一种二级电液伺服旋转阀

技术领域

本发明属于液压伺服阀技术领域，涉及一种伺服阀，尤其涉及一种采用二级驱动的电液伺服旋转阀。

背景技术

目前应用最广泛的二级喷嘴挡板阀喷嘴直径非常小，对工作油的过滤要求很高，抗污染能力差。喷嘴挡板阀功率级采用滑动阀芯，而转阀则采用转动的阀芯。相对于滑动阀芯，转阀的转动阀芯的惯量小，易获得高频响特性；阀芯运动无加速度零飘，控制精度高；可由电机直接或间接驱动阀芯，结构紧凑；转动阀芯有自清洗功能，抗污染能力更强。因此结合转阀自身的特点和优势，研制一种结构简单、高频响、抗污染能力强的伺服旋转阀势在必行，目前还没有这种结构的转阀。

发明内容

本发明的目的是提供一种二级电液伺服旋转阀，解决喷嘴挡板阀抗污能力差的问题，同时使其具有结构简单、频响高、抗污染能力强、加工使用维修方便的特点。

本发明采用的技术方案是：一种二级电液伺服旋转阀由左阀罩1，油塞2、7，阀体3，阀套4，阀芯5，驱动芯6，控制透盖8，右阀罩9，螺钉10、14、16、18，磁钢11，永磁体12，驱动线圈13，驱动芯连接件15，左透盖17，联轴器19，角位移传感器20等组成。

左阀罩1与阀体3通过螺钉连接，固定在左阀罩1上的角位移传感器20的轴通过联轴器19与阀芯5左端轴相连，测量阀芯转角，实现闭环控制，左透盖17通过螺钉18与阀体3连接。

右阀罩9与阀体3通过螺钉连接，磁钢11通过螺钉10与右阀罩9固接，磁钢11、永磁体12和驱动线圈13组成音圈电机作为第一级驱动源。

伺服转阀主体结构主要由阀体3、阀套4、阀芯5、驱动芯6、控制透盖8五部分组成。

阀体3内腔中加工有七个环形槽，其中中间的五个依次与底板直孔左回油口T2、左工作油口B、高压进油口P、右工作油口A、右回油口T1相通。通油长孔22将阀体左环形槽21、阀体右环形槽28、高压油腔25连通，油塞2、7将通油长孔22两端封闭。

阀套4外壁加工五个环形槽与阀体3腔中间的五个环形槽一一对应形成左回油腔23、左工作油腔24、高压油腔25、右工作油腔26、右回油腔27。阀套4上还加工有两组阀套左通孔41、阀套右通孔42以及四组矩形控制阀口a、a’、b、b’,两组通孔及四组控制阀口中每组两个沿径向对称分布，矩形阀口满足线性流量控制。径向对称的两个阀套端横向槽36中加工阀套轴端横向槽通孔35。阀套4右末端加工有四个均匀分布的阀套轴端高压通油孔29。

阀芯5轴端加工对称分布的两个阀芯轴端扇形凸台43，阀芯轴向油槽32壁上加工有四个均匀分布的扇形腔回油控制口30,在阀芯端环形槽34中加工有四个均匀分布阀芯端径向通油孔33并连通阀芯轴向油槽32。阀芯轴向油槽32通过阀芯端环形槽34上的阀芯端径向通油孔33以及阀套端轴向槽36中的阀套轴端横向槽通孔35与右回油腔27相通。阀芯5加工的四个弓形槽与阀套4配合形成右上工作腔F、右下工作腔F’、左上工作腔G、左下工作腔G’，右上、下工作腔之间经右工作腔阀芯通孔37、38相通，左上、下工作腔之间经左工作腔阀芯通孔39、40相通。右上工作腔F、右下工作腔F’经阀套右通孔42、环形腔26始终与右工作油口A相通，左上工作腔G、左下工作腔G’经阀套左通孔41、环形腔24始终与左工作油口B相通。中位时每组弓形槽之间形成的通油控制扇面H恰好遮住阀套4上的四组控制阀口a、a’、b、b’，使转阀具有零开口特性。

