一种智能自检电液伺服阀

本发明涉及一种电液流量伺服阀，具体涉及一种磨损自检功能、油压自适应、高精度负反馈控制为一体的电液流量伺服阀。

背景技术：

电液伺服阀是一种机械、电子和液压等技术相结合的超高精度的精密器件，将整个伺服机构系统的电气部分、机械部分和液压部分等连接在一起，可以进行机械信号，液压信号和电气信号之间的互相转换，并对这些信号进行放大处理，从而可以进行对机械执行机构的控制。所以电液伺服系统的性能与可靠性直接取决于电液伺服阀的质量。

相较于力反馈电液伺服阀，市场上的双喷嘴挡板电反馈电液伺服阀一般通过位移传感器对阀芯位移和输出指令进行综合分析，通过负反馈控制方法调节提高了系统的精度，但其位置传感器参数和闭环控制参数不能自行调节，伺服阀长期使用后因磨损带来了参数偏移，因此，在系统调试和正常运行时使用者都迫切需要了解电液伺服阀的运行状况。而电液伺服阀一旦出现故障就需要返回原厂进行试验测试检查故障，调节和维护很困难，给用户带来不便，限制了它的应用。电液伺服阀的故障一般表现在阀芯的移动状况上，通过检测电液伺服阀阀芯在特种情况下的位移量和阀芯表面的磨损状况就可以判断伺服阀的运行状态。

但是目前的电液伺服阀缺乏阀芯使用状况的监测功能，没有油压自适应的功能。如今，越来越多的伺服控制系统不断地寻求既能满足系统高品质、长寿命、高可靠性、低能耗，又具有智能自检功能的电液流量伺服阀。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述技术不足，提出一种能够实时监测阀芯磨损情况和位移情况，用户能够根据具体使用状况修改控制参数，且能根据油压大小自适应改变自身结构的智能自检电液伺服阀。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括阀体、上壳、力矩马达、衔铁、伺服阀控制器、双喷嘴挡板、压力变送器、反馈杆、lvdt位移传感器、位移传感器电路、滑阀组件和节流孔开口调节组件；所述的上壳与阀体固定；所述的伺服阀控制器固定在上壳内；所述的力矩马达置于上壳内，并与阀体固定，由伺服阀控制器控制；双喷嘴挡板的一端与弹簧管固定，另一端与反馈杆一端固定；衔铁套在力矩马达的两个衔铁线圈内；弹簧管与衔铁中部固定；弹簧管的信号输出端与伺服阀控制器连接；所述的滑阀组件包括静电感应传感器和位置反馈对中滑阀；所述的静电感应传感器包括磁敏探头、屏蔽层、螺柱和无线发射模块；所述的磁敏探头固定在螺柱上，且磁敏探头外固定套有屏蔽层；磁敏探头的信号输出端与无线发射模块连接；所述的无线发射模块与伺服阀控制器无线通讯；所述的位置反馈对中滑阀包括滑动件一、连接件和滑动件二；所述的滑动件一和连接件一体成型，滑动件一和滑动件二的直径相等；静电感应传感器的磁敏探头与连接件固定，螺柱与滑动件二开设的螺纹孔连接，且屏蔽层外壁与滑动件二的螺纹孔外端开设的安置孔孔壁贴合；所述的滑阀组件设有两个，两个滑阀组件中位置反馈对中滑阀的滑动件二均与反馈杆的另一端铰接在一起。lvdt位移传感器的铁芯穿过阀体开设的一个过孔，并与其中一个滑阀组件中位置反馈对中滑阀的滑动件一固定；lvdt位移传感器的骨架固定在一个外罩内，位移传感器电路固定在lvdt位移传感器的骨架上；lvdt位移传感器的信号输出端经传感器线圈与位移传感器电路连接，位移传感器电路与伺服阀控制器连接；压力变送器固定在另一个外罩内，且压力变送器的检测口穿过阀体开设的另一个过孔；压力变送器与伺服阀控制器连接。

