专利名称：2d数字伺服阀的零位保持机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及2D数字伺服阀领域，尤其是一种2D数字伺服阀的零位保持机构。
背景技术：
近年来，利用伺服螺旋机构原理工作的2D数字伺服阀因其具有动态好、精度高、 结构简单、价格低廉以及抗污染能力强的特点而被成功的应用于金属材料试验机、地震模 拟试验台以及相关的航空航天电液伺服系统等重要场合。2D数字伺服阀利用多极交流伺服 电机作为其电-机械的转换接口。一般而言，在电液伺服系统的初始化过程中是先给数字 伺服阀上电(此时控制信号为零)，而后再启动液压泵通入液压油。当打开电源，电机的控 制信号为零时，伺服阀应该处于关闭状态，即阀芯应该处于严格的机械零位；然而由于伺服 螺旋机构的工作原理，阀芯和阀套之间实质上处于自由的悬空状态，考虑到外界的随机干 扰因素，此时很难保证阀芯严格的处于机械零位；假如此时阀芯略微偏离零位，当液压泵打 开通入油液后，基于伺服螺旋机构的工作原理，阀芯会自动的回到零位；然而在此过程中， 油液已经有可能得以进入执行机构(液压缸)的一腔，引起设备非预期的误动作，造成人身 及设备的安全隐患。因此，如何在初始化时保持其零位稳定，避免执行机构的误动作，是2D 数字伺服阀设计制造中一个很关键的问题。
发明内容为了克服已有的2D数字伺服阀的初始化时很难保证零位稳定、容易导致执行机 构误动作而引起的人身及设备的安全隐患的不足，本实用新型提供一种初始化时能有效保 证零位稳定、避免零位偏移导致执行机构误动作而引起的人身及设备的安全隐患的2D数 字伺服阀的零位保持机构。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种2D数字伺服阀的零位保持机构，包括与电机轴连接的上摆轮、与阀芯连接的 下摆轮、摆动轴和零位保持弹簧，所述上摆轮中部开有供电机轴穿过的安装孔，所述上摆轮 的上端切有通槽，所述上摆轮的上端两半部分固定连接，所述上摆轮的下端开有槽口，所述 槽口内安装摆动轴，所述摆动轴一端伸入电机安装板的限位孔内，所述下摆轮的上部可转 动地套装在所述摆动轴上，所述下摆轮的下部开有供阀芯穿过的安装孔，所述下摆轮的下 端切有通槽，所述下摆轮的下端两半部分固定连接，所述零位保持弹簧的上端与所述下摆 轮的下部固定连接，所述零位保持弹簧的下端与所述电机安装板固定连接。进一步，所述下摆轮的下部设有凹槽，所述零位保持弹簧的上端固定安装在所述 凹槽内。再进一步，所述下摆轮的下部设有左右两个凹槽，所述零位保持弹簧的上端有两 个安装部，所述安装部固定在所述凹槽内。所述零位保持弹簧的下端安装在垫块上，所述垫块固定安装在所述电机安装板 上。[0009]所述上摆轮的上端左半部分开有光孔，所述上摆轮的上端右半部分开有螺纹孔， 螺钉穿过所述光孔安装在所述螺纹孔内。所述下摆轮的下端左半部分开有光孔，所述下摆轮的下端右半部分开有螺纹孔， 螺钉穿过所述光孔安装在所述螺纹孔内。本实用新型的技术构思为2D数字伺服阀在投入使用前必须对多极交流伺服电 机的电气零位和阀芯的机械零位进行调整使其重合。电机的电气零位调整由控制器在打开 电源的瞬间自动完成。而阀芯的机械零位需要在伺服阀试验台上由人工调整，其过程是打 开控制器电源，控制器控制电机自动到达电气零位，并且上电给电机提供一定的定位力矩； 松开调零螺钉，手调微微转动阀芯，在A和B两腔都堵死的情况下，A腔和B腔压力相等的 阀芯转角位置即是阀芯的机械零位，然后拧紧调零螺钉，调零完成。2D数字伺服阀在经过零位调整后可投入使用，构成数字电液伺服系统。