一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀

技术领域

本发明涉及电液伺服阀技术领域，具体涉及一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀。

背景技术

电液伺服阀是电液伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀具有动态响应快、控制精度高、使用寿命长等优点，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服控制系统中。

现有的二维电液伺服阀一般由滑阀组件、电-机械转换器模块、位移传感器模块以及传动机构模块组成。其中滑阀组件包括阀体、阀芯和阀套，传统上阀芯上的高压孔和低压孔采用电火花的加工方式。一般来说，电火花加工设备的价格相对较高。这主要是因为电火花加工设备的结构和工作原理相对复杂，对设备和技术的要求较高，因此成本也相应较高。并且电火花加工的加工速度相对较慢，尤其是在处理复杂形状的工件时。

现有的二维电液伺服阀一般采用磁钢实现阀芯的复位。如申请公布号为CN114718933A的中国发明专利公开了一种零位可调的二维电机直驱电液伺服阀，该电液伺服阀通过磁钢复位调零机构实现二维阀无接触的旋转复位和轴向复位，但该种方式具有不易拆卸、复位力不足、高压下易损换以及高温下易退磁的缺点。

再如申请号为2023115345545的中国发明专利，公开了一种基于干湿分离传动机构的二维电液伺服阀，该二维电液伺服阀亦是通过两个异极性的磁钢相互吸引实现阀芯的旋转复位。具有以下缺陷：1、磁钢的磁性会随着使用时间的增加而逐渐减弱，导致伺服阀的响应速度变慢，影响控制精度。2、磁钢复位容易受到外界磁场的影响，如果周围存在强磁场，可能会导致伺服阀的性能受到影响。3、磁钢复位的维护和保养较为复杂，需要定期检查和更换磁钢等部件，增加了使用成本和维护工作量。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀，包括滑阀组件，滑阀组件通过传动机构连接电-机械转换器，所述滑阀组件包括阀体、安装在阀体内的阀芯和设置在阀芯外侧的阀套，所述阀套从左至右依次开设有T口、A口、P口、B口以及T口，其特征在于：阀芯从左至右设有四个台肩，第二台肩和第三台肩分别位于A口和B口处，阀芯中部设有与P口连通的高压流道，第一台肩在阀芯的轴向方向上对应贯通设置有与T口连通的低压流道，第一台肩上设有与阀芯的轴向方向相垂直的高压通槽和低压通槽，高压通槽和低压通槽交错布置，且高压通槽位于低压通槽的右侧，高压通槽与高压流道连通，低压通槽与低压流道连通。

进一步的：所述传动机构包括连接壳体，连接壳体内设置湿式操作腔和干式操作腔，湿式操作腔和干式操作腔通过中间连接套相互独立布置，湿式操作腔与滑阀组件连通，干式操作腔内设置与电-机械转换器连接的一级力矩放大机构，湿式操作腔内设置与阀芯连接的二级力矩放大机构，一级力矩放大机构和二级力矩放大机构相连接。

进一步的：所述阀芯伸入湿式操作腔内，且其伸入端上套设有轴向调零复位组件；所述一级力矩放大机构上设置旋转调零复位组件。

进一步的：所述连接壳体与滑阀组件之间连接右塞环，右塞环套设在阀芯的外侧，所述轴向调零复位组件包括套设于阀芯伸入端上的第一轴承和第二轴承，右塞环和中间连接套上分别开设第一弹簧槽和第二弹簧槽，第一轴承与第一弹簧槽之间设置第一弹簧，第二轴承与第二弹簧槽之间设置第二弹簧。

进一步的：所述旋转调零复位组件包括连接壳体上在一级力矩放大机构的两侧位置对应设置的弹簧保持架，两个弹簧保持架之间固定有弹簧保持杆，弹簧保持杆穿过一级力矩放大机构，一级力矩放大机构的两侧至弹簧保持架之间分别设置有第三弹簧和第四弹簧，第三弹簧和第四弹簧套设于弹簧保持杆的外侧。