驱动芯6嵌于阀芯轴向油槽32中，其沿圆周均匀加工两个驱动芯斜槽31并始终与阀芯轴向油腔32相通。阀芯5处于中位时，两个驱动斜槽31恰好被四个均匀分布的扇形腔回油控制口30中两个孔间的间隔部分完全遮盖。驱动芯6通过驱动芯连接件15与驱动线圈13连接形成第一级电驱动。

控制透盖8通过螺钉16与阀体3固接，对称的两个透盖扇形凸台44与阀芯轴端扇形凸台43及阀套4配合形成四个扇形油腔M、M’、N、N’并经阀套轴端高压通油孔29与阀体右环形槽28相通(即四个扇形油腔M、M’、N、N’始终与高压进油口P相通)。阀芯5处于中位时驱动芯斜槽31不与扇形油腔M、M’、N、N’相通。驱动芯6轴向移动时使扇形油腔与阀芯轴向油32槽接通，油腔之间形成压力差驱使阀芯5旋转，实现液流方向改变和流量大小控制。

本发明的效果和益处是：液压组件采用旋转阀芯设计，阀芯相对阀套转动，摩擦力小，抗污染能力强。旋转阀芯转动惯量小，驱动芯采用高频响的音圈电机作为第一级驱动，极大地提高了动态性能。二级驱动采用液压驱动，产生的驱动力大，灵敏度高，也极大地提高了流量控制范围。阀套上控制阀口为矩形满足线性流量的要求，同时具有零开口特性。阀套上每组控制阀口对称分布，大大降低了加工难度，加工精度要求降低。阀芯上径向通孔使相对两工作腔中的油压保持平衡，同时阀芯阀套径向对称的几何结构使阀芯径向受力平衡。阀芯两端高压油形成的压差使阀芯受到向右的作用力，使扇形高压油腔密封良好。

附图说明

图1是二级电液伺服旋转阀整体结构剖视图。

图中：1左阀罩；2、7油塞；3阀体；4阀套；5阀芯；6驱动芯；8控制透盖；9右阀罩；10、14、16、18螺钉；11磁钢；12永磁体；13驱动线圈；15驱动芯连接件；17左透盖；19联轴器；20角位移传感器。

图2是伺服旋转阀主体结构剖视图。

图中：21阀体左环形槽；22通油长孔；23左回油腔；24左工作油腔；25高压油腔；26右工作油腔；27右回油腔；28阀体右环形槽；32阀芯轴向油槽；33阀芯端径向通油孔；34阀芯端环形槽；36阀套端轴向槽；37、38右工作腔阀芯通孔；39、40左工作腔阀芯通孔；F右上工作腔；F’右下工作腔；G左上工作腔；G’左下工作腔；T2左回油口；B左工作油口；P高压进油口；A右工作油口；T1右回油口。

图3是阀套结构示意图。

图中：4阀套；23左回油腔；24左工作油腔；25高压油腔；26右工作油腔；27右回油腔；29阀套轴端高压通油孔；35阀套轴端横向槽通孔；36阀套端轴向槽；41阀套左通孔；42阀套右通孔；a右工作腔低压控制阀口；a’右工作腔高压控制阀口；b左工作腔高压控制阀口；b’左工作腔低压控制阀口。

图4是阀芯结构示意图。

图中：5阀芯；30扇形腔回油控制口；32阀芯轴向油槽；33阀芯端径向通油孔；34阀芯端环形槽；37、38右工作腔阀芯通孔；39、40左工作腔阀芯通孔；43阀芯轴端扇形凸台；H通油控制扇面。

图5是驱动芯结构示意图。

图中：6驱动芯；31驱动芯斜槽。

图6是控制透盖结构示意图。

图中：8控制透盖；44透盖扇形凸台。

图7是阀芯与右控制透盖配合形成扇形油腔结构示意图。

图中：5阀芯；8控制透盖；30扇形腔回油控制口；33阀芯端径向通油孔；34阀芯端环形槽；37、38右工作腔阀芯通孔；39、40左工作腔阀芯通孔；H通油控制扇面；M、N扇形油腔。