在系统的 初始化过程中，一般是先给数字伺服阀的控制器上电(此时电机的控制信号为零)，然后开 液压泵通入液压油。当初始化打开电源，电机的控制信号为零时，理想状态下伺服阀应该处 于关闭状态，即阀芯应该处于严格的机械零位；然而由于伺服螺旋机构的工作原理，阀芯和 阀套之间实质是处于自由的悬空状态，考虑到外界的随机干扰因素，此时很难保证阀芯严 格的处于机械零位；假如此时阀芯略微偏离零位，当液压泵打开通入油液后，基于伺服螺旋 机构的工作原理，阀芯会自动的回到零位；然而在此过程中，油液已经有可能得以进入执行 机构(液压缸)的一腔(A腔或者B腔)，引起设备非预期的误动作，造成人身及设备安全隐 患。因此，如何在初始化时保持其零位稳定，避免执行机构的误动作，是2D数字伺服阀设计 制造中一个很关键的问题，为此设计了零位保持机构。将需要调零的2D数字伺服阀装于伺服阀试验台上，先将螺钉全部松开，人工调整 上摆轮、下摆轮及零位保持弹簧的位置使得下摆轮大致处于上摆轮下部凹槽的中间位置 (即给阀芯向两端的轴向移动提供大致相等的行程)，拧紧螺钉、将零位保持弹簧压紧在垫 块上，随后拧紧螺钉将上摆轮压紧到电机轴上；打开电源，控制器控制电机自动到达电气零 位，并且上电给电机提供一定的定位力矩，手调微微转动阀芯，找到使得A腔和B腔压力相 等的阀芯转角位置，即是阀芯的机械零位，然后拧紧调零螺钉，调零完成。可以看到，零位保持弹簧可以限制阀芯轴向移动和转动两个方向的自由度，从而 在系统的初始化阶段保持阀芯的零位稳定，避免执行机构的误动作；而当数字阀进入正常 的工作状态时，阀芯的轴向运动是靠伺服螺旋机构两端的液压力之差来推动，液压力往往 数值较大，假如刚度选择合适，零位保持弹簧所带来的阻力不会影响阀的动态性能。本实用新型的有益效果主要表现在1、零位保持机构结构简单、紧凑；在有效保 持阀芯零位的同时，可起到传动和力矩放大作用；2、和通常的齿轮传动机构相比，该零位保 持机构转动惯量小，有利于提升2D数字伺服阀的动态性能；3、该零位保持机构在有效保持 阀芯零位的同时，可以对伺服阀起到限位作用，以防止电机转角过大时传动机构脱离啮合； 4、该零位保持机构的设计便于2D数字伺服阀的人工机械调零；5、在零位保持弹簧刚度选 择合适的情况下，该零位保持机构不会影响2D数字伺服阀的动态性能。
图1为带零位保持机构的2D数字伺服阀的结构原理示意图。[0017]图2为阀芯阀套左端的放大示意图。图3为阀芯的结构示意图。图4为零位保持弹簧的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 参照图1 图4，一种2D数字伺服阀的零位保持机构，包括与电机轴连接的上摆轮 4、与阀芯连接的下摆轮9、摆动轴8和零位保持弹簧14，所述上摆轮4中部开有供电机轴穿 过的安装孔，所述上摆轮4的上端切有通槽，所述上摆轮4的上端两半部分固定连接，所述 上摆轮4的下端开有槽口，所述槽口内安装摆动轴8，所述摆动轴8 一端伸入电机安装板的 限位孔内，所述下摆轮9的上部可转动地套装在所述摆动轴8上，所述下摆轮9的下部开有 供阀芯穿过的安装孔，所述下摆轮9的下端切有通槽，所述下摆轮9的下端两半部分固定连 接，所述零位保持弹簧14的上端与所述下摆轮9的下部固定连接，所述零位保持弹簧14的 下端与所述电机安装板1固定连接。所述零位保持弹簧14的下端安装在垫块15上，所述垫块15固定安装在所述电机 安装板1上。本实施例中，2D数字伺服阀包括多极交流伺服电机6、零位保持机构、伺服螺旋机 构、阀体31、后盖板27、右塞环33、同心环32、堵头29、电机安装板1、螺钉2、3、5、10、12、13、 16、17、18、26、28、30、34 和 0 型密封圈 19、20、21、22、23、24 等组成。