进一步的：所述一级力矩放大机构包括相连接的Y型拨叉和连接拨杆，Y型拨叉与电-机械转换器连接，连接拨杆与二级力矩放大机构连接。

进一步的：所述连接拨杆的顶部连接第一球头，第一球头置于Y型拨叉的主支柱拨叉槽内。

进一步的：所述阀套的右侧开设有与T口连通的第一凹槽，右塞环上开设与第一凹槽连通的第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽构成滑阀组件与湿式操作腔之间的液体连通通道。

进一步的：所述高压流道的右端设置有阀芯堵头。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明的高压通槽、低压通槽以及低压流道可采用线切割技术进行加工，相较于现有技术中采用的高低压孔电火花加工方式，本发明中的阀芯上的两个高压开口和两个低压开口具有更高的径向对称度。

2、进一步的，采用线切割技术对高压通槽、低压通槽以及低压流道进行加工，相较于电火花加工，具有更快的加工速度，从而显著缩短了伺服阀的加工周期。此外，线切割加工设备的性能要求相对较低，且设备价格更为亲民，这使得其更适用于民用领域，促进了产业化的发展。

3、本发明不同于现有技术的磁钢复位调零机构，而采用弹簧机械反馈方式。这种方式具有更大的复位力、更强的抗压能力以及更高的耐温性能。重要的是，弹簧的复位力保持稳定，不会因使用时间的增加而逐渐减弱，从而确保了伺服阀的响应速度和控制精度。此外，本发明所采用的调零复位组件无需定期检查和更换部件，显著降低了使用成本和维护工作量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的典型剖面结构示意图；

图3是图2中C处的放大示意图；

图4是图2中D-D向剖面图；

图5是本发明传动机构与阀芯连接的示意图；

图6是本发明二级力矩放大机构的结构示意图；

图7是本发明一级力矩放大机构的结构示意图；

图8是本发明阀芯的结构示意图；

图9是本发明阀套的剖视图；

图10是本发明阀套的仰视图；

图11是本发明阀芯和阀套的装配示意图；

图12是本发明阀套的结构示意图；

图13是本发明右塞环的典型剖面结构示意图。

附图标记：1-滑阀组件；2-传动机构；3-电-机械转换器；4-阀体；5-阀芯；6-阀套；7-第一台肩；8-第二台肩；9-第三台肩；10-第四台肩；11-高压流道；12-低压流道；13-高压通槽；14-低压通槽；15-连接壳体；16-湿式操作腔；17-干式操作腔；18-中间连接套；19-一级力矩放大机构；20-二级力矩放大机构；21-右塞环；22-第一轴承；23-第二轴承；24-第一弹簧槽；25-第二弹簧槽；26-第一弹簧；27-第二弹簧；28-弹簧保持架；29-弹簧保持杆；30-Y型拨叉；31-连接拨杆；32-第一球头；33-主支柱；34-拨叉槽；35-阀芯拨杆；36-π轴；37-第二球头；38-第一凹槽；39-第二凹槽；40-阀芯堵头；41-高压开口；42-低压开口；43-斜通槽；44-敏感腔；45-高压腔；46-L型支柱；47-塞环；48-第三轴承；49-左端盖；50-扇形摆动部；51-连接部；52-同心环；53-第三弹簧；54-第四弹簧；55-球头通槽。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1至2所示，一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀，包括滑阀组件1，滑阀组件1通过传动机构2连接电-机械转换器3，所述滑阀组件1包括阀体4、安装在阀体4内的阀芯5和设置在阀芯5外侧的阀套6，所述阀芯5与所述阀套6可以相对滑动及转动，如图9、10所示，所述阀套6从左至右依次开设有T口、A口、P口、B口以及T口，其中P口是进液口，具有系统压力，阀芯5从左至右设有四个台肩，第二台肩8和第三台肩9分别位于A口和B口处，阀芯5中部设有与P口连通的高压流道11，高压流道11的右端设置有阀芯堵头40，第一台肩7在阀芯5的轴向方向上对应贯通设置有与T口连通的低压流道12，第一台肩7上设有与阀芯5的轴向方向相垂直的高压通槽13和低压通槽14，高压通槽13和低压通槽14交错布置，且高压通槽13位于低压通槽14的右侧，高压通槽13与高压流道11连通，低压通槽14与低压流道12连通。

