專利名稱：一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液壓閥技術領域，特別涉及一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥。
背景技術：
電液伺服閥是復雜的電液兀件，在電液伺服系統(tǒng)中，作為連接電氣部分與液壓部分的橋梁，是電液伺服控制系統(tǒng)的核心部件。近年來，隨著壓鑄機等大型液壓裝備的快速發(fā)展，市場對電液伺服插裝閥的需求越來越大，并對其提出了更高的技術要求。尤其是鍛壓、壓鑄和注塑設備的液壓控制，迫切需要大流量、響應快、維修方便且能在高的液壓沖擊下工作的伺服插裝閥。目前廣泛使用的電液伺服插裝閥主要是帶有先導閥的兩級或三級噴嘴擋板閥和射流管閥，傳統(tǒng)的液壓伺服系統(tǒng)雖然性能優(yōu)良，但結構復雜，制造困難，維修成本高， 卸荷時液壓沖擊大，油液純凈度要求高以及售價昂貴等問題，例如一個MOOG的電液伺服插裝閥的價格在20萬元以上。并且，電液伺服插裝閥的密封采用閥墊或者聚甲醛等材質(zhì)密封，工作過程中油液中的雜質(zhì)，在高的液壓沖擊下會擠壓到軟質(zhì)密封件上，造成漏液、串液，使電液伺服閥對油液污染特別敏感。因此，必須強化和完善過濾技術，提高液壓油的清潔度，這樣也就提高了電液伺服系統(tǒng)的成本，這一系列缺點都是因傳統(tǒng)伺服閥的技術特點而引起的。因此，隨著我國對大型設備需求的日益增加，亟需一種高質(zhì)量、低成本的伺服插裝閥。近幾年，隨著伺服電機價格的降低，伺服直驅(qū)技術逐漸在工業(yè)中獲得應用，采用伺服直驅(qū)技術的插裝閥是以后插裝閥的發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，具有使用壽命長、結構簡單，抗油污能力強，工作壓力范圍寬，響應速度快，制造和維修成本低的優(yōu)點。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，包括交流伺服電機I，交流伺服電機I與諧波減速器3連接在閥套8上面，交流伺服電機I的輸出軸與諧波減速器3的輸入軸連接，諧波減速器3的輸出軸通過聯(lián)軸器4與絲杠6連接，絲杠6上設有滑塊15，滑塊15上連接有直線位移傳感器5，滑塊15和閥桿11連接，閥桿11端部開有外螺紋，閥芯13開有內(nèi)螺紋，閥桿11通過螺紋連接驅(qū)動閥芯13的開啟和關閉，小端蓋10連接固定在閥座7上，小端蓋10與閥芯套12固定連接，閥套8采用插裝方式插入閥座7，并通過頂部端蓋2固定在閥座7內(nèi)，頂部端蓋2與閥座7固定，閥座7采用插裝方式安裝于液壓系統(tǒng)。所述的閥桿11上部設有閥桿腔16，端部與閥芯13連接處開有外螺紋18，與閥芯13連接部分中心開孔17，使滑塊15始終受到向上的油液壓力，油液向上作用的面積為Al，油液向下作用的面積為A2，則需要使Al是A2的I. 05倍。
所述的閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座7的配合處均采用T型格來圈密封，閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座7的配合處均采用T型格來圈密封，并且在配合處均勻陣列形式密布著小坑19，坑的直徑為100微米，深度為1(T20微米。所述的閥芯13和閥座7為間隙配合，其裝備精度達IT5，兩者材料的熱膨脹系數(shù)相同。所述的閥座7的高壓油液出口 B處開有環(huán)形槽20，環(huán)形槽20上分布6個由小變大的流道口 21。本發(fā)明具有以下有益效果
