一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，由直線電機(jī)、閥芯、閥套、浮動(dòng)補(bǔ)償塊、密封圈、位移傳感器和控制器組成。閥芯在射流作用下高速旋轉(zhuǎn)，兩閥芯近似對(duì)稱分布，保證軸向液動(dòng)力平衡從而提高閥的響應(yīng)速度。單端閥芯均勻分布個(gè)三角型閥口，并在閥芯自轉(zhuǎn)下形成PWM流量信號(hào)，其通流能力為常規(guī)高速開(kāi)發(fā)閥的倍，PWM控制頻率超過(guò)100Hz，并拓寬了占空比范圍，達(dá)到0%~90%。浮動(dòng)補(bǔ)償塊起到密封作用，并可自動(dòng)補(bǔ)償，顯著減少了閥的內(nèi)泄漏。直線電機(jī)帶動(dòng)閥芯作直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)位移傳感器實(shí)現(xiàn)位置控制從而精確控制占空比。在油鍥與閥芯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用下，保證閥芯支撐與密封部分處于油膜潤(rùn)滑，顯著減少了閥芯運(yùn)動(dòng)阻力與并提高閥的響應(yīng)速度與精度。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是涉及一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，屬于數(shù)字式電液控制領(lǐng)域。 一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的日益廣泛，電液數(shù)字控制技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一 體化的重要手段，是實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行高速、高精度控制的理想方法，目前已廣泛應(yīng)用于 航空航天、汽車、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等重要領(lǐng)域。高速開(kāi)關(guān)閥的研究是電液數(shù)字控制 技術(shù)中的一個(gè)重要部分，是實(shí)現(xiàn)電液數(shù)字控制的關(guān)鍵元件，利用高速開(kāi)關(guān)閥采用脈寬調(diào)制 (PWM)的液壓數(shù)字控制，具有工作可靠、維修方便、對(duì)油液污染不敏感以及便于與計(jì)算機(jī)連 接的特點(diǎn)。
[0003] 近年來(lái)工程機(jī)械等的發(fā)展對(duì)高速開(kāi)關(guān)閥提出了更高的技術(shù)要求，如快速響應(yīng)、 大流量等。目前高速開(kāi)關(guān)閥工作原理是直接根據(jù)一系列脈沖電信號(hào)控制電磁鐵產(chǎn)生吸 力，使得閥芯高速正、反運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)液流在閥口處的交替通、斷功能，已有相應(yīng)專利如 [200820182070.3]和[200320110969. 1]，已有產(chǎn)品如美國(guó)BKM公司與貴陽(yáng)紅林集團(tuán)合 作開(kāi)發(fā)的一種螺紋插裝式高速?gòu)?qiáng)力電磁閥（HSV)。但這種直線運(yùn)動(dòng)式高速開(kāi)關(guān)閥閥芯運(yùn) 動(dòng)過(guò)程存在加減速度，因此驅(qū)動(dòng)電磁鐵除了克服閥芯與閥套之間的摩擦力、液動(dòng)力之外， 還得克服閥芯的慣性力，為此要研制高壓大流量的高速開(kāi)關(guān)閥并非易事，并且存在閥芯 高速撞擊閥座而產(chǎn)生振蕩、噪聲等問(wèn)題。其通徑一般較小，通流能力較差，空載流量小于 10￡/mill? 一般用于先導(dǎo)級(jí)控制王閥。
[0004] 為提高高速開(kāi)關(guān)閥的流量，可采用轉(zhuǎn)閥克服直線運(yùn)動(dòng)形式高速開(kāi)關(guān)閥的缺陷，如 美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種高速開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)閥，以及已有專利[201110046020.9]。但目前該 類型轉(zhuǎn)閥存在高壓下泄漏大等問(wèn)題，并且由于閥芯作旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)，其磨損問(wèn)題也較為 嚴(yán)重。
