一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀的制作方法

本发明涉及液压阀技术领域，具体为一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀。

背景技术：

比例控制阀是一种能使所输出油液的参数(压力、流量和方向)随输入电信号参数(电流、电压)的变化而成比例的液压控制阀，从而实现连续的比例控制，它是一种集开关式电液控制元件和伺服式电液控制元件的优点于一体的新型液压控制元件，这种阀既可以开环控制，也可以加入反馈环节构成闭环控制，有良好的静态性能和能满足一般工业控制要求的动态性能，电液比例阀是采用比例控制技术，介于开关型液压阀和电液伺服阀之间的一种液压元件，电液比例阀能与电子控制装置组合在一起，可以十分方便地对各种输入、输出信号进行运算和处理，实现复杂的控制功能，但是电液比例换向阀通过改变输入比例电磁铁的电流来控制阀芯位移实现比例换向的同时却不能实现激振，不能满足某些大流量高速开关激振液压系统的使用要求。

电液伺服阀虽然在某些性能方面要比电液比例阀要好，也可作为激振阀来使用，但有一个缺陷就是对振动幅值的调节十分困难，具有一定的局限性，且它结构复杂，制造精度要求和价格都明显高于电液比例阀，抗污染性也较差，所以不能广泛应用于大流量高速开关激振液压系统当中去。

现有的单一比例流量控制阀无法满足某些既需比例换向又需激振、有一定控制精度和动态特性要求的大流量高速开关复杂液压系统的使用要求，其应用范围具有一定的局限性，本发明提供一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，能通过二自由度电机直接驱动阀芯作周向旋转、轴向移动以及复合螺旋运动，该阀采用的特殊结构设计，使其可快速确定初始零位工作位，拥有两级轴向位移，第一级位移之后的两个左右工作位，可实现比例流量控制，第二级位移过后的高速开关工作位，可实现大流量的快速通断激振，且其振动频率和振动幅值均可比例调节，很好的实现了通过对阀芯切换结构进行改进，来方便人们同时实现对液压阀的比例流量控制和高速开关控制，使应用范围更加广泛，控制精度更高，且达到了更好的控制液压介质的比例的目的，从而大大方便了人们的使用。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，解决了现有的单一比例流量控制阀无法满足某些既需比例换向又需激振、有一定控制精度和动态特性要求的大流量高速开关复杂液压系统的使用要求，其应用范围具有一定局限性的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，包括阀体、二自由度电机和手动操纵手轮，所述二自由度电机的一侧通过第一安装盖板与阀体的一侧固定连接，同时第二安装盖板与阀体的另一侧固定连接，所述手动操纵手轮的一侧与阀芯的一侧固定连接，所述阀体的内部固定连接有阀套，且阀套的底部从右至左依次开设有阀套第一窗口和阀套第二窗口，所述阀体的内部且位于阀套的一侧通过阀套和阀体周向限位键块卡接有限位卡套，且限位卡套的一侧通过紧固螺钉与阀套的一侧固定连接，所述限位卡套内壁的两侧均固定连接有限位卡套固联键块，所述阀套的内部滑动连接有阀芯。

优选的，所述阀芯的一端固定连接有限位台肩，且限位台肩的一侧分别开设有与限位卡套固联键块相适配的弧形滑道、第一接触面、第二接触面和第三接触面，所述阀芯的外表面开设有阀芯矩形贯穿开口，且阀芯的一端与二自由度电机的电机轴端固联为一体。

优选的，所述二自由度电机具有周向旋转和轴向移动两个运动自由度，同时可实现这两种运动的复合螺旋运动。

优选的，所述阀体的底部开设有进油口，且阀体的顶部开设有出油口。

优选的，所述手动操纵手轮的一侧阀芯的一端与阀体的贯穿处通过骨架油封结构进行密封。

优选的，所述二自由度电机的电机轴端与阀芯的一端固联为一体，且依次贯穿阀体、阀套和限位卡套并延伸至限位卡套和阀套的内部，使得二自由度电机能够直接驱动阀芯作周向旋转、轴向移动以及复合螺旋运动。

优选的，所述阀芯靠近手动操纵手轮的一端固定连接有推力轴承，且阀芯位于推力轴承与骨架油封结构之间的外表面套设有回复弹簧。

优选的，通过所述二自由度电机的控制，改变所述限位卡套固联键块与弧形滑道、第一接触面、第二接触面和第三接触面之间的配合关系，使其可快速确定初始零位工作位，拥有两级轴向位移，第一级位移之后的两个左右工作位，可实现比例流量控制，第二级位移过后的高速开关工作位，可实现大流量的快速通断激振。