I、克服了現(xiàn)有伺服閥整體結構復雜，制造困難，制造和維修成本高等問題。該閥采用交流伺服電機直驅(qū)的方式，目前交流伺服直驅(qū)的方式已經(jīng)應用于機械制造業(yè)中，本發(fā)明利用交流伺服直驅(qū)伺服插裝閥、充分利用了伺服電機使用簡單，響應快速，控制精確的特點。另外，該閥整體結構簡單，易于制造，且由于交流伺服直驅(qū)閥本身控制系統(tǒng)就是一個電液伺服控制系統(tǒng)，因此可使用電液伺服系統(tǒng)設計方法來改善閥的靜、動態(tài)性能。2、該閥帶有高精度的直線位移傳感器，精度能夠達到0. 1mm，并且重復定位精度好，采用閉環(huán)控制，能夠精確的控制閥芯的位置。采用伺服直驅(qū)的思想，響應迅速，關閉安全可靠，線性度高，滯環(huán)小，控制精度和可靠性高。3、閥桿采用專門設計的中空結構，使高壓油液提供作用力于閥芯上方，用來平衡高壓液體對閥芯下方進油口的油液壓力，閥工作壓力不受供油壓力的影響，使閥的工作范圍基本不受供油壓力的影響，既可以在很高的壓力下工作，也可以在很低的共有壓力下工作?？朔爽F(xiàn)有伺服閥在高壓大流量環(huán)境下使用困難等缺點。該閥工作壓力范圍寬、流量大，且動態(tài)性能受供油壓力影響很小。采用該平衡結構將使閥芯在運動過程中所受到的外力大幅下降，閥芯驅(qū)動機械部分的尺寸減小，彈性變形量減小，并采用較小的伺服電機即可完成閥芯的驅(qū)動。4、克服了現(xiàn)有技術中效率較低的問題，本發(fā)明運用直驅(qū)思想，利用伺服電機經(jīng)過變速器直接驅(qū)動滾珠絲杠帶動閥芯運動，控制閥芯的開啟和關閉，減少了中間傳動環(huán)節(jié)，系統(tǒng)集成度高，可靠性強，使得工作性能安全、穩(wěn)定、可靠，效率較高。在插裝閥流量和壓力不是很大時，為了進一步提高插裝閥系統(tǒng)的響應速度，伺服直驅(qū)插裝閥中的變速器可以省去，電機直接和絲杠連接進行閥芯驅(qū)動。同時，為了保證系統(tǒng)的閉環(huán)控制特性，避免滾珠絲杠間隙(絲杠正向和反向運動會出現(xiàn)間隙差)對閥芯運動位置的影響，使閥芯受到的液壓力始終向上，因此，在閥芯設計中使Al是A2面積的I. 05倍(油液向上作用的面積為Al，油液向下作用的面積為A2)。目前伺服電機技術得到了長足的進步，利用伺服電機為核心技術的直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)傳動方式可以很方便的實現(xiàn)計算機控制，在自動控制方面具有很強的適應性，并且具有抗油液污染能力強、調(diào)整、使用簡單、性價比髙、具有自診斷功能等優(yōu)點。絲杠副是直線運動常用的傳動方式，具有安全可靠，傳動精度較高的優(yōu)點，并且?guī)в凶枣i功能。5、該閥閥芯和閥芯套采用相同的材料，能保證閥在不同溫度下配合尺寸保持不變。表面經(jīng)過耐磨處理，增加閥的使用壽命和使用穩(wěn)定性。同時該閥采用專門的T型格來圈密封，密封組件輕巧，安裝方便，抗污染和流體的相容性好，并且工作允許壓力高達80MPa，工作溫度范圍為-54+200°C，摩擦力小，無爬行。同時該閥在滑動副的接觸部分均勻陣列形式密布著小坑，坑的直徑為100微米，深度為10 20微米，該結構不但可以大幅降低閥芯運動過程中的摩擦力，還可以用來容納油液當中的雜質(zhì)，提高閥的抗油污能力。6、該閥座的出口處開有環(huán)形槽和流道口，這是為了減少閥門的開啟和閉合時的液壓沖擊力，使閥門在開啟和完全閉合的瞬間液動力較小。7、該伺服插裝閥容易維修，制造成本低，可替代目前價格昂貴的電液伺服插裝閥。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是圖I中閥桿11示意圖。圖3是圖I中閥芯13的示意圖。圖4是圖I的閥座7的內(nèi)部結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述。