所述的双喷嘴挡板和反馈杆均置于阀体的回油腔内，所述的力矩马达封住上壳内腔和阀体的回油腔之间的通道；所述的阀体开设有对称设置的两个高压油腔，对称设置的负载油腔一和负载油腔二以及对称设置的两个流道；两个高压油腔的一端均与回油腔连通，另一端均开放设置；每个高压油腔与回油腔连通的那端均设有高压喷嘴；每个高压油腔设有一个节流孔开口调节组件；每个流道的两端与对应侧一个高压油腔位于节流孔开口调节组件两侧的两个油口分别连通，且两个高压油腔上靠近高压喷嘴的油口与负载油腔一的第一个油口和负载油腔二的第一个油口分别连通；负载油腔一的第二个油口和负载油腔二的第二个油口与回油腔侧部的两个油口分别连通；负载油腔一的第三个油口和负载油腔二的第三个油口均开放设置；位置反馈对中滑阀处于中位状态下，其中一个位置反馈对中滑阀的滑动件一封闭连通流道、高压油腔和负载油腔一的连接油口，另一个位置反馈对中滑阀的滑动件一封闭连通流道、高压油腔和负载油腔二的连接油口；位置反馈对中滑阀处于左位状态下，负载油腔一通过流道与对应一个高压油腔连通，负载油腔二与回油腔连通；位置反馈对中滑阀处于右位状态下，负载油腔二通过流道与对应一个高压油腔连通，负载油腔一与回油腔连通。

优选地，所述的节流孔开口调节组件包括固定块、调节板、螺杆和伺服电机；所述的调节板与阀体开设的滑道构成滑动副，调节板开设的螺纹孔与螺杆构成螺旋副；固定块固定在阀体内；所述螺杆的一端与固定块开设的支承孔构成转动副；伺服电机的输出轴与螺杆固定；伺服电机的控制信号端与伺服驱动器连接；伺服驱动器与伺服阀控制器连接；两个节流孔开口调节组件中伺服电机的底座与两个外罩分别固定。

优选地，所述的伺服电源和伺服阀控制器、伺服电源和位移传感器电路、位移传感器电路和伺服阀控制器、伺服阀控制器和压力变送器以及伺服阀控制器和伺服驱动器之间均通过导线或插排连接；伺服电源和伺服阀控制器经电缆连接电路连接器，电路连接器经开关连接50-110v直流电源，且电路连接器接上位机。

更优选地，所述的上位机提供的使能信号、安全信号和指令信号经电路连接器输送至伺服阀控制器，且上位机的使能信号经电路连接器输送至伺服电源，伺服阀控制器发出状态信号通过电路连接器返还给上位机。伺服电源将功率信号分别输送至伺服阀控制器和位移传感器电路；伺服阀控制器和位移传感器电路的供电反馈信号均输送至伺服电源；位移传感器电路为lvdt位移传感器提供多个函数功率信号的叠加，进行位置信号的检测和解调，同时将位置反馈对中滑阀的位置转换成线性的电路信号输送至伺服阀控制器处；伺服阀控制器将接收的指令信号与位移传感器电路处检测得到的实际位置反馈信号进行比对、分析和计算，并通过力矩马达线圈发出指令信号给力矩马达。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明具有节流孔结构自适应功能，具有阀芯磨损状况监测功能，具有集成故障诊断功能的伺服阀控制器，阀的性能参数由伺服阀控制器控制，可以根据各传感器返回的反馈信号实现用户自行调节的功能，能够灵活方便的调整控制参数，并能通过位置反馈对中滑阀内的静电感应传感器获得阀芯棱边的实时磨损状况，通过电路连接器上传服务器进行神经学习获得磨损预测模型，滑阀达到服役极限时能够提前预警，降低了维护成本，提高了安全性；伺服阀控制器能够实时监测伺服阀整体运作状态，通过软件智能诊断，分析阀体的故障类型，实现伺服系统在故障出现时的自我调整和智能控制。本发明在保证了电液伺服阀控制系统的高精度、低误差性能的同时，有更具智能化的人机交互，有利于在各类航天、军工和民用液压设备的伺服控制系统中推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是图1中的a部放大结构示意图；