优选的，经过所述阀套第一窗口和阀套第二窗口的液流均包含在所述进油口与出油口的内部。

优选的，所述阀芯的外表面阀芯矩形贯穿开口的两侧共均匀布置有6条径向均压槽。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，通过在阀体的内部固定连接有阀套，且阀套的底部从右至左依次开设有阀套第一窗口和阀套第二窗口，阀体的内部且位于阀套的一侧通过阀套和阀体周向限位键块卡接有限位卡套，且限位卡套的一侧通过紧固螺钉与阀套的一侧固定连接，限位卡套内壁的两侧均固定连接有限位卡套固联键块，阀套的内部滑动连接有阀芯，阀芯的一端固定连接有限位台肩，且限位台肩的一侧分别开设有与限位卡套固联键块相适配的弧形滑道、第一接触面、第二接触面和第三接触面，阀芯的外表面开设有阀芯矩形贯穿开口，且阀芯的一端与二自由度电机的电机轴端固联为一体，且经过阀套第一窗口和阀套第二窗口的液流均包含在进油口与出油口的内部，通过该阀采用的特殊结构设计，通过二自由度电机的控制，改变限位卡套固联键块与弧形滑道、第一接触面、第二接触面和第三接触面之间的配合关系，使其可快速确定初始零位工作位，拥有两级轴向位移，第一级位移之后的两个左右工作位，可实现比例流量控制，第二级位移过后的高速开关工作位，可实现大流量的快速通断激振，且其振动频率和振动幅值均可比例调节，很好的实现了通过对阀芯切换结构进行改进，来方便人们同时实现对液压阀的比例流量控制和高速开关控制，使应用范围更加广泛，控制精度更高，且达到了更好的控制液压介质的比例的目的，从而大大方便了人们的使用。

(2)该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，通过二自由度电机的电机轴端与阀芯的一端固联为一体，且依次贯穿阀体、阀套和限位卡套并延伸至限位卡套和阀套的内部，使得二自由度电机能够直接驱动阀芯作周向旋转、轴向移动以及复合螺旋运动而无需任何传动转换装置，结构更加紧凑简单，传动效率和控制精度大幅度提高，同时在手动操纵手轮的一侧阀芯的一端与阀体的贯穿处通过骨架油封结构进行密封，可防止阀体内的液压油从阀芯与阀体的贯穿处漏出，从而保证了该两用阀的正常使用。

(3)该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，通过在阀芯靠近手动操纵手轮的一端固定连接有推力轴承，且阀芯位于推力轴承与骨架油封结构之间的外表面套设有回复弹簧，可实现使阀芯在高速旋转时承受推力，并且确保阀芯能够正常复位。

(4)该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，通过在阀芯的一侧固定连接有手动操纵手轮，可便于实现自动控制失控或阀芯卡紧时的手动控制。

(5)该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，通过在阀芯的外表面阀芯矩形贯穿开口的两侧共均匀开设有6条径向均压槽，可以使同一圆周上各处的压力油相互沟通，其作用是减小液压卡紧力，避免阀芯与阀套产生卡紧。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图2为本发明限位卡套结构的立体剖视图；

图3为本发明阀芯、阀套及限位台肩的立体结构示意图；

图4为本发明处于初始零位工作位的结构示意图；

图5为本发明处于第一级位移阀口关闭工作位的结构示意图；

图6为本发明处于第一级位移阀口打开工作位的结构示意图；

图7为本发明处于第二级位移阀口高速开关工作位的结构示意图。

图中，1-第二安装盖板、2-骨架油封、3-回复弹簧、4-阀芯、4a-限位台肩、4a1-弧形滑道、4a2-第一接触面、4a3-第二接触面、4a4-第三接触面、4b-阀芯矩形开口、4c-手动操纵手轮、4d-径向均压槽、5-阀套、5a-阀套第一矩形窗口、5b-阀套第二矩形窗口、6-阀体、6a-进油口、6b-出油口、7-二自由度电机、7a-二自由度电机的电机轴端、8-第一安装盖板、9-限位卡套、9a-限位卡套固联键块、10-推力轴承、11-阀套和阀体周向限位键块、12-限位卡套和阀套固联紧定螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀，包括阀体6、二自由度电机7和手动操纵手轮4c，二自由度电机7的一侧通过第一安装盖板8与阀体6的一侧固定连接，同时第二安装盖板1与阀体6的另一侧固定连接，手动操纵手轮4c的一侧与阀芯4的一侧固定连接，阀体6的底部开设有进油口6a，且阀体6的顶部开设有出油口6b，阀体6的内部固定连接有阀套5，且阀套5的底部从右至左依次开设有阀套第一窗口5a和阀套第二窗口5b，经过阀套第一窗口5a和阀套第二窗口5b的液流均包含在进油口6a与出油口6b的内部，阀体6的内部且位于阀套5的一侧通过阀套和阀体周向限位键块11卡接有限位卡套9，且限位卡套9的一侧通过紧固螺钉12与阀套5的一侧固定连接，限位卡套9内壁的两侧均固定连接有限位卡套固联键块9a，阀套5的内部滑动连接有阀芯4，二自由度电机7具有周向旋转和轴向移动两个运动自由度，同时可实现这两种运动的复合螺旋运动，手动操纵手轮4c的一侧阀芯4的一端与阀体6的贯穿处通过骨架油封结构2进行密封，阀芯4靠近手动操纵手轮4c的一端固定连接有推力轴承10，且阀芯4位于推力轴承10与骨架油封结构2之间的外表面套设有回复弹簧3，当二自由度电机7进行轴向收缩复位后，回复弹簧3可作用在推力轴承10上使阀芯4复位，从而实现使整个阀自动回归零位。