參照圖1，一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，包括交流伺服電機1，交流伺服電機I與諧波減速器3通過螺栓連接在閥套8上面，交流伺服電機I的輸出軸與諧波減速器3的輸入軸連接，諧波減速器3的輸出軸通過聯(lián)軸器4與絲杠6連接，絲杠6上設有滑塊15，絲杠6的轉動帶動滑塊15做直線運動，滑塊15上連接有直線位移傳感器5，能夠直接反應滑塊15的位移，滑塊15通過螺栓連接的方式和閥桿11連接，閥桿11端部開有外螺紋，閥芯13開有內(nèi)螺紋，閥桿11通過螺紋連接驅(qū)動閥芯13的開啟和關閉，小端蓋10通過螺栓連接固定在閥座7上，小端蓋10與閥芯套12固定連接，閥套8采用插裝方式插入閥座7，并通過頂部端蓋2固定在閥座7內(nèi)，頂部端蓋2采用螺栓連接與閥座7固定，閥座7采用插裝方式安裝于液壓系統(tǒng)，A為高壓油液進口，B為高壓油液出口。參照圖2，所述的閥桿11設有閥桿腔16，端部與閥芯13連接處開有外螺紋18，與閥芯13連接部分中心開孔17，為了保證絲杠6的精度，防止絲杠6和滑塊15齒間隙造成的誤差，使滑塊15始終受到向上的油液壓力，油液向上作用的面積為Al，油液向下作用的面積為A2，則需要使Al是A2的I. 05倍。參照圖3，所述的閥芯13，閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座I的配合處均勻陣列形式密布著小坑19，坑的直徑為100微米，深度為1(T20微米，為了抑制泄漏，同時閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座7的配合處均采用T型格來圈密封，密封圈的壓縮量很小，約為20分之一。所述的閥芯13和閥座7為間隙配合，其裝備精度達IT5，兩者材料的熱膨脹系數(shù)相同。參照圖4，閥座7的高壓油液出口 B處開有環(huán)形槽20，環(huán)形槽20上分布6個由小變大的流道口 21，能夠增大流體的流動面積，減少閥門的開啟和閉合時的液壓沖擊力，使閥門在開啟和完全閉合的瞬間液動力較小。本發(fā)明的工作原理為交流伺服電機I通過諧波減速器3，降低轉速，增大轉矩，達到所需要的扭矩，諧波減速器3的輸出軸通過聯(lián)軸器4與絲杠6連接，滑塊15通過螺栓連接與閥桿11連接，閥桿11通過螺紋連接驅(qū)動閥芯13，從而實現(xiàn)通過絲杠傳動副使伺服電機I直接驅(qū)動閥芯13的開啟和關閉。同時滑塊15上面安裝了高精度的直線位移傳感器5，閥芯13的開啟和關閉可直接用計算機進行數(shù)字控制，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，響應快速，具有良好的定位和重復定位性能。該閥閥芯13底部采用鏤空式，高壓油液作用在閥芯13的面積很小，高壓液動力很小，同時閥桿11頂端部分中心開孔17，高壓油液能夠進入到閥芯套12的腔內(nèi)，反作用于閥桿11，用來平衡高壓液體對閥芯的液動力，閥工作壓力基本不受供油壓力的影響，使得該閥可在很高的工作壓力下工作，也可在很低的工作壓力下工作，工作壓力范圍寬。閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座7的配合處均采用T型格來圈密封密封圈的壓縮量很小，約為20分之一，閥芯套12與閥芯13以及閥芯13與閥座7的配合處均采用T型格來圈密封。并且在配合處均勻陣列形式密布著小坑20，坑的直徑為100微米，深度為10 20微米，在減小滑動摩擦的同時，能夠很好的處理油液污染問題。為了抑制泄漏，閥芯和閥體為間隙配合，其裝備精度達IT5，兩者材料的熱膨脹系數(shù)相同。在此種工作環(huán)境下，電機只需要提供很小的轉矩就能驅(qū)動閥芯的開啟和關閉，且不受工作壓力的影響。同時閥座7的高壓油液出口 B處開有環(huán)形槽20和流道口 21，能夠增大流體的流動面積，減少閥門的開啟和閉合時的 液壓沖擊力，使閥門在開啟和完全閉合的瞬間液動力較小。