[0005] 可見(jiàn)轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)對(duì)提高開(kāi)發(fā)閥的動(dòng)態(tài)是有利的，但卻帶來(lái)了高壓內(nèi)泄漏導(dǎo)致效率不 高的問(wèn)題，因此如何通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證高速開(kāi)關(guān)閥在不同壓力下保持低泄漏并實(shí)現(xiàn)大 流量，同時(shí)進(jìn)一步提高高速開(kāi)關(guān)閥的PWM控制頻率與閥本身的響應(yīng)特性是高速開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)閥走 向工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是提供一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，能在不同壓力下保持大 流量高頻響以及低泄漏特性，解決了高速開(kāi)關(guān)閥低效率以及通流能力小的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于： 一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，包含第一閥套（1)、密封圈（2)、第一浮動(dòng)補(bǔ)償 塊（3)、第一閥芯（4)、位移傳感器移動(dòng)部分（5)、位移傳感器固定部分（6)、控制器（7)、直 線電機(jī)次級(jí)（8)、直線電機(jī)初級(jí)（9)、第二閥套（10)、第二閥芯（11)、密封圈（12)、第二浮 動(dòng)補(bǔ)償塊（13)，其特征在于：所述第一閥芯（4)和第二閥芯（11)都分成帶有螺紋的固定 段（D)、軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分（E)以及閥口（F)，其中閥口（F)開(kāi)有況個(gè)三角槽閥口（H)， 1 < 6,并且三角槽閥口（Η)的一邊（G)與其對(duì)邊平行；同時(shí)三角槽閥口（Η)所占圓周 方向比例即為PWM控制的占空比，即占空比為*〇/(?〇 + ?1)，最小占空比為〇%，最大占空比為 + 0 = ;第一閥芯（4)和第二閥芯（11)運(yùn)動(dòng)行程為& ;軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分（Ε) 上開(kāi)有5個(gè)射流壁（V)，螺紋的固定段（D)上開(kāi)有螺紋槽并帶有一定位面。
[0008] 取值，所述第一閥套（1)和第二閥套（10)上都開(kāi)有6個(gè)射流孔（N)，先導(dǎo)高壓油& 通過(guò)射流孔（N)沖擊閥芯的射流壁（V)上，使得相應(yīng)閥芯自旋轉(zhuǎn)，從而形成PWM信號(hào)控制流 量；其次第一閥套（1)和第二閥套（10)上都開(kāi)有況個(gè)階梯孔（K)、一個(gè)環(huán)形槽(M)以及況個(gè) 矩形花鍵（1)，1彡N彡6 ;同時(shí)第一閥套（1)和第二閥套（10)內(nèi)徑與相應(yīng)閥芯為間隙配合， 間隙為并且<dl<0,5mm o
[0009] 所述第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)都帶有徑向定位邊（0)和定位邊 (U)，定位邊（0)和定位邊（U)在矩形花鍵（I)作用下軸向定位；同時(shí)第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3 )和 第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)上面開(kāi)有等邊菱形口（P)，其邊長(zhǎng)等于三角槽閥口（H)的邊長(zhǎng)（G);等 邊菱形口（P)帶有工藝倒角（R)，菱形邊軸向夾角為第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償 塊（13)上的圓形凸臺(tái)帶有密封邊（S)，并且密封邊（S)上開(kāi)有密封槽（Q)，在階梯孔（K)配 合下將高壓油與控制腔隔離；第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)上的圓弧面（T) 與相應(yīng)閥芯配合間隙為一油楔形狀（X)。
[0010] 所述第一閥芯（4)和第二閥芯（11)在直線電機(jī)次級(jí)（8)的帶動(dòng)下軸向運(yùn)動(dòng)，位移 傳感器移動(dòng)部分（5)隨第一閥芯（4)和第二閥芯（11)移動(dòng)，并將位移信號(hào)通過(guò)位移傳感器 固定部分（6)傳遞給控制器（7)，與指令值相比較形成偏差信號(hào)，輸給直線電機(jī)初級(jí)（9) 形成位置閉環(huán)控制，從而控制占空比。
[0011] 所述第一閥芯（4)上的三角槽閥口（H)與第二閥芯（11)上的三角槽閥口錯(cuò)位 ιβσ /況,但三角槽閥口的尖角朝向一致。
[0012] 用于帶動(dòng)第一閥芯（4)和第二閥芯（11)轉(zhuǎn)動(dòng)的油液(W)流經(jīng)直線電機(jī)，冷卻電機(jī)。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明能減少對(duì)電機(jī)自由度要求并提高閥的功率密度，而且 還能提商商速開(kāi)關(guān)閥的控制精度以及閥的響應(yīng)速度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明電機(jī)軸閥芯結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明閥套結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明浮動(dòng)補(bǔ)償塊結(jié)構(gòu)的示意圖 圖5是本發(fā)明射流沖擊自旋轉(zhuǎn)原理的示意圖 圖6是本發(fā)明浮動(dòng)補(bǔ)償原理的示意圖 圖7是本發(fā)明油膜潤(rùn)滑形成的示意圖。
