一种高压大流量电‑气伺服比例阀的制作方法

本发明属于气压控制元件，具体涉及一种高压大流量电-气伺服比例阀。

背景技术：

气动技术因其工作介质为压缩空气，具有能源获得方便、清洁无污染、低成本、易操作等优点而广泛应用于农业机械、自动化工业、交通运输、能源、化工、航空航天、航海、国防军事等领域。

目前，关于低压气动技术的认识较成熟。高压气体由于功率比重大、快速膨胀能力强、相对于低压系统可有效改善系统动态性能与刚度，且有利于元件结构小型化及执行机构高速化，还能节省安装空间，使得高压气动技术成为当前国内外流体传动与控制领域的研究热点之一。

本领域中压力低于1mpa的气动系统称为低压气动系统，压力在1mpa～10mpa之间的气动系统称为中压气动系统，压力高于10mpa的气动系统称为高压气动系统。

随着各个行业，特别是天燃气输送、氢能源汽车、国防军事工业对系统高压、高响应、高精度的需求日益增加，同时也由于各种新材料、新工艺及高寿命器件的出现，有力地推动了高压气动技术的发展，新型高压气动元件的开发与研制已成为气动技术新的发展方向。

近十多年来，国内外对高压气动元件进行的研究工作主要集中在高压气动开关阀与减压阀方面，而高压气动伺服控制技术仍处于起步阶段，关于高压大流量电-气伺服比例阀的研究鲜有报道，尚无相关成熟产品。高压大流量电-气伺服比例阀作为大型高压气动伺服比例控制系统的核心元件，目前已成为高压气动伺服比例控制技术在大型装备中应用的瓶颈。

高压大流量电-气伺服比例阀作为一种既能控制气流方向，又能控制输出流量/压力的气动控制元件，在控制精度与动态响应方面要求较高的大型装备控制领域有广阔的应用前景，尤其是航空航天与国防军事领域。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压大流量电-气伺服比例阀，其将主阀、伺服阀以及控制器巧妙的设计为一体，使得其结构简单，响应速度快，输出流量控制精度较高。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压大流量电-气伺服比例阀，其包括伺服阀和主阀，所述伺服阀和所述主阀紧密相邻且相互连通，

所述主阀包括主阀阀体，所述主阀阀体整体呈管状，其一端固定有阀体左端盖，其另一端固定有主阀端盖，在所述主阀阀体中心的空腔内依次设置有调整块、主阀定位套、主阀阀套、主阀阀芯、主阀弹簧、弹簧调整盖、紧固套以及主阀位移传感器，

所述调整块嵌装在阀体左端盖内，所述主阀阀芯呈轴状，其嵌装在主阀阀套内，所述主阀阀套同轴嵌装在所述主阀阀体内壁处，所述主阀阀芯两端部分别与所述主阀阀套内壁相密封，所述主阀阀芯中间杆部与所述主阀阀套内壁相隔间距以形成环形空腔，

所述主阀定位套呈圆环状，其设置在所述主阀阀体内壁中间的止口处，其一端面抵接所述止口，且其另一端面抵接所述主阀阀套和主阀阀芯，所述主阀定位套和所述调整块相隔距离以形成用于容置高压气的控制腔c，所述控制腔c通过开设在主阀阀体的通道与所述伺服阀的控制口连通，

所述主阀阀体的侧壁上开设有用于供外界高压气源通入的进气腔a，所述进气腔a通过开设在主阀阀体的通道经所述环形空腔连通所述伺服阀的进气口，

所述主阀位移传感器同轴插装在所述弹簧调整盖中，依靠紧固套锁紧，并抵接所述主阀阀芯端部，所述主阀弹簧套设在所述主阀位移传感器的一端，并同时与所述主阀阀芯端部和所述弹簧调整盖端部抵接，

所述弹簧调整盖端面设计有通孔，通孔一侧与大气相通，另一侧与弹簧腔d连通。

进一步的，所述伺服阀包括阀本体和直线音圈电机，所述直线音圈电机包括电机壳体、嵌装在所述电机壳体内的环形永久磁钢以及插装在所述环形永久磁铁的动圈绕组，

所述阀本体包括伺服阀阀体、伺服阀阀套以及伺服阀阀芯，所述伺服阀阀体一端与所述电机壳体固定连接，以使所述直线音圈电机和所述阀本体相固定，伺服阀阀套嵌装在所述伺服阀阀体轴线处的空腔内并紧贴该空腔内壁，所述伺服阀阀套一端抵接所述伺服阀阀体的止口以实现所述伺服阀阀套的轴向定位，所述伺服阀阀芯插装在所述伺服阀阀套中，

