求2所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述压电弯曲片包括3至6个，均布设置在支撑外环内侧与旋动主轴之间。
8.根据权利要求4所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述密封座下侧与压紧端盖上侧之间设有第一密封圈，所述压紧端盖下侧与功率级滑阀组件之间设有第二密封圈。
9.根据权利要求1所述的新型高频压电旋动式两级电液伺服阀，其特征在于，所述压电旋动执行器、射流分配组件和功率级滑阀组件螺栓连接。
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|---|---|---|---|
| CN201911028143.2A CN110645221A (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀 |
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|---|---|---|---|
| CN201911028143.2A CN110645221A (zh) | 2019-10-28 | 2019-10-28 | 一种新型高频压电旋动式两级电液伺服阀 |
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Cited By (1)
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2019
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113513511A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-10-19 | 浙大城市学院 | 一种压电堆叠驱动电液比例阀 |
| CN113513511B (zh) * | 2021-04-15 | 2023-09-26 | 浙大城市学院 | 一种压电堆叠驱动电液比例阀 |
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