一种常闭式主动控制锥面节流器

技术领域

本发明涉及静压技术领域，特别是一种常闭式主动控制锥面节流器。

背景技术

静压技术在精密机械中具有广泛的应用，静压导轨、静压轴承、静压丝杠是典型应用实例。节流器是静压轴承或混合轴承系统中不可或缺的重要部件，节流器利用液阻形成压力差，控制或调节各油腔的压力和流量，其节流性能对静压设备的承载能力、静/动刚度和精度等具有显著影响。

常见的节流器可以分为固定式节流器、可变式节流器和主动控制节流器三种。固定式节流器主要有毛细管式节流器、小孔式节流器、缝隙式节流器等，固定式节流器工作时，节流液阻保持不变，承载能力和刚度往往小于可变式节流器。固定节流器节流方式简单，但必须在主轴发生偏移时才能够发挥作用，因此采用该类型节流器存在油膜刚度低、稳定性差、回转精度低等问题。可变式节流器主要有薄膜反馈式节流器和滑阀反馈式节流器等，可变式节流器的液阻可根据静压设备的载荷变化自动反馈调节，保证静压主轴平稳运转。但是，薄膜节流器的薄膜太薄时容易发生翘曲变形，薄膜太厚时节流器的动态响应时间长，抗干扰能力较弱。滑阀反馈节流器的滑阀惯性较大，在调节过程中存在超调问题，稳定性较差。这些问题从很大程度上限制了静压设备在高速、高精度、重载领域的应用。主动控制节流器是在可变节流器上加控制系统，通过改变主动控制节流器的参数来调节静压设备的动力参数(如刚度、阻尼等)，能够有效地抑制振动和改善系统的稳定性，并输出位置的变化信息，实现静压设备的运行状态检测，获得更高的支承精度和刚度。

在发明专利CN105370958B——《一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀》中，通过压电陶瓷精确控制节流间隙，实现压力和流量的精确主动控制。但是，节流器为常开式结构，在压电陶瓷不工作时，节流缝隙最大，流量最大，导致能量的过渡浪费。如果想长时间减小流量，压电陶瓷必须在工作状态，提供输出推力，保证薄膜变形，减小节流缝隙，这导致压电陶瓷长时间工作，影响其使用寿命。

因此，改进节流器的结构，消除不稳定性，改善节流性能，延长使用寿命，减少能量的浪费，对于静压设备的推广应用及高速化、高精密化发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种常闭式主动控制锥面节流器，其采用常闭式设计，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙为0，流量为0，减少能量的浪费，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了使用寿命。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种常闭式主动控制锥面节流器，主要包括阀体、滑动锥、弹性件、上壳体、压电陶瓷和端盖；其中，阀体为中空式结构，其内设置有工作腔，工作腔呈圆柱状，工作腔下部设置有锥形孔；滑动锥上端部设置有挡环，下端部设置有锥形凸台，且锥形凸台与锥形孔的锥角相等，在锥形凸台与锥形孔相配合后，锥形凸台与锥形孔之间形成锥面节流；滑动锥沿自身轴线方向可双向移动，滑动锥在工作腔内设置有导向凸台，起到导向作用，保证滑动锥的稳定性；导向凸台上进一步设置有多个沿圆周方向均布的通孔，在导向凸台下端，滑动锥与工作腔之间形成环形油腔，在导向凸台上端，滑动锥与工作腔之间形成环形预压油腔，环形油腔与环形预压油腔通过通孔相连通。

所述弹性件设置在环形预压油腔内，其一端与滑动锥相连，另一端与上壳体相连，该弹性件可以选用弹簧，也可以选用其它的弹性材料。

所述阀体上部设置有多个沿圆周方向均布的第一螺纹安装孔，实现阀体和上壳体的紧密连接、无缝隙，端盖上部设置有多个沿圆周方向均布的第二螺纹安装孔，实现端盖和上壳体的紧密连接，减小零件的振动和磨损，从而延长节流器的使用寿命。

所述上壳体内部设置有压电陶瓷，压电陶瓷呈中空式柱状结构，滑动锥从压电陶瓷的中空腔穿过；压电陶瓷的一端连接滑动锥的挡环，另一端连接上壳体，上壳体和压电陶瓷采用间隙配合，滑动锥和压电陶瓷采用间隙配合。

所述阀体的底部设置有进油孔和出油孔，进油孔通过第一通道与工作腔连通，出油孔与锥形孔的底部相连接，出油孔连接到静压轴承、静压导轨、静压转台、静压丝杠等静压设备的静压腔。

所述环形油腔与第一通道相连通，使得从进油孔进入的润滑油能够迅速分散到滑动锥的周向，提高润滑油在阀体中工作腔的流动性。

在所述滑动锥与上壳体之间设置有密封圈，从而阻止润滑油从环形预压油腔流通到压电陶瓷。

所述常闭式主动控制锥面节流器的工作原理是：通过主动控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩短。当压电陶瓷为工作状态时，增加驱动电压，压电陶瓷伸长，导向凸台引导滑动锥克服弹簧力向上平稳移动，使得锥面节流打开，润滑油一部分通过通孔流通到环形预压油腔，另一部分通过锥面节流流到出油孔；通过控制压电陶瓷的伸长量，来调节锥面节流的节流缝隙大小，当节流缝隙增大时，出油孔的输出流量增大，当节流缝隙减小时，出油孔的输出流量减小，达到主动调节本发明的常闭式主动控制锥面节流器输出流量的作用。当压电陶瓷为非工作状态时，减小驱动电压，压电陶瓷缩短，导向凸台引导滑动锥向下平稳移动，使得锥形凸台与锥形孔紧密接触，锥面节流闭合，润滑油不能流通到出油孔。