所述伺服阀阀芯的一端固定有位移传感器定位板，所述伺服阀阀芯的另一端连接有定位套筒，所述定位套筒与所述动圈绕组固连。

进一步的，所述伺服阀阀体的一端端口处固定有位移传感器定位座，在该位移传感器定位座中心固定有伺服阀位移传感器，伺服阀位移传感器一端与所述位移传感器定位板相邻。

进一步的，还包括控制器，所述控制器分别通过导线与动圈绕组、主阀位移传感器、伺服阀位移传感器进行电气连接，所述伺服阀位移传感器用于将检测的伺服阀阀芯的位移量送至控制器，所述控制器用于将伺服阀阀芯位移量与外界输入的位移指令信号比较的差值信号执行放大处理，并发送至音圈电机的动圈绕组，形成阀芯位置闭环控制。

进一步的，所述的主阀阀芯阀口形式一侧为圆周均匀分布三角槽流道，其与进气腔a连通，以保证高压大流量电-气伺服比例阀小开度时具有较小流量增益，从而实现被控系统初始启动过程的稳定控制；所述的主阀阀芯阀口形式另一侧矩形槽流道，其与弹簧腔d连通，用于泄放排气腔b高压气体。

进一步的，所述的主阀具有两位三通机能。初始状态，主阀阀芯在主阀弹簧的作用下与主阀定位套紧密接触，此时，主阀进气腔a与排气腔b隔断，弹簧腔d与排气腔b通过主阀矩形槽流道连通，主阀处于排气机能，用于将高压大流量电-气伺服比例阀被控负载高压气体排空至大气；当控制腔c进入高压气体后，主阀阀芯克服弹簧力动作，主阀进气腔a与排气腔b通过三角槽流道连通，弹簧腔d与排气腔b隔断，主阀处于充气机能，用于将高压气体经高压大流量电-气伺服比例阀输出至被控负载。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：

利用伺服阀控制主阀开口实现高压气体流量输出，伺服阀由直线音圈电机控制，主阀依靠弹簧复位，伺服阀作为先导级阀门，主阀作为功率级阀门，采用两级阀门控制，可提高控制精度。进一步的，两级阀门的阀芯位置分别由各自位移传感器检测并反馈至控制器，整体构成闭环位置控制系统，能有效控制高压气体输出流量的大小。

附图说明

图1是本发明的高压大流量电-气伺服比例阀整体结构示意图；

图2是本发明的先导级伺服阀的剖视图；

图3(a)为本发明的功率级主阀阀芯结构图；图3(b)为图3(a)中a-a剖视图；图3(c)为图3(a)中b-b剖视图；

图4(a)为本发明的功率级主阀阀套结构图；图4(b)为图4(a)中b-b剖视图；图4(c)为图4(a)中a-a剖视图；

图5是本发明的高压大流量电-气伺服比例阀符号功能原理图。

在本发明中，相同的附图标记自始至终表示相同的元件或者结构：

1-伺服阀2-控制器3-调整块

4-圆柱头螺钉5-阀体左端盖6-第一o型密封圈

7-主阀阀体8-主阀定位套9-格莱圈

10-主阀阀套11-主阀阀芯12-第二o型密封圈

13-主阀弹簧14-主阀端盖15-弹簧调整盖

16-紧固套17-主阀位移传感器18-电机壳体

19-环形永久磁钢20-动圈绕组21-连接螺母

22-定位套筒23-伺服阀阀芯24-伺服阀阀套

25-第三o型密封圈26-伺服阀阀体27-位移传感器定位板

28-定位座29-紧固螺母30-伺服阀位移传感器

31-第四o型密封圈32-三角槽流道33-矩形槽流道

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明的高压大流量电-气伺服比例阀整体结构示意图，由图可知，其包括先导级三位三通高压电-气伺服阀(简称伺服阀)和两位三通式主阀(简称主阀)，伺服阀设置在主阀侧壁处并与主阀紧密相连。

其中，两位三通式主阀包括主阀阀体7，主阀阀体7左端开有螺孔并与阀体左端盖5通过圆柱头螺钉4相固连，阀体左端盖5开有密封槽，与主阀阀体7之间采用第一o型密封圈6密封，调整块3通过螺纹旋入阀体左端盖2内部，与之形成整体。

