直动式2D电液压力伺服阀的制作方法

本发明属于流体传动及控制领域中的电液伺服阀，尤其涉及一种直动式2D电液压力伺服阀。

背景技术：

电液伺服控制技术有机结合了流体传动控制技术与信息电子技术的优势，具有功率放大高、响应快、死区小、可实现输出流量和压力的连续双向控制等优点，在航空航天、尖端武器、钢铁、电力发电等重要的国家战略性军工业领域得到广泛应用。电液压力伺服阀是力控制系统中一个重要且理想的伺服元件，它是接受模拟量电控制信号，输出压力随电控制信号大小及极性变化且快速响应的液压控制阀，具有体积小、惯性小、响应快、灵敏度高等优势，在材料试验机、结构疲劳试验机、飞机车辆液压控制系统和船舶舵机控制系统中应用广泛。

目前电液压力伺服阀主要以喷嘴挡板式和射流管式压力伺服阀两种类型为主，但技术多为国外垄断；国内应用最广泛的压力伺服阀主要是两级或三级电液压力伺服阀，这些伺服阀的性能优良，但在结构上极其复杂，制造困难，且使用条件也颇为苛刻，对油液的清洁度要求较高，故障率较高。

由于压力伺服阀的各种不足，在实际生产中精度要求不高的场合，常常用电液比例压力控制元件，如电液比例减压阀、溢流阀等，采用线性位移传感器（LVDT）对阀芯位置进行测量和闭环控制，构成电反馈型直动比例压力控制阀，可以在很大程度上提高阀芯的定位刚度和输出力的控制精度，用来取代电液压力伺服阀实现对系统力的控制，但控制精度稍显逊色。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种直动式2D电液压力伺服阀的技术方案，通过控制旋转电磁铁的偏转角度来改变2D活塞的轴向移动距离，进而改变弹簧力的大小来调整系统的压力，在结构上大大简化了原有的两级或者多级的结构形式，符合行业简单紧凑的要求。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及位移传感器模块组成，位移传感器模块与阀体模块相配合，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合；所述位移传感器模块实时监测阀体模块中2D活塞的位移与电机械转换器模块的旋转电磁铁电信号构成闭环反馈。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体模块包括阀芯、2D活塞、弹簧和阀体，2D活塞设置在阀体的右侧，阀芯设置在阀体的左侧，2D活塞在阀体中具有旋转和轴向滑动两个运动方向；2D活塞一端部设有台肩，台肩上配合设有一对高压孔和一对低压孔，一对高压孔与进油P口相通，一对低压孔与出油T口相通；阀体内的缸筒内孔壁对称开设有与2D活塞的台肩相配合的一对阻尼斜槽，2D活塞的台肩与缸筒和设置在2D活塞右侧的同心环之间形成左敏感腔和右敏感腔，2D活塞安装于缸筒中，2D活塞的台肩上的一对高压孔和一对低压孔与一对阻尼斜槽相交形成四个微小的开口面积串联构成液压阻力半桥，控制左敏感腔压力变化，右敏感腔连通进油P口为高压，左敏感腔和右敏感腔的压力受控于液压阻力半桥，所产生的压力差驱动2D活塞轴向运动；阀芯上设有左端部台肩、右端部台肩和中部台肩，阀芯的左端部台肩对应进油P口，中部台肩对应控制A口，右端部台肩对应出油T口，左端部台肩、右端部台肩和中部台肩与阀体内孔可滑动地密封配合；阀芯和2D活塞之间设置有左垫片和右垫片，弹簧设置在左垫片和右垫片之间，阀芯右端通过钢球与右垫片接触配合，2D活塞左端通过钢球与左垫片接触配合，2D活塞的轴向运动能够通过弹簧转换为阀芯的轴向运动。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述电机械转换器模块包括相互配合的旋转电磁铁、连接板和电磁铁保护罩；所述传动机构模块包括弹簧保持杆、电磁铁零位保持弹簧、弹簧垫片、弹簧保持架、上拨杆和下拨叉，弹簧保持架设置在连接板上，弹簧保持架上设置所述弹簧保持杆，弹簧保持杆上套接设置电磁铁零位保持弹簧和弹簧垫片，上拨杆一端连接旋转电磁铁的转动轴，上拨杆另一端卡接设置在弹簧保持杆上并位于弹簧垫片与弹簧保持架之间，上拨杆能够在弹簧保持杆上滑动；上拨杆连接旋转电磁铁转动轴的一端设置为椭圆形外轮廓，下拨叉的上端与椭圆形外轮廓卡接配合，下拨叉的下端连接阀体模块的2D活塞。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述位移传感器模块包括LVDT位移传感器，LVDT位移传感器的传感器芯轴通过螺纹连接杆与阀体模块的2D活塞相连。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体左端设置一阀套，阀芯安装于阀套内，在阀芯右端采用过盈配合安装一个限制阀芯径向转动的限位销，限位销在阀套的U型槽内滑动。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀体一侧设置端盖，阀体另一侧设置盒盖。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述阀芯左端面设为圆盘型结构，阀芯左、右移动时阀芯的圆盘型结构与阀体和阀套之间形成挤压油膜。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述下拨叉的上端为开口向上的U形叉，U形叉与椭圆形外轮廓卡接配合。