[0018] 圖中：1、第一閥套，2、密封圈，3、浮動(dòng)補(bǔ)償塊，4、第一閥芯，5、位移傳感器移動(dòng)部 分，6、位移傳感器固定部分，7、控制器，8、直線電機(jī)次級(jí)，9、直線電機(jī)初級(jí)，10、第二閥套， 11、第二閥芯，12、密封圈，13、浮動(dòng)補(bǔ)償塊。Α、射流沖擊自旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分，Β、射流沖擊自旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)部分，C、浮動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)部分，D、閥芯螺紋固定段，Ε、閥芯軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分，F(xiàn)、閥 芯閥口部分，I、閥套矩形花鍵，J、閥套左視圖，K、閥套的階梯孔，L、閥套的射流孔機(jī)構(gòu)圖，Μ、 閥套的環(huán)形槽，Ν、閥套的射流孔，0、浮動(dòng)補(bǔ)償塊定位邊，Ρ、浮動(dòng)補(bǔ)償塊的等邊菱形口，Q、浮 動(dòng)補(bǔ)償塊的密封槽，R、浮動(dòng)補(bǔ)償塊的等邊菱形口的工藝倒圓角半徑，S、浮動(dòng)補(bǔ)償塊密封邊， Τ、浮動(dòng)補(bǔ)償塊密封曲面，U、浮動(dòng)補(bǔ)償塊定位邊，V、閥芯的射流壁，W、射流回油部分，X、浮動(dòng) 補(bǔ)償塊與閥芯形成的油鍥部分。凡、高壓油油壓，Α、先導(dǎo)高壓油油壓，凡、控制腔油壓，J、閥 芯位移Λ、閥芯部分圓周方向最短密封長(zhǎng)度，I、閥芯部分圓周方向最長(zhǎng)開(kāi)口長(zhǎng)度，&、閥芯軸 向運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，Λ、浮動(dòng)補(bǔ)償塊等邊菱形口開(kāi)口角度,Λ、閥芯閥芯軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分油壓 作用面積，4、閥芯閥口部分頂部油壓作用面積，4、閥芯底端油壓作用面積，4、浮動(dòng)補(bǔ)償 塊高壓腔承受油壓面積，4、負(fù)載補(bǔ)償塊密封面上端面承壓面積,4、負(fù)載補(bǔ)償塊密封面下 端面承壓面積，吒、閥芯與閥套的配合間隙，Α、油鍥最大厚度，馬、浮動(dòng)補(bǔ)償塊密封面半徑，奐 、閥芯外圓柱面半徑、浮動(dòng)補(bǔ)償塊密封面圓心位置，巧、閥芯外圓柱面圓心位置。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳 細(xì)說(shuō)明如下。
[0020] 圖1表示了本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。包含第一閥套1、密封圈2、浮動(dòng)補(bǔ)償塊3、 第一閥芯4、位移傳感器移動(dòng)部分5、位移傳感器固定部分6、控制器7、直線電機(jī)次級(jí)8、直線 電機(jī)初級(jí)9、第二閥套10、第二閥芯11、密封圈12、浮動(dòng)補(bǔ)償塊13。
[0021] 現(xiàn)有的高速開(kāi)關(guān)閥控制通常采用PWM控制，受限于現(xiàn)有的高速開(kāi)關(guān)閥本身的響應(yīng) 頻率與壽命問(wèn)題，目前常用的PWM控制頻率一般局限于2(Γ50Ηζ，又因?yàn)楦咚匍_(kāi)關(guān)閥的控制 穩(wěn)態(tài)精度與PWM控制頻率緊密相關(guān)，并且隨著PWM控制頻率的增加，穩(wěn)態(tài)精度也跟著增加。 目前采用高速開(kāi)關(guān)閥控制時(shí)，由于PWM控制頻率較低，一般小于50Hz，因此其穩(wěn)態(tài)顫振幅值 較大，并且該問(wèn)題也成為高速開(kāi)關(guān)閥控制的一個(gè)缺陷。針對(duì)該問(wèn)題，參看圖1和圖2示意圖。 閥芯4和閥芯11都分成帶有螺紋的固定段D、軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分E以及閥口部分F，其 中閥口 F開(kāi)有6)三角槽閥口 H，并且三角槽閥口 Η的一邊G與其對(duì)邊平行。閥芯4 和閥芯11分別在在閥套1和閥套10的射流孔Ν (參看圖3)射出的先導(dǎo)高壓油作用于閥 芯的射流壁V下形成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力（參看圖5)，從而自轉(zhuǎn)而形成PWM信號(hào)控制流量，假定轉(zhuǎn)動(dòng)頻 率為/?，并且Λ ?50ΗΤ。則該高速開(kāi)關(guān)閥總的PWM控制頻率A =/，，當(dāng)#=6,則其高速開(kāi)關(guān)閥 的PWM控制頻率將達(dá)到300Hz，相對(duì)現(xiàn)有的PWM控制頻率，其頻率提高了 600%。另一方面， 假定浮動(dòng)補(bǔ)償塊3 (參看圖4)閥口面積為毛，則通過(guò)高速開(kāi)關(guān)閥的流量方程為