图8是阀芯处于中位时C-C剖视图。

图中：3阀体；4阀套；5阀芯；6驱动芯；8控制透盖；22通油长孔；28阀体右环形槽；29阀套轴端高压通油孔；30扇形腔回油控制口；31驱动芯斜槽；M、M’、N、N’扇形腔。

图9是阀芯处于中位时D-D剖视图。

图中：3阀体；4阀套；5阀芯；22通油长孔；37右工作腔阀芯通孔；F右上工作腔；F’右下工作腔；a右工作腔低压控制阀口。

图10是阀芯处于中位时E-E剖视图。

图中：3阀体；4阀套；5阀芯；22通油长孔；38右工作腔阀芯通孔；F右上工作腔；F’右下工作腔；a’右工作腔高压控制阀口。

图11是阀芯处于中位时I-I剖视图。

图中：3阀体；4阀套；5阀芯；22通油长孔；39左工作腔阀芯通孔；G左上工作腔；G’左下工作腔；b左工作腔高压控制阀口。

图12是阀芯处于中位时J-J剖视图。

图中：3阀体；4阀套；5阀芯；22通油长孔；40左工作腔阀芯通孔；G左上工作腔；G’左下工作腔；b’左工作腔低压控制阀口

图13是驱动芯斜槽与扇形腔回油控制口配合状态示意图。

图中：(a)是中位时配合状态；(b)是驱动芯向右移动时配合状态；

(c)是驱动芯向左移动时配合状态；6驱动芯；30扇形腔回油控制口；31驱动芯斜槽。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如附图1～13所示，阀套4与阀体3过盈配合并嵌套在阀体3内腔中；阀芯5与阀套4间隙配合，可以自由旋转，角位移传感器20测量阀芯5的转角大小，实现闭环控制。阀芯5处于中位时没有流量输出，当不同方向旋转时控制液流方向，旋转角度控制流量大小，作为转阀的功率级。驱动级采用二级驱动：第一级为电驱动，音圈电机的驱动线圈13带动驱动芯6轴向移动，其工作原理如附图11所示；第二级为液力驱动，扇形油腔M、M’、N、N’作为液力驱动腔，油腔间压力差驱使阀芯6旋转。

附图13(a)中所示驱动芯6位于中位，此时附图8所示阀芯5也处于中位，没有流量输出。附图13(b)中所示的驱动芯6向右移动时，驱动芯斜槽31与扇形腔回油控制口30接通。扇形油腔N、N’中高压油流出使压力降低，从而与扇形油腔M、M’高压油之间形成压差并驱使阀芯5逆时针转动，直到把扇形腔回油控制口30关闭，所以驱动芯6的位移与阀芯5转角成正比。

附图10和附图12中所示的阀芯5逆时针转动时，右工作腔高压控制阀口a’和左工作腔低压控制阀口b’打开，高压油通过高压进油口P、高压油腔25、右工作腔高压控制阀口a’、右工作腔F、F’、阀套右通孔42、右工作油腔26到达右工作油口A；左工作油口B中油液经过左工作油腔24、阀套左通孔41、左工作腔G、G’、左工作腔低压控制阀口b’、左回油腔23达到左回油口T2。

附图13(c)中所示的驱动芯6向左移动时，驱动芯斜槽31也会与扇形腔回油控制口30接通。与驱动芯6向左移动相反，此时扇形油腔M、M’与扇形油腔N、N’高压油之间形成压差驱使阀芯5顺时针转动直到将扇形腔回油控制口30关闭。

附图9和附图11中所示的阀芯5顺时针转动时，右工作腔高压控制阀口a和左工作腔低压控制阀口b打开，高压油通过高压进油口P、高压油腔25、左工作腔低压控制阀口b、左工作腔G’、G、阀套左通孔41、左工作油腔24进入左工作油口B；右工作油口A中油液经过右工作油腔26、阀套右通孔42、右工作腔F、F’、右工作腔高压控制阀口a、右回油腔27到达右回油口T1。

阀体左环形槽21中始终连通高压油与扇形油腔M、M’、N、N’中的油压形成压差对阀芯6有向右的作用力，尤其是扇形腔回油控制口30开启时作用力会更大，从而使得扇形油腔M、M’、N、N’密封作用良好。