所述的直动式2D电液压力伺服阀，其特征在于所述LVDT位移传感器安装在传感器支架上。

本发明的有益效果主要表现在：

1、针对现有电液压力伺服阀抗污染能力差的不足，将2D螺旋伺服与压力伺服控制技术相结合，构成结构紧凑、原理先进的直动式2D电液压力伺服阀，简化了压力伺服阀的结构，提高了其抗污染能力；

2、利用挤压油膜缓冲理论来设计其阀芯结构（阀芯左端增设圆盘型结构作为阻尼模块），阀芯左右移动过程中，可增大系统粘性阻尼，通过提高系统阻尼比来保证阀的稳定性能；

3、采用LVDT位移传感器实时监测2D活塞的轴向位移，与单向旋转电磁铁电信号形成闭环反馈，提高阀的总体控制精度和动态响应能力；

4、2D活塞和阀芯之间通过弹簧接触，既可以实现力的传递，又可以防止压力过大，使力控制系统不会“抱死”。

附图说明

图1为直动式2D电液压力伺服阀的结构示意图；

图2为阀体的剖视图；

图3为2D活塞的结构示意图；

图4为带阻尼圆盘缓冲器的阀芯结构示意图；

图5为连接板的侧面示意图；

图6为直动式2D电液压力伺服阀工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：

参照图1-图6，一种直动式2D电液压力伺服阀包括第一螺钉1、第二螺钉4、第三螺钉6、第四螺钉12、第五螺钉13、第六螺钉14、第七螺钉18、第八螺钉21和第九螺钉25、第一O型密封圈2、第二O型密封圈27、第三O型密封圈29、阀体3、旋转电磁铁5、连接板7、弹簧保持杆8、电磁铁零位保持弹簧9、弹簧垫片10、弹簧保持架11、上拨杆15、紧固钢球16、航空插座17、下拨叉19、螺纹连接杆20、传感器芯轴22、LVDT位移传感器23、传感器支架24、盒盖26、同心环28、缸筒30、2D活塞31、右垫片32、第一钢球33、第二钢球36、弹簧34、左垫片35、限位销37、阀套38、阀芯39、端盖40。

其中，第一螺钉1连接端盖与阀体，第二螺钉4连接电磁铁保护罩与连接板7，第三螺钉6连接旋转电磁铁与连接板7，第四螺钉12连接弹簧保持架11与连接板，第五螺钉13连接盒盖26与电磁铁保护罩，第六螺钉14锁紧上拨杆15，第七螺钉18用于将航空插座7连接至盒盖26上，第八螺钉21用于锁紧下拨叉19，第九螺钉25连接盒盖与连接板；第一O型密封圈2用于密封端盖和阀体，第二O型密封圈27用于密封2D活塞31与连接板7，第三O型密封圈29、用于密封阀体3与连接板7。这些设置均为常规设置，在此不做赘述。