權利要求
1.一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，包括交流伺服電機(1)，其特征在于交流伺服電機(I)與諧波減速器(3)連接在閥套(8)上面，交流伺服電機(I)的輸出軸與諧波減速器(3)的輸入軸連接，諧波減速器(3)的輸出軸通過聯(lián)軸器(4)與絲杠(6)連接，絲杠(6 )上設有滑塊(15 )，滑塊(15 )上連接有直線位移傳感器(5 )，滑塊(15 )和閥桿(11)連接，閥桿(11)端部開有外螺紋，閥芯(13)開有內(nèi)螺紋，閥桿(11)通過螺紋連接驅(qū)動閥芯(13 )的開啟和關閉，小端蓋(10 )連接固定在閥座(7 )上，小端蓋(10 )與閥芯套(12 )固定連接，閥套()8采用插裝方式插入閥座(7 )，并通過頂部端蓋(2 )固定在閥座(7 )內(nèi)，頂部端蓋(2)與閥座(7)固定，閥座(7)采用插裝方式安裝于液壓系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，其特征在于所述的閥桿(11)上部設有閥桿腔(16)，端部與閥芯(13)連接處開有外螺紋(18)，與閥芯(13)連接部分中心開孔(17)，使滑塊(15)始終受到向上的油液壓力，油液向上作用的面積為Al，油液向下作用的面積為A2，則需要使Al是A2的I. 05倍。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，其特征在于所述的閥芯套(12)與閥芯(13)以及閥芯(13)與閥座(7)的配合處均采用T型格來圈密封，閥芯套(12)與閥芯(13)以及閥芯(13)與閥座(7)的配合處均采用T型格來圈密封，并且在配合處均勻陣列形式密布著小坑(19)，坑的直徑為100微米，深度為1(T20微米。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，其特征在于所述的閥芯(13)和閥座(7)為間隙配合，其裝備精度達IT5，兩者材料的熱膨脹系數(shù)相同。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，其特征在于所述的閥座(7)的高壓油液出口(B)處開有環(huán)形槽(20)，環(huán)形槽(20)上分布6個由小變大的流道口(21)。
全文摘要
一種平衡式高壓大流量交流伺服直驅(qū)插裝閥，包括交流伺服電機，交流伺服電機與諧波減速器連接在閥套上面，交流伺服電機的輸出軸與諧波減速器的輸入軸連接，諧波減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器與絲杠連接，絲杠上設有滑塊，滑塊上連接有直線位移傳感器，滑塊和閥桿連接，閥桿端部開有外螺紋，閥芯開有內(nèi)螺紋，閥桿通過螺紋連接驅(qū)動閥芯的開啟和關閉，小端蓋連接固定在閥座上，小端蓋與閥芯套固定連接，閥套采用插裝方式插入閥座，并通過頂部端蓋固定在閥座內(nèi)，頂部端蓋與閥座固定，閥座采用插裝方式安裝于液壓系統(tǒng)，減小了油液壓力對閥的影響，閥的瞬間液動力小，采用閉環(huán)控制的伺服直驅(qū)方式，具有結構簡單，響應快速，控制精確，線性度高的優(yōu)點。
文檔編號F15B13/02GK102705286SQ20121016484
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權日2012年5月25日
發(fā)明者張宗元, 張琦, 趙升噸, 顧磊 申請人:西安交通大學