所述多极交流伺服电机6作为驱动数字阀的电_机械转换器，位于阀体31上端， 通过螺钉2、3、34等与电机安装板1相连接。如图1所示，零位保持机构包括上摆轮4、下摆轮9、摆动轴8、零位保持弹簧14和 垫块15等；上摆轮4上端切有通槽，其和螺钉5配合的孔一边为光孔，一边则为螺纹孔，如 此可方便的调节上摆轮4与电机6轴之间的相对位置，有利于2D伺服阀的人工机械调零； 摆动轴8被固压于上摆轮下部的两个小孔中，一端与摆轮端面平齐，另一端则留出一定长 度与电机安装板1上的限位孔一起构成伺服阀的限位机构；下摆轮9下端同样切有通槽，和 螺钉13配合的孔一边为光孔，一边则为螺纹孔，以方便调节下摆轮9和阀芯11之间的相对 位置，有利于2D伺服阀的人工机械调零；上摆轮4与下摆轮9通过摆动轴8相啮合构成近 似定传动比的力矩放大机构，与传统的齿轮传动机构相比，其结构简单，转动惯量小，在降 低了对多极交流伺服电机6的输出力矩要求的同时还可以提升2D数字伺服阀的动态性能； 为防止电机旋转角位移过大时上摆轮4和下摆轮9脱离啮合，在电机安装板1上开有圆形 的限位孔，与摆动轴8—起构成伺服阀的限位机构；下摆轮9下端与阀芯11相连，通过螺钉 13固定；零位保持弹簧14是弹簧钢制的薄片弹簧，经过相应热处理后可使其具有适中的刚 度；零位保持弹簧14上端通过螺钉10、12压紧在下摆轮9下部的凹槽里，下端通过螺钉16、 17和垫块15压在电机安装板1上。如图1和图3所示，伺服螺旋机构是实现伺服阀阀芯转角与轴向直线位移(主阀 开口)转换的导控结构，其包括阀芯11和阀套25等，阀芯11与阀套25、后盖板27配合构 成敏感腔d，靠近敏感腔d端的阀芯11台肩表面上开设有两对轴对称的高低压孔f和c ；阀 芯11装于阀套25中，阀套25和阀体31之间通过0型密封圈20、21、22、23、24等密封；阀芯11上装有同心环32和右塞环33以保证阀芯11、阀套25和阀体31之间的定位；阀套25 的内表面上开设有一对轴对称的螺旋槽，该槽的一端和敏感腔d相通，另一端与高低压孔f 和c构成阻力半桥，阻力半桥通过螺旋槽控制敏感腔d内的压力。2D数字伺服阀的工作原理如下2D数字伺服阀的右腔通过小孔a，经阀芯11杆内 通道和小孔b与进油P 口(系统压力)相通，其面积为左敏感腔d的一半；左敏感腔d的 压力由开设在阀芯11左端台肩上的一对高低压孔f和c与开设于阀套25内表面的螺旋槽 e相交的两个微小弓形面积串联的液压阻力半桥控制。在静态时若不考虑摩擦力及阀口液 动力的影响，左敏感腔d的压力为P 口压力(系统压力)的一半，阀芯11轴向保持静压平 衡，与螺旋槽e相交的高低压孔两侧的遮盖面积相等。当以逆时针(面对阀芯伸出杆)的 方向转动阀芯11，则高压侧的遮盖面积增大、低压侧的遮盖面积减小，左敏感腔d的压力升 高，并推动阀芯11右移，同时高低压孔f和c又回到螺旋槽e的两侧，处于高低压孔两侧遮 盖面积相等的位置，左敏感腔d的压力恢复为P 口压力(系统压力)的一半，保持轴向力平 衡；若顺时针方向转动阀芯11，变化则正好相反，阀芯11向左移动；可以看到，阀芯11的旋 转角位移与轴向直线位移之间的转换运动与普通的机械螺旋机构的转换运动相一致，不同 之处在于阀芯11的轴向运动由液压静压力驱动，因此实现2D数字伺服阀阀芯旋转角位移 与轴向直线位移(主阀开口)转换的导控结构被称为液压伺服螺旋机构。本实施例以阀芯直径为16mm的300L流量带零位保持机构的2D数字伺服阀为例， 结合附图对本实用新型作进一步说明。