本发明的直动式2D电液压力伺服阀，由阀体模块、电机械转换器模块、传动机构模块以及位移传感器模块组成，位移传感器模块与阀体模块相配合监测2D活塞的位移，电机械转换器模块通过传动机构模块与阀体模块相配合，对2D活塞进行旋转操作；位移传感器模块实时监测阀体模块中2D活塞的位移与电机械转换器模块的单向旋转电磁铁电信号构成闭环反馈。

阀体模块包括阀芯、2D活塞、弹簧和阀体，2D活塞设置在阀体的右侧，阀芯设置在阀体的左侧，2D活塞在阀体中具有旋转和轴向滑动两个运动方向；2D活塞一端部设有台肩，台肩上配合设有一对高压孔b和一对低压孔c，一对高压孔与进油P口相通，一对低压孔与出油T口相通，其中进油P口是进油口，该处压力是系统压力，出油T口是回油口；阀体内的缸筒内孔壁对称开设有与2D活塞的台肩相配合的一对阻尼斜槽（），2D活塞的台肩与缸筒和设置在2D活塞右侧的同心环之间形成左敏感腔f和右敏感腔g，2D活塞安装于缸筒中，2D活塞的台肩上的一对高压孔和一对低压孔与一对阻尼斜槽相交形成四个微小的开口面积串联构成液压阻力半桥，控制左敏感腔压力变化，右敏感腔连通进油P口为高压，左敏感腔和右敏感腔的压力受控于液压阻力半桥，所产生的压力差驱动2D活塞轴向运动；阀芯上设有左端部台肩、右端部台肩和中部台肩，阀芯的左端部台肩对应进油P口，中部台肩对应控制A口，右端部台肩对应出油T口，左端部台肩、右端部台肩和中部台肩与阀体内孔可滑动地密封配合；当2D活塞顺时针转动时（从传动机构一侧向左看），高压孔与阻尼斜槽的相交面积减小，低压槽与阻尼斜槽的相交面积增大，此时左敏感腔压力减小，右敏感腔压力不变，2D活塞左移。在左移过程中，高压孔与阻尼斜槽的相交面积增大，低压槽与阻尼斜槽的相交面积减小，2D活塞最终稳定在某一位置，此时高压孔、低压孔与阻尼斜槽之间两侧宽度不相等，2D活塞产生一个向左的力，该力作用在弹簧上，使弹簧受到压缩。该弹簧力最终与控制A口压力作用在阀芯左侧的力相平衡。

缸筒30紧靠在阀体3内部的台肩处，紧固钢球16通过阀体内部滑槽把缸筒压紧在阀体内部，并防止其产生径向转动；阀芯和2D活塞之间设置有左垫片和右垫片，弹簧设置在左垫片和右垫片之间，阀芯右端通过第二钢球36与右垫片接触配合，2D活塞左端通过第一钢球33与左垫片接触配合，2D活塞的轴向运动能够通过弹簧转换为阀芯的轴向运动。

初始时刻，右垫片32的右端紧贴在缸筒30上，右垫片32的左端与弹簧34相接触；阀套38采用过盈配合安装于阀体3左端，阀芯39安装于阀套38内，在阀芯右端采用过盈配合安装一个限位销37，限位销在阀套的U型槽内滑动，限制阀芯径向转动，减小因加工误差引起的压力波动。

如图4所示，阀芯39左端面设为圆盘型结构，当阀芯左、右移动时，阀芯的圆盘型结构与阀体和阀套之间形成挤压油膜，其作用是为了引入挤压油膜阻尼系数，增大系统粘性阻尼，提高阻尼比使系统稳定的作用。