利用本发明的技术方案制作的一种常闭式主动控制锥面节流器，其有益效果是：(1)采用常闭式结构，避免了发明专利CN105370958B《一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀》中，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙最大，流量最大，导致的能量过渡浪费；(2)采用常闭式设计，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙为0，流量为0，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了其使用寿命；(3)通过环形预压腔中的压力油对滑动锥进行预压，可以抑制工作时滑动锥的振动，使滑动锥移动平稳，改善滑动锥节流稳定性，提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用；(4)将润滑油引入弹簧部分，对弹簧运动部分进行润滑，进一步提高了滑动锥运动的平稳性。

附图说明

图1是本发明的常闭式主动控制锥面节流器的压电陶瓷工作状态的剖视图；

图2是本发明的常闭式主动控制锥面节流器的压电陶瓷非工作状态的剖视图；

以上各图中，

1、阀体；2、滑动锥；3、弹性件；4、上壳体；5、压电陶瓷；6、端盖；

11、工作腔；12、进油孔；13、出油孔；14、第一通道；15、锥形孔；16、第一螺纹安装孔；17、锥面节流；18、环形油腔；19、环形预压油腔；

21、锥形凸台；22、导向凸台；23、通孔；24、挡环；

41、密封圈；

61、第二螺纹安装孔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

一种常闭式主动控制锥面节流器，主要包括阀体1、滑动锥2、弹性件3、上壳体4、压电陶瓷5和端盖6，具体的：如图1和图2所示，阀体1为中空式结构，其内设有工作腔11，工作腔11呈圆柱状，工作腔11下部设置有锥形孔15；滑动锥2上端部设置有挡环24，下端部设置有锥形凸台21，且锥形凸台21与锥形孔15的锥角相等，在锥形凸台21与锥形孔15相配合后，锥形凸台21与锥形孔15之间形成锥面节流17；滑动锥2沿自身轴线方向可双向移动，滑动锥2在工作腔11内设置有导向凸台22，起到导向作用，保证滑动锥2的稳定性；导向凸台22上进一步设置有4个沿圆周方向均布的通孔23，在导向凸台22下端，滑动锥2与工作腔11之间形成环形油腔18，在导向凸台22上端，滑动锥2与工作腔11之间形成环形预压油腔19，环形油腔18与环形预压油腔19通过通孔23相连通。

进一步地，弹性件3设置在环形预压油腔19内，其一端与滑动锥2相连，另一端与上壳体4相连，该弹性件3可以选用弹簧，也可以选用其它的弹性材料。

进一步地，阀体1上部设置有6个沿圆周方向均布的第一螺纹安装孔16，实现阀体1和上壳体4的紧密连接、无缝隙，端盖6上部设置有6个沿圆周方向均布的第二螺纹安装孔61，实现端盖6和上壳体4的紧密连接，减小零件的振动和磨损，从而延长节流器的使用寿命。

进一步地，上壳体4内部设置有压电陶瓷5，压电陶瓷5呈中空式柱状结构，滑动锥2从压电陶瓷5的中空腔穿过；压电陶瓷5的一端连接滑动锥2的挡环24，另一端连接上壳体4，上壳体4和压电陶瓷5采用间隙配合，滑动锥2和压电陶瓷5采用间隙配合。

进一步地，阀体1的底部设置有进油孔12和出油孔13，进油孔12通过第一通道14与工作腔11连通，出油孔13与锥形孔15的底部相连接，出油孔13连接到静压轴承、静压导轨、静压转台、静压丝杠等静压设备的静压腔。

优选地，环形油腔18与第一通道14相连通，使得从进油孔12进入的润滑油能够迅速分散到滑动锥2的周向，提高润滑油在阀体1中工作腔11的流动性。

更进一步地，在滑动锥2与上壳体4之间设置有密封圈41，从而阻止润滑油从环形预压油腔19流通到压电陶瓷5。

本发明的工作原理是：通过主动控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩短。如图1所示，当压电陶瓷5为工作状态时，增加驱动电压，压电陶瓷5伸长，导向凸台22引导滑动锥2克服弹簧力向上平稳移动，使得锥面节流17打开，润滑油一部分通过通孔23流通到环形预压油腔19，另一部分通过锥面节流17流到出油孔13；通过控制压电陶瓷5的伸长量，来调节锥面节流17的节流缝隙大小，当节流缝隙增大时，出油孔13的输出流量增大，当节流缝隙减小时，出油孔13的输出流量减小，达到主动调节本发明的常闭式主动控制锥面节流器输出流量的作用。如图2所示，当压电陶瓷5为非工作状态时，减小驱动电压，压电陶瓷5缩短，导向凸台22引导滑动锥2向下平稳移动，使得锥形凸台21与锥形孔15紧密接触，锥面节流17闭合，润滑油不能流到出油孔13。

本实施例的常闭式主动控制锥面节流器，为常闭式结构，避免了发明专利CN105370958B《一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀》中，在压电陶瓷不工作时，节流缝隙最大，流量最大，导致的能量过渡浪费；本实施例采用常闭式设计，在压电陶瓷不工作时，节流缝隙为0，流量为0，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了其使用寿命；通过环形预压腔中的压力油对滑动锥进行预压，可以抑制工作时滑动锥的振动，使滑动锥移动平稳，改善滑动锥节流稳定性，提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用；将润滑油引入弹簧部分，对弹簧运动部分进行润滑，进一步提高了滑动锥运动的平稳性。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。