本实施例的工作原理2D数字伺服阀在投入使用前必须对多极交流伺服电机6的 电气零位和阀芯11的机械零位进行调整使其重合。电机6的电气零位调整由控制器在打 开电源的瞬间自动完成。而阀芯11的机械零位需要在伺服阀试验台上由人工调整，其过程 是打开控制器电源，控制器控制电机6自动到达电气零位，并且上电给电机提供一定的定 位力矩；松开调零螺钉13，手调微微转动阀芯11，在A和B两腔都堵死的情况下，A腔和B 腔压力相等的阀芯转角位置即是阀芯11的机械零位，然后拧紧调零螺钉13，调零完成。2D数字伺服阀在经过零位调整后可投入使用，构成数字电液伺服系统。在系统的 初始化过程中，一般是先给数字伺服阀的控制器上电(此时电机的控制信号为零)，然后开 液压泵通入液压油。当初始化打开电源，电机6的控制信号为零时，理想状态下伺服阀应该 处于关闭状态，即阀芯11应该处于严格的机械零位；然而由于伺服螺旋机构的工作原理， 阀芯11和阀套25之间实质是处于自由的悬空状态，考虑到外界的随机干扰因素，此时很难 保证阀芯11严格的处于机械零位；假如此时阀芯11略微偏离零位，当液压泵打开通入油液 后，基于伺服螺旋机构的工作原理，阀芯11会自动的回到零位；然而在此过程中，油液已经 有可能得以进入执行机构(液压缸)的一腔(A腔或者B腔)，引起设备非预期的误动作，造 成人身及设备安全隐患。因此，如何在初始化时保持其零位稳定，避免执行机构的误动作， 是2D数字伺服阀设计制造中一个很关键的问题，为此设计了零位保持机构。如图1和图4所示，零位保持机构包括上摆轮4、下摆轮9、摆动轴8、零位保持弹簧 14和垫块15 ；上摆轮4上端切有通槽，和螺钉5配合的孔一边为光孔，一边则为螺纹孔，如 此可方便的调节上摆轮4与电机6轴之间的相对位置，有利于2D伺服阀的人工机械调零； 摆动轴8被固压于上摆轮下部的两个小孔中，一端与摆轮端面平齐，另一端则留出一定长 度与电机安装板1上的限位孔一起构成伺服阀的限位机构；下摆轮9下端同样切有通槽，和螺钉13配合的孔一边为光孔，一边则为螺纹孔，以方便调节下摆轮9和阀芯11之间的相对 位置，有利于2D伺服阀的人工机械调零；上摆轮4与下摆轮9通过摆动轴8相啮合构成近 似定传动比的力矩放大机构，与传统的齿轮传动机构相比，其结构简单，转动惯量小，在降 低了对多极交流伺服电机6的输出力矩要求的同时还可以提升2D数字伺服阀的动态性能； 为防止电机旋转角位移过大时上摆轮4和下摆轮9脱离啮合，在电机安装板1上开有圆形 的限位孔，与摆动轴8 —起构成伺服阀的限位机构。下摆轮9下端与阀芯11相连，通过螺 钉13固定；零位保持弹簧14是弹簧钢制的薄片弹簧，经过相应热处理后可使其具有适中的 刚度；零位保持弹簧14上端通过螺钉10、12压紧在下摆轮9下部的凹槽里，下端通过螺钉 16、17和垫块15压在电机安装板1上。带零位保持机构的2D数字阀人工调零过程如下将需要调零的2D数字伺服阀装 于伺服阀试验台上，先将螺钉5、13、16、17全部松开，人工调整上摆轮4、下摆轮9及零位保 持弹簧14的位置使得下摆轮9大致处于上摆轮4下部凹槽的中间位置(即给阀芯向两端 的轴向移动提供大致相等的行程)，拧紧螺钉16、17将零位保持弹簧14压紧在垫块15上， 随后拧紧螺钉5将上摆轮压紧到电机轴上；打开电源，控制器控制电机6自动到达电气零 位，并且上电给电机提供一定的定位力矩，手调微微转动阀芯11，找到使得A腔和B腔压力 相等的阀芯转角位置，即是阀芯11的机械零位，然后拧紧调零螺钉13，调零完成。可以看到，零位保持弹簧14可以限制阀芯轴向移动和转动两个方向的自由度，从 而在系统的初始化阶段保持阀芯11的零位稳定，避免执行机构的误动作；而当数字阀进入 正常的工作状态时，阀芯11的轴向运动是靠伺服螺旋机构两端的液压力之差来推动，液压 力往往数值较大，假如刚度选择合适，零位保持弹簧14所带来的阻力不会影响阀的动态性 能。上述具体实施方式