图3是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种智能自检电液伺服阀，包括阀体5、上壳2、力矩马达19、衔铁18、伺服阀控制器21、双喷嘴挡板17、压力变送器15、反馈杆11、lvdt位移传感器9、位移传感器电路10、滑阀组件和节流孔开口调节组件；上壳2与阀体5固定；伺服阀控制器21固定在上壳2内；力矩马达19置于上壳2内，并与阀体5固定，由伺服阀控制器21控制；双喷嘴挡板17的一端与弹簧管20固定，另一端与反馈杆11一端固定；衔铁18套在力矩马达19的两个衔铁线圈内；弹簧管20与衔铁18中部固定；弹簧管20用于测量双喷嘴挡板17弯曲变形时受到的力，弹簧管20的信号输出端与伺服阀控制器21连接；滑阀组件包括静电感应传感器12和位置反馈对中滑阀4；静电感应传感器包括磁敏探头14、屏蔽层13、螺柱和无线发射模块；磁敏探头14固定在螺柱上，且磁敏探头14外固定套有屏蔽层13；磁敏探头14的信号输出端与无线发射模块连接(连接的导线可以穿过螺柱的中心孔)；无线发射模块与伺服阀控制器21无线通讯；位置反馈对中滑阀4包括滑动件一、连接件和滑动件二；滑动件一和连接件一体成型，滑动件一和滑动件二的直径相等；静电感应传感器的磁敏探头14与连接件固定，螺柱与滑动件二开设的螺纹孔连接，且屏蔽层13外壁与滑动件二的螺纹孔外端开设的安置孔孔壁贴合；静电感应传感器通过磁敏探头14的静电感应监测位置反馈对中滑阀4的棱边磨损状况，屏蔽层13能够降低油液中杂质带来的测量误差，磁敏探头14测量得到的磨损反馈信号由无线发射模块上传。滑阀组件设有两个，两个滑阀组件中位置反馈对中滑阀4的滑动件二均与反馈杆11的另一端铰接在一起(构成复合铰链)。lvdt位移传感器9的铁芯8穿过阀体5开设的一个过孔，并与其中一个滑阀组件中位置反馈对中滑阀4的滑动件一固定；lvdt位移传感器9的骨架固定在一个外罩6内，位移传感器电路10通过螺钉固定在lvdt位移传感器9的骨架上；lvdt位移传感器9的信号输出端经传感器线圈与位移传感器电路10连接，位移传感器电路10与伺服阀控制器21连接；lvdt位移传感器9通过检测铁芯8的位移反馈位置反馈对中滑阀4的位置，并将位置反馈信号经传感器线圈和位移传感器电路10传给伺服阀控制器21。压力变送器15固定在另一个外罩6内，且压力变送器15的检测口穿过阀体5开设的另一个过孔；压力变送器15与伺服阀控制器21连接。