图3(a)为本发明的功率级主阀阀芯结构图，图3(b)为图3(a)中a-a剖视图，图4(a)为本发明的功率级主阀阀套结构图，图4(b)为图4(a)中b-b剖视图，图4(c)为图4(a)中a-a剖视图，由图可知，调整块3与主阀阀芯11同轴设置，用于调节控制腔c的初始腔体体积(控制腔c是设置在调整块3和主阀定位套8之间用于容置高压气体的空腔)，主阀定位套8通过主阀阀套10压紧在主阀阀体7内腔壁的止口上，主阀阀体7左部止口实现主阀定位套8和主阀阀套10的轴向定位；主阀阀套10开有三个密封环，与主阀阀体7内壁之间采用多个第二o型密封圈12密封，主阀阀芯11与主阀阀套10之间用格莱圈9密封，主阀阀芯11右边端部抵接主阀弹簧13，弹簧调整盖15对主阀弹簧13进行预压紧，弹簧调整盖15通过螺纹与主阀端盖14相连接，主阀端盖14与主阀阀体7之间用内六角圆柱头螺钉4固连，主阀位移传感器17呈轴状，其直接插装在弹簧调整盖15轴心上，依靠紧固套16锁紧，并同时与主阀阀芯11右边端部相抵接，从而能感知主阀阀芯11的位移。

图5是本发明的高压大流量电-气伺服比例阀符号功能原理图。进气腔a设置在主阀阀体7壁部，在主阀阀体7壁部上还设置了用于与外界气瓶相连的法兰盘以及用于设置密封圈的凹槽。进气腔a与伺服阀1的进气口p连通，控制腔c与伺服阀1的控制口c连通。系统工作过程中进气腔a处高压气体一部分流经伺服阀1进入主阀的控制腔c，另一部分经主阀阀套10与阀芯11形成的矩形阀口，再经节流口输出至排气腔b。排气腔b呈环形腔体状，由主阀阀套10外壁开设的环形槽与主阀阀体7内壁形成的环形空腔，该环形空腔通过开设在主阀阀体壁上的法兰盘口与外界被控系统相连通，从而控制流进或流出系统的气体流量。

图2是本发明的先导级伺服阀的剖视图，由图可知，伺服阀1为滑阀式高压电-气伺服阀，具有三位三通功能，所述伺服阀的直线音圈电机包括电机壳体18、环形永久磁钢19和动圈绕组20，伺服阀阀体26和电机壳体18通过螺钉连接；伺服阀阀套24开有三个密封环，伺服阀阀体26与伺服阀阀套24之间用第三o型密封圈密封25，伺服阀阀套24与伺服阀阀体26中心孔左端部止口抵接，实现伺服阀阀套24的轴向定位；伺服阀阀芯23左端螺纹连接位移传感器定位板27，伺服阀阀芯23右端连接定位套筒22，通过连接螺母21与电机动圈绕组20固连；伺服阀位移传感器30通过紧固螺母29连接在位移传感器定位座28中心孔内，定位座28通过螺纹连接固连在伺服阀阀体26左端处。伺服阀1进气口和控制口分别与主阀的进气腔a和控制腔c相对接，伺服阀和主阀固定时，在进气口与主阀的进气腔a间以及在控制口与控制腔c间分别设置有第四o型密封圈31，使得伺服阀1进气口和控制口分别与主阀的进气腔a和控制腔c密封良好，防止气体泄漏。

控制器2分别通过导线与动圈绕组20、主阀位移传感器17、伺服阀位移传感器30电气连接，伺服阀位移传感器30将检测的阀芯位移量送至控制器2，控制器2将伺服阀阀芯位移量与位移指令信号比较的差值信号放大处理后，发送至音圈电机的动圈绕组20，形成阀芯位置闭环控制。

主阀阀芯11阀口形式一侧为圆周均匀分布三角槽流道32，其与进气腔a连通，以保证高压大流量电-气伺服比例阀小开度时具有较小流量增益，从而实现被控系统初始启动过程的稳定控制；主阀阀芯11阀口形式另一侧矩形槽流道33，其与弹簧腔d连通，用于泄放排气腔b高压气体。

本发明的工作原理是：

通过计算机发送位置指令信号至控制器2，经处理放大为电流信号后，将电流信号输出至伺服阀的直线音圈电机，输入电流大小与动圈绕组20驱动力成正比关系，并通过改变电流方向控制伺服阀阀芯23换向，由音圈电机直接驱动三位三通的伺服阀1，伺服阀位置传感器30检测伺服阀阀芯23位移并传送至控制器2，实现伺服阀阀芯23位置闭环控制，从而精确控制流经伺服阀口的高压气体流量。从伺服阀1流出的高压气体进入主阀的控制腔c，推动主阀阀芯11运动，此时高压气体从主阀阀口处流出进入被控系统。主阀阀芯11的位移由主阀位移传感器17检测并传送至控制器2，经处理后作为指令信号控制先导级伺服阀阀芯23的动作。伺服阀1与主阀形成级间耦合，耦合方式为气-位移-电反馈耦合，将放大器非线性、先导级与功率级气动力、摩擦力等非线性因素包括在位置控制系统内，更进一步提高对主阀阀芯11的控制精度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。