用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实 用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本 实用新型的保护范围。
权利要求一种2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述零位保持机构包括与电机轴连接的上摆轮、与阀芯连接的下摆轮、摆动轴和零位保持弹簧，所述上摆轮中部开有供电机轴穿过的安装孔，所述上摆轮的上端切有通槽，所述上摆轮的上端两半部分固定连接，所述上摆轮的下端开有槽口，所述槽口内安装摆动轴，所述摆动轴一端伸入电机安装板的限位孔内，所述下摆轮的上部可转动地套装在所述摆动轴上，所述下摆轮的下部开有供阀芯穿过的安装孔，所述下摆轮的下端切有通槽，所述下摆轮的下端两半部分固定连接，所述零位保持弹簧的上端与所述下摆轮的下部固定连接，所述零位保持弹簧的下端与所述电机安装板固定连接。
2.如权利要求1所述的2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述下摆轮的下 部设有凹槽，所述零位保持弹簧的上端固定安装在所述凹槽内。
3.如权利要求2所述的2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述下摆轮的下 部设有左右两个凹槽，所述零位保持弹簧的上端有两个安装部，所述安装部固定在所述凹 槽内。
4.如权利要求1-3之一所述的2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述零位 保持弹簧的下端安装在垫块上，所述垫块固定安装在所述电机安装板上。
5.如权利要求4所述的2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述上摆轮的上 端左半部分开有光孔，所述上摆轮的上端右半部分开有螺纹孔，螺钉穿过所述光孔安装在 所述螺纹孔内。
6.如权利要求4所述的2D数字伺服阀的零位保持机构，其特征在于所述下摆轮的下 端左半部分开有光孔，所述下摆轮的下端右半部分开有螺纹孔，螺钉穿过所述光孔安装在 所述螺纹孔内。
专利摘要一种2D数字伺服阀的零位保持机构，包括与电机轴连接的上摆轮、与阀芯连接的下摆轮、摆动轴和零位保持弹簧，上摆轮中部开有供电机轴穿过的安装孔，上摆轮的上端切有通槽，上摆轮的上端两半部分固定连接，上摆轮的下端开有槽口，槽口内安装摆动轴，摆动轴一端伸入电机安装板的限位孔内，下摆轮的上部可转动地套装在摆动轴上，下摆轮的下部开有供阀芯穿过的安装孔，下摆轮的下端切有通槽，下摆轮的下端两半部分固定连接，零位保持弹簧的上端与下摆轮的下部固定连接，零位保持弹簧的下端与电机安装板固定连接。本实用新型能够在数字电液伺服系统初始化时有效保证零位稳定、避免零位偏移导致执行机构误动作而引起的人身及设备的安全隐患。
文档编号F15B13/02GK201650907SQ201020112000
公开日2010年11月24日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者孟彬, 阮健 申请人:浙江工业大学