双喷嘴挡板17和反馈杆11均置于阀体5的回油腔t内，力矩马达19封住上壳2内腔和阀体5的回油腔t之间的通道；阀体5开设有对称设置的两个高压油腔a，对称设置的负载油腔一q1和负载油腔二q2以及对称设置的两个流道b；两个高压油腔a的一端均与回油腔t连通，另一端均开放设置，用于连接外界高压油路；且每个高压油腔a与回油腔t连通的那端均设有高压喷嘴16；每个高压油腔a设有一个节流孔开口调节组件，用于调节高压油腔a的开口；每个流道b的两端与对应侧一个高压油腔a位于节流孔开口调节组件两侧的两个油口分别连通，且两个高压油腔a上靠近高压喷嘴16的油口与负载油腔一q1的第一个油口和负载油腔二q2的第一个油口分别连通；负载油腔一q1的第二个油口和负载油腔二q2的第二个油口与回油腔t侧部的两个油口分别连通；负载油腔一q1的第三个油口和负载油腔二q2的第三个油口均开放设置；位置反馈对中滑阀4处于中位状态下，其中一个位置反馈对中滑阀4的滑动件一封闭连通流道b、高压油腔a和负载油腔一q1的连接油口，另一个位置反馈对中滑阀4的滑动件一封闭连通流道b、高压油腔a和负载油腔二q2的连接油口；位置反馈对中滑阀4处于左位状态下，负载油腔一q1通过流道b与对应一个高压油腔a连通，负载油腔二q2与回油腔t连通；位置反馈对中滑阀4处于右位状态下，负载油腔二q2通过流道b与对应一个高压油腔a连通，负载油腔一q1与回油腔t连通；压力变送器15能够测出高压油腔a的实际压力p1，并将实际压力信号传输至伺服阀控制器21，伺服阀控制器21根据实际压力与设定压力的差值，向伺服驱动器22发送电信号从而驱动伺服电机7转动，实现自适应控制高压油腔a的开口大小，起到调压和保护阀体的功能。

作为一个优选实施例，如图2所示，节流孔开口调节组件包括固定块23、调节板24、螺杆25和伺服电机7；调节板24与阀体5开设的滑道构成滑动副，调节板24开设的螺纹孔与螺杆25构成螺旋副；固定块23固定在阀体5内；螺杆25一端与固定块23开设的支承孔构成转动副；伺服电机7的输出轴与螺杆25固定；伺服电机7的控制信号端与伺服驱动器22连接；伺服驱动器22与伺服阀控制器21连接；两个节流孔开口调节组件中伺服电机7的底座与两个外罩6分别固定；控制调节板24的过程是：伺服阀控制器21经伺服驱动器22控制伺服电机7的转动圈数，伺服电机7转动带动螺杆25转动，进而带动调节板24移动，达到控制节流孔大小和泄压功能。

作为一个优选实施例，伺服电源1和伺服阀控制器21、伺服电源1和位移传感器电路10、位移传感器电路10和伺服阀控制器、伺服阀控制器和压力变送器15以及伺服阀控制器和伺服驱动器22之间均通过导线或插排连接；伺服电源1和伺服阀控制器21经电缆连接电路连接器3，电路连接器3经开关连接50-110v直流电源，且电路连接器3接上位机。

作为一个更优选实施例，如图3所示，上位机提供的使能信号、安全信号和指令信号经电路连接器3输送至伺服阀控制器21，且上位机的使能信号经电路连接器3输送至伺服电源1，伺服阀控制器21发出状态信号通过电路连接器3返还给上位机。伺服电源1将功率信号分别输送至伺服阀控制器21和位移传感器电路10；伺服阀控制器21和位移传感器电路10的供电反馈信号均输送至伺服电源1；位移传感器电路10为lvdt位移传感器9提供多个函数功率信号的叠加，进行位置信号的检测和解调，同时将位置反馈对中滑阀4的位置转换成线性的电路信号输送至伺服阀控制器21处；伺服电源1自主监测和调节功率信号，同时具有降低发热、降低功耗的功能，较低的发热量能够使电子元器件拥有更高的可靠性和更长的使用寿命。伺服阀控制器21将接收的指令信号与位移传感器电路10处检测得到的实际位置反馈信号进行比对、分析和计算，并通过力矩马达线圈发出指令信号给力矩马达19。

本发明的工作方法，具体如下：

开关闭合时，50-110v直流电源经电路连接器3，伺服电源1将功率信号分别输送至伺服阀控制器21和位移传感器电路10，伺服阀控制器21和位移传感器电路10的供电反馈信号均输送至伺服电源1，伺服电源1利用负反馈闭环控制调节电功率，输出最佳功率信号至伺服阀控制器21和位移传感器电路10中。用户可以操作上位机通过电路连接器3将使能信号输送至伺服电源1处，对其进行开关控制。