如图8所示，所述高压通槽13在第一台肩7的表面形成一对轴对称的高压开口41，低压通槽14在第一台肩7的表面形成一对轴对称的低压开口42；在本实施例中，高压通槽13和低压通槽14均配置为四边带有倒角的方形通槽，从而使得高压开口41和低压开口42均呈现出带有倒角的方形结构。

如图11所示，阀芯5上在第四台肩10的右侧边套设有同心环52，阀芯5、阀套6以及同心环52形成高压腔45。滑阀组件1的左侧设置有左端盖49，阀芯5、阀套6与左端盖49形成敏感腔44。所述阀套6上设有一对轴对称的斜通槽43，高压通槽13和低压通槽14通过斜通槽43与敏感腔44连通，斜通槽43对应覆盖相邻的高压开口41的弓弦和低压开口42的弓弦之间的区域(本发明的“弓”部分呈直角边型布置)，斜通槽43与高压开口41和低压开口42构成液压阻力半桥，液压阻力半桥通过斜通槽43控制敏感腔44内的压力。

如图3所示，所述传动机构2包括连接壳体15，连接壳体15内设置湿式操作腔16和干式操作腔17，湿式操作腔16和干式操作腔17通过中间连接套18相互独立布置，湿式操作腔16与滑阀组件1连通，干式操作腔17内设置与电-机械转换器3连接的一级力矩放大机构19，湿式操作腔16内设置与阀芯5连接的二级力矩放大机构20，一级力矩放大机构19和二级力矩放大机构20相连接。

所述阀芯5伸入湿式操作腔16内，且其伸入端上套设有轴向调零复位组件；所述一级力矩放大机构19上设置旋转调零复位组件。

如图3所示，所述连接壳体15与滑阀组件1之间连接右塞环21，右塞环21套设在阀芯5的外侧，所述轴向调零复位组件包括套设于阀芯5伸入端上的第一轴承22和第二轴承23，第一轴承22和第二轴承23分别设于阀芯拨杆35的两侧，右塞环21和中间连接套18上分别开设第一弹簧槽24和第二弹簧槽25，第一轴承22与第一弹簧槽24之间设置第一弹簧26，第二轴承23与第二弹簧槽25之间设置第二弹簧27。第一轴承22和第二轴承23的外径分别小于第一弹簧槽24和第二弹簧槽25的外径。

如图4所示，所述旋转调零复位组件包括连接壳体15上在一级力矩放大机构19的两侧位置对应设置的弹簧保持架28，两个弹簧保持架28之间固定有弹簧保持杆29，弹簧保持杆29穿过一级力矩放大机构19，一级力矩放大机构19的两侧至弹簧保持架28之间分别设置有第三弹簧53和第四弹簧54，第三弹簧53和第四弹簧54套设于弹簧保持杆29的外侧，所述弹簧保持杆29对第三弹簧53和第四弹簧54起支撑作用。

如图5、7所示，所述一级力矩放大机构19包括相连接的Y型拨叉30和连接拨杆31，Y型拨叉30与电-机械转换器3连接，连接拨杆31与二级力矩放大机构20连接，连接拨杆31的顶部连接第一球头32，第一球头32置于Y型拨叉30的主支柱33的拨叉槽34内。所述Y型拨叉30具有中部设有拨叉槽34的主支柱33和设于主支柱33右侧边的L型支柱46，L型支柱46与主支柱33一体成型设置。所述弹簧保持杆29置于L型支柱46与主支柱33之间，且两端与对应的弹簧保持架28固定连接。

如图5、6所示，所述二级力矩放大机构20包括阀芯拨杆35和π轴36，阀芯拨杆35上端与阀芯5固定连接，下端与π轴36活动连接，π轴36穿过中间连接套18与一级力矩放大机构19连接，所述π轴36一体成型设置。所述π轴36包括扇形摆动部50以及扇形摆动部50两侧的连接部51，扇形摆动部50的底部设有球头通槽55，所述阀芯拨杆35的下端连接有第二球头37，第二球头37与所述扇形摆动部50的球头通槽55相配合。