阀芯4的一端固定连接有限位台肩4a，且限位台肩4a的一侧分别开设有与限位卡套固联键块9a相适配的弧形滑道4a1、第一接触面4a2、第二接触面4a3和第三接触面4a4，所述阀芯4的外表面开设有阀芯矩形贯穿开口4b，且阀芯4的一端与二自由度电机的电机轴端7a固联为一体，依次贯穿阀体6、阀套5和限位卡套9并延伸至限位卡套9和阀套5的内部。

工作原理：1)切换机构处于初始零位工作位

参考图3和图4，当二自由度电机7的轴向位移处于零位时，限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a恰好卡在限位台肩4a上第二接触面4a3的内部，由于阀芯矩形贯穿开口4b与阀套第一窗口5a完全错开，所以此时阀体6、阀套5和阀芯4不能形成通流阀口，也就是说此时该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀的所有阀口都处于关闭状态，是不能通油的，此时对应的便是该基于二自由度电机的比例流量控制和高速开关两用阀的初始零位工作位。

2)切换机构处于第一级位移阀口关闭工作位

参考图3和图5，随着二自由度电机7的轴向伸出，就会带动与其固联的阀芯4向左轴向移动，当二自由度电机7工作一段时间，使电机轴7a伸出相应长度后，从而使阀芯4向左移动相应距离，在此同时限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a的上表面一直与第一接触面4a2紧密接触，此时限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a与第三接触面4a4处于同一竖直面上，且阀芯矩形贯穿开口4b与阀套第一窗口5a也处于同一竖直面上，但仍然处于错开状态，因此阀体6、阀套5和阀芯4不能形成通流阀口，即为第一级位移阀口关闭工作位。

3)切换机构处于第一级位移阀口打开工作位

参考图3和图6，此时，控制二自由度电机7沿顺时针方向周向旋转一定角度，使阀芯4也随之顺时针旋转一定角度，此时限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a已经完全滑入凹槽内并与第三接触面4a4紧密接触，此时阀芯矩形贯穿开口4b与阀套第一窗口5a完全重合，因此阀体6、阀套5和阀芯4形成通流阀口，使液压油依次从进油口6a、阀套第一窗口5a、阀芯矩形贯穿开口4b和出油口6b流出，从而形成通油油路，通过比例控制二自由度电机7的周向旋转角度，便可实现对该两用阀阀口流量的比例调节，即为第一级位移阀口打开工作位。

4)切换机构处于第二级位移阀口高速开关工作位

参考图3和图7，在第一级位移完成后，控制二自由度电机7沿逆时针方向周向旋转相应角度，使限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a与第三接触面4a4脱离，并与第一接触面4a2贴合，然后控制二自由度电机7使其电机轴7a进行轴向移动，使其继续伸出，带动与其固联的阀芯4继续向左运动，从而使限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a首先与第一接触面4a2脱离，随后使限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a与弧形滑道4a1完全脱离，之后控制二自由度电机7进行周向旋转，使阀芯矩形贯穿开口4b与阀套第二窗口5b完全重合，因此阀体6、阀套5和阀芯4形成通流阀口，使液压油依次从进油口6a、阀套第二窗口5b、阀芯矩形贯穿开口4b和出油口6b流出，从而形成通油油路，由于此时限位卡套9内部的限位卡套固联键块9a不再受到任何束缚，随着二自由度电机7进行周向不间断旋转，使得该阀在阀口关闭工作位和阀口打开工作位之间不断切换以实现大流量的快速通断激振，通过比例控制二自由度电机7的周向运动转速即可比例控制该阀的振动频率，通过比例控制二自由度电机7的轴向位移即可比例控制该阀的振动幅值，且由于二自由度电机7可实现这两种运动的复合螺旋运动，因此可对其激振过程中的振动幅值进行实时调节，此时即为第二级位移阀口高速开关工作位。

综上所述：

本发明可实现通过采用的特殊结构设计，通过二自由度电机7的控制，改变限位卡套固联键块9a与弧形滑道4a1、第一接触面4a2、第二接触面4a3和第三接触面4a4之间的配合关系，使其可快速确定初始零位工作位，拥有两级轴向位移，第一级位移之后的两个左右工作位，可实现比例流量控制，第二级位移过后的高速开关工作位实现大流量的快速通断激振，且其振动频率和振动幅值均可比例调节，很好的实现了通过对阀芯4切换结构进行改进，来方便人们同时实现对液压阀的比例流量控制和高速开关控制，使应用范围更加广泛，控制精度更高，且达到了更好的控制液压介质的比例的目的，从而大大方便了人们的使用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。