上位机通过电路连接器3将指令信号送至伺服阀控制器21，与lvdt位移传感器9检测到的铁芯8位移信号比较，得到误差信号，从而反馈调节铁芯8位移。

在正常情况下，伺服阀控制器21发出低平信号，提示伺服阀工作为正常状态；当上位机输入的指令信号经电路连接器3输送至伺服阀控制器21时，伺服阀控制器21通过力矩马达线圈输给力矩马达19控制信号，力矩马达19根据控制信号来控制衔铁线圈的电流方向，高压油ps通过两侧的高压油腔a和高压喷嘴16喷射到双喷嘴挡板17上；若力矩马达19使衔铁线圈产生顺时针方向的电磁力矩，则带动衔铁18顺时针方向偏转，双喷嘴挡板17向左偏移，于是双喷嘴挡板17与左侧高压喷嘴16的间隙减小，而与右侧高压喷嘴的间隙增大，左侧高压油腔a控制压力增大，右侧高压油腔a控制压力减小，在压差作用下推动位置反馈对中滑阀4向右移动，并带动与位置反馈对中滑阀4连接的铁芯8向右运动，铁芯8的位移y变化经lvdt位移传感器9转换为与位置反馈对中滑阀4的位移成一定比例的反馈电信号，位移传感器电路10将检测到的反馈电信号输送至伺服阀控制器21中。当上位机输入的指令信号与位置反馈电信号不相等时，位置反馈对中滑阀4将继续向右运动，直到位移传感器电路10检测到的反馈电信号与上位机输入的指令信号相等为止。当上位机输入的指令信号与位置反馈电信号相等时，输给力矩马达19中的控制信号为零，力矩马达线圈不通电，双喷嘴挡板17在弹簧管20的反作用力下回到对中位置，位置反馈对中滑阀4停止运动，保持一个平衡状态。此时，高压油ps通过流道b进入负载油腔二q2，负载油腔二q2输出高压油；而负载油腔一q1因为位置反馈对中滑阀4向右移动与回油腔t连通回流至油箱。位置反馈对中滑阀4的位移与上位机输入的指令信号成比例，因此在负载压差一定时，负载油腔一q1或负载油腔二q2输出的流量与上位机输入的指令信号成正比例关系。

同理，若力矩马达19使衔铁线圈产生逆时针方向的电磁力矩，则位置反馈对中滑阀4向左移动，直到位移传感器电路10检测到的反馈电信号与上位机输入的指令信号相等为止。此时，高压油ps通过流道b进入负载油腔一q1，负载油腔一q1输出高压油；而负载油腔二q2因为位置反馈对中滑阀4向左移动与回油腔t连通回流至油箱。

当出现故障时，伺服阀控制器21通过电路连接器3发出高平信号，提示伺服阀系统已处于故障状态。同时，伺服阀控制器21通过力矩马达线圈输给力矩马达19一个安全信号，保障位置反馈对中滑阀4处于设定的安全运行状态。

伺服阀控制器21通过位置反馈对中滑阀4内的静电感应传感器获得位置反馈对中滑阀4棱边的实时磨损状况，并通过电路连接器3上传至上位机进行神经学习获得磨损预测模型，从而预测伺服阀整体使用寿命，位置反馈对中滑阀4达到预设的服役极限时，上位机发出预警，降低了维护成本，提高了安全性。

当位置反馈对中滑阀4磨损达到设定值(但还未达到服役极限)，无法通过调节控制参数进行补偿时，伺服阀控制器21通过伺服驱动器22调节伺服电机7的位置，来调节节流孔大小，从而调节位置反馈对中滑阀4的位置，对位置反馈对中滑阀4的反馈电信号与上位机输入的指令信号之间的误差进行补偿。