所述球头通槽55的长度与阀芯5的轴向移动的设计行程间距L相匹配。

本发明二级力矩放大机构20整体处于湿式操作腔16的下部，即整体朝下布置，在无外力且不通油、不工作的状态下更加稳定可靠。

如图3所示，所述扇形摆动部50两侧的连接部51上均分别套设有密封定位结构，π轴36与密封定位结构可转动连接，密封定位结构与连接壳体15固定连接。所述密封定位结构包括塞环47和第三轴承48，塞环47和第三轴承48均套设于连接部51上，塞环47位于第三轴承48的外侧，塞环47上设有密封圈。

如图12、13所示，所述阀套6的右侧开设有与T口连通的第一凹槽38，右塞环21上开设与第一凹槽38连通的第二凹槽39，所述第一凹槽38和第二凹槽39构成滑阀组件1与湿式操作腔16之间的液体连通通道。

所述一级力矩放大机构19和所述二级力矩放大机构20均对电-机械转换器3的输出力矩进行倍数放大，且最终输出至阀芯5上的力矩为一级力矩放大机构19和二级力矩放大机构20放大倍数的乘积数。本发明能够对电-机械转换器3的输出力矩进行多级倍数放大，减小阀芯5转动所需的电机输出扭矩，从而可选用小型电-机械转换器，减轻二维电液伺服阀的整体重量，缩小体积，节约成本。

通过图1-图12可看出：

1、所述电-机械转换器3接收到控制信号，电-机械转换器3的输出轴顺时针(从右往左看)转动带动Y型拨叉30向右摆动(从右往左看)，连接拨杆31上的第一球头32受到挤压，使得连接拨杆31在Y型拨叉30的带动下顺时针转动对应角度，并实现一级力矩放大；连接拨杆31转动带动π轴36向左摆动(从右往左看)，π轴36的球头通槽55的侧壁对第二球头37进行挤压，使得阀芯拨杆35被π轴36带动而顺时针(从右往左看)转动对应角度，并实现二级力矩放大，阀芯拨杆35顺时针转动最终带动阀芯5顺时针(从右往左看)转动。阀芯5转动后高压开口41和低压开口42与斜通槽43的交接面积发生变化，使得敏感腔44内的压力发生变化，阀芯5轴向移动。

当阀芯5跟随阀芯拨叉7顺时针(从右往左看)旋转时，所述阀芯5上的高压开口41与斜通槽43的交接面积减小，低压开口42与斜通槽43的交接面积增大，阀芯5左侧敏感腔44的压力减小，阀芯5右侧高压腔45压力恒定，因此所述阀芯5在左右两腔不平衡液压力的作用下向左轴向移动。

2、同理，当所述电-机械转换器3收到控制信号，电-机械转换器3的输出轴逆时针(从右往左看)转动带动Y型拨叉30向左摆动(从右往左看)，连接拨杆31上的第一球头32受到挤压，使得连接拨杆31在Y型拨叉30的带动下逆时针转动对应角度，并实现一级力矩放大；连接拨杆31转动带动π轴36向右摆动(从右往左看)，π轴36的球头通槽55的侧壁对第二球头37进行挤压，使得阀芯拨杆35被π轴36带动而逆时针(从右往左看)转动对应角度，并实现二级力矩放大，阀芯拨杆35逆时针转动最终带动阀芯5逆时针(从右往左看)转动。阀芯5转动后高压开口41和低压开口42与斜通槽43的交接面积发生变化，使得敏感腔44内的压力发生变化，阀芯5轴向移动。

当阀芯5跟随阀芯拨叉7逆时针(从右往左看)旋转时，所述阀芯5台阶上的高压开口41与斜通槽43的交接面积增大，低压开口42与斜通槽43的交接面积减小，阀芯5左侧敏感腔44的压力增大，阀芯5右侧高压腔45压力恒定，因此所述阀芯5在左右两腔不平衡液压力的作用下向右轴向移动。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种简化液压半桥结构的二维电液伺服阀，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。