【權(quán)利要求】
1. 一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，包含第一閥套（1)、密封圈（2)、第一浮 動(dòng)補(bǔ)償塊（3)、第一閥芯（4)、位移傳感器移動(dòng)部分（5)、位移傳感器固定部分（6)、控制 器（7)、直線電機(jī)次級(jí)（8)、直線電機(jī)初級(jí)（9)、第二閥套（10)、第二閥芯（11)、密封圈 (12) 、第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)，其特征在于：所述第一閥芯（4)和第二閥芯（11)都分成 帶有螺紋的固定段（D)、軸承頸部與自旋轉(zhuǎn)部分（E)以及閥口（F)，其中閥口（F)開(kāi)有 況個(gè)三角槽閥口（H)，1 < N < 6,并且三角槽閥口（H)的一邊（G)與其對(duì)邊平行；同時(shí)三角 槽閥口（H)所占圓周方向比例即為PWM控制的占空比，即占空比為1〇/(1〇+功,最小占空比 為0%，最大占空比為^/認(rèn)+ 4)=9〇% ;第一閥芯（4)和第二閥芯（11)運(yùn)動(dòng)行程為& ;軸承頸 部與自旋轉(zhuǎn)部分（E)上開(kāi)有5個(gè)射流壁（V)，螺紋的固定段（D)上開(kāi)有螺紋槽并帶有一定位 面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，其特征在于：所述 第一閥套（1)和第二閥套（10)上都開(kāi)有6個(gè)射流孔（N)，先導(dǎo)高壓油&通過(guò)射流孔（N)沖 擊閥芯的射流壁（V)上，使得相應(yīng)閥芯自旋轉(zhuǎn)，從而形成PWM信號(hào)控制流量；其次第一閥 套（1)和第二閥套（10)上都開(kāi)有犮個(gè)階梯孔（K)、一個(gè)環(huán)形槽（M)以及及個(gè)矩形花鍵（I)， 1彡N彡6 ;同時(shí)第一閥套（1)和第二閥套（10)內(nèi)徑與相應(yīng)閥芯為間隙配合，間隙為嶠，并且
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，其特征在于：所述第 一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)都帶有徑向定位邊（0)和定位邊（U)，定位邊（0) 和定位邊（U)在矩形花鍵（I)作用下軸向定位；同時(shí)第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊 (13) 上面開(kāi)有等邊菱形口（P)，其邊長(zhǎng)等于三角槽閥口（H)的邊長(zhǎng)（G);等邊菱形口（P)帶 有工藝倒角（R)，菱形邊軸向夾角為ce ;第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)上的圓 形凸臺(tái)帶有密封邊（S)，并且密封邊（S)上開(kāi)有密封槽（Q)，在階梯孔（K)配合下將高壓油與 控制腔隔離；第一浮動(dòng)補(bǔ)償塊（3)和第二浮動(dòng)補(bǔ)償塊（13)上的圓弧面（T)與相應(yīng)閥芯配合 間隙為一油楔形狀（X)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，其特征在于：所述第 一閥芯（4)和第二閥芯（11)在直線電機(jī)次級(jí)（8)的帶動(dòng)下軸向運(yùn)動(dòng)，位移傳感器移動(dòng)部分 (5)隨第一閥芯（4)和第二閥芯（11)移動(dòng)，并將位移信號(hào)通過(guò)位移傳感器固定部分（6)傳 遞給控制器（7 )，與指令值相比較形成偏差信號(hào)，輸給直線電機(jī)初級(jí)（9 )形成位置閉環(huán)控 制，從而控制占空比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，其特征在于：所述第 一閥芯（4)上的三角槽閥口（Η)與第二閥芯（11)上的三角槽閥口錯(cuò)位胃/況，但三角槽閥 口的尖角朝向一致。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低泄漏高頻響大流量高速開(kāi)關(guān)閥，其特征在于：用于帶 動(dòng)第一閥芯（4)和第二閥芯（11)轉(zhuǎn)動(dòng)的油液（W)流經(jīng)直線電機(jī)，冷卻電機(jī)。
【文檔編號(hào)】F15B13/02GK104088843SQ201410321948
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月5日
【發(fā)明者】陳淑梅, 顏濱曲, 陳傳銘 申請(qǐng)人:福州大學(xué)