如图5所示，传动机构模块包括弹簧保持杆、电磁铁零位保持弹簧、弹簧垫片、弹簧保持架、上拨杆和下拨叉，弹簧保持架设置在连接板上，弹簧保持架上设置所述弹簧保持杆，弹簧保持杆上套接设置电磁铁零位保持弹簧和弹簧垫片，上拨杆一端连接旋转电磁铁的转动轴，上拨杆另一端卡接设置在弹簧保持杆上并位于弹簧垫片与弹簧保持架之间，上拨杆能够在弹簧保持杆上滑动。上拨杆连接旋转电磁铁转动轴的一端设置为椭圆形外轮廓，下拨叉的上端与椭圆形外轮廓卡接配合，下拨叉的下端连接阀体模块的2D活塞。

具体地，上拨杆下半部的拨头呈椭圆形，下拨叉的上半部是开口向上的U形叉，上拨杆的拨头插设在下拨叉的U形叉内，旋转电磁铁的转动轴与上拨杆固定连接，以驱动上拨杆带动下拨叉转动，下拨叉的下端连接阀体模块的2D活塞，以带动2D活塞同步转动；上拨杆的顶部可滑动的设置在弹簧保持杆上，且弹簧保持杆的一端套设有将上拨杆倾斜抵紧在下拨叉内的电磁铁零位保持弹簧。为了提高直动式2D电液压力伺服阀的工作稳定性，平衡惯性力，需将上拨杆15和第六螺钉14的重心与旋转电磁铁5的转动轴的中心重合，以及2D活塞31的中心与下拨叉19和第八螺钉21的重心重合。

电机械转换器模块包括相互配合的旋转电磁铁、连接板和电磁铁保护罩，旋转电磁铁位于阀体3上端，旋转电磁铁通过第三螺钉6与连接板7相连接，电磁铁保护罩通过第二螺钉4与连接板7相连，同时盒盖26通过第五螺钉13又连接到电磁铁保护罩上。

位移传感器模块包括LVDT位移传感器，其功能是实时监测2D活塞的轴向位移，并与旋转电磁铁电信号形成闭环反馈。LVDT位移传感器的传感器芯轴22通过螺纹连接杆20与2D活塞31固连，并保持在LVDT位移传感器23内孔的中间位置，提高其准确性。传感器支架24设置在连接板上，LVDT位移传感器23与传感器支架24之间采用过盈配合，以防压力伺服阀在运输或震动状态下传感器与传感器支架之间产生轴向滑动，影响其位移检测精度。

本例的实施工作原理为：如图6所示，当旋转电磁铁5不通电时，与旋转电磁铁的转动轴固联的上拨杆15上端在电磁铁零位保持弹簧9的作用下紧靠在弹簧保持杆8的台肩处，下拨叉19保持静止，使2D活塞31处于零位（2D活塞左右两个敏感腔处于受力平衡状态）。初始时刻，阀芯左端部台肩处进油P口和控制A口是不通的，若P与A相通，那么压力油进入阀芯内部孔道进而进入到阀芯左侧的敏感腔，产生一个推动阀芯向右运动的力，此时P口与A口的通道被关闭，阀芯始终处于右位。当单向旋转电磁铁5通正向电流时，上拨杆15受外力矩逆时针旋转（沿连接板从右向左看），驱动下拨叉19顺时针旋转，同时带动2D活塞顺时针旋转，从而使低压孔c与阻尼斜槽重叠面积变大，高压孔b与阻尼斜槽重叠面积变小，左敏感腔f压力随之变小，而右敏感腔压力不变，2D活塞31在左右敏感腔压差作用下向左运动，向左移动的过程中，使低压孔c与阻尼斜槽重叠面积变小，高压孔b与阻尼斜槽重叠面积变大，左敏感腔压力逐渐升高，加之弹簧34受压后，对2D活塞31产生一向右的反作用力，2D活塞停止在一个新的平衡位置；弹簧34受压后所产生的力直接作用在阀芯39右端，使阀芯左移，此时P口与A口连通，A口与T口也是连通的，通过流量连续性方程可知通过改变P与A之间的开口量就能控制A口压力变化；LVDT位移传感器实时监测2D活塞31的轴向位移，并反馈至单向旋转电磁铁，形成闭环反馈，精确控制2D活塞31位移，从而实时调整阀芯39位移，达到控制A口压力恒定的目的。

上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。