一种压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀

1.本发明涉及流体控制阀门技术领域，尤其涉及一种压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀。


背景技术：

2.伺服阀是伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。伺服阀具有动态响应快、控制精度高、使用寿命长等优点，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的伺服控制系统中。但是传统伺服阀由永磁力矩马达、喷嘴、档板、阀芯、阀套和控制腔组成，结构比较复杂，造价高，对油的质量和清洁度要求高，因此急需结构简单、响应快的新型伺服阀满足燃油调节需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀，包括阀体、阀芯、第一复位弹簧、以及压电控制模块；所述阀体内设有阀腔、控制腔、操作腔和冷却腔，其中，阀腔、控制腔、操作腔、冷却腔均成圆柱状，且控制腔、操作腔、冷却腔依次同轴；所述阀芯设置在所述阀腔内，包含中心杆以及第一至第四活塞头，其中，所述第一至第四活塞头通过所述中心杆依次同轴固连，能够在所述阀腔内自由滑动；所述第一至第四活塞头将所述阀腔依次分割为第一至第五油腔；所述第一复位弹簧设置在所述第五油腔内，其一端和所述阀腔的端壁相抵、另一端和所述阀芯的第四活塞头相抵；所述阀体的侧壁上设有和所述阀腔相联通的a孔、p孔、b孔、o孔，其中，a孔和所述第三油腔相联通，b孔和所述第四油腔相联通，p孔、o孔分别对应设置在阀芯处于零位时第三活塞、第四活塞所在处，且阀体的侧壁在阀芯处于零位时第三活塞所在处还设有第一油口，阀体的侧壁在第五油腔处设有第二油口；所述阀体内设有用于联通第一油腔和第二油腔的第一管道、用于联通第一油腔和冷却腔的第二管道、用于联通第二油腔和控制腔远离操作腔一侧端壁的第三管道、用于联通控制腔侧壁和第二管道中部的第四管道、用于联通p孔和第一管道中部的第五管道、用于联通o孔和第一油口的第六管道、用于联通o孔和第二油口的第七管道、以及用于联通冷却腔和第五油腔的第八管道；所述第一管道两端均设有固定液阻，所述第二管道靠近第一油腔的一端也设有固定液阻；所述p孔作为进油口和外部油源联通，o孔作为回油孔和外部回油箱联通，a孔和需
第一油腔，7-第二油腔，8-第三油腔，9-第四油腔，10-第五油腔，11-控制腔，12-操作腔，13-冷却腔，14-第一复位弹簧，15-第一管道，16-第二管道，17-第三管道，18-第四管道，19-第五管道，20-第六管道，21-第七管道，22-第八管道，23-固定液阻，24-压电叠堆，25-挡板，26-第二复位弹簧，27-随动活塞，28-位移传感器。
具体实施方式
10.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
11.应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
12.参照图1、图2、图3所示，本发明公开了一种压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀，包括阀体、阀芯、第一复位弹簧、以及压电控制模块；所述阀体内设有阀腔、控制腔、操作腔和冷却腔，其中，阀腔、控制腔、操作腔、冷却腔均成圆柱状，且控制腔、操作腔、冷却腔依次同轴；所述阀芯设置在所述阀腔内，包含中心杆以及第一至第四活塞头，其中，所述第一至第四活塞头通过所述中心杆依次同轴固连，能够在所述阀腔内自由滑动；所述第一至第四活塞头将所述阀腔依次分割为第一至第五油腔；所述第一复位弹簧设置在所述第五油腔内，其一端和所述阀腔的端壁相抵、另一端和所述阀芯的第四活塞头相抵；所述阀体的侧壁上设有和所述阀腔相联通的a孔、p孔、b孔、o孔，其中，a孔和所述第三油腔相联通，b孔和所述第四油腔相联通，p孔、o孔分别对应设置在阀芯处于零位时第三活塞、第四活塞所在处，且阀体的侧壁在阀芯处于零位时第三活塞所在处还设有第一油口，阀体的侧壁在第五油腔处设有第二油口；所述阀体内设有用于联通第一油腔和第二油腔的第一管道、用于联通第一油腔和冷却腔的第二管道、用于联通第二油腔和控制腔远离操作腔一侧端壁的第三管道、用于联通控制腔侧壁和第二管道中部的第四管道、用于联通p孔和第一管道中部的第五管道、用于联通o孔和第一油口的第六管道、用于联通o孔和第二油口的第七管道、以及用于联通冷却腔和第五油腔的第八管道；所述第一管道两端均设有固定液阻，所述第二管道靠近第一油腔的一端也设有固定液阻；所述p孔作为进油口和外部油源联通，o孔作为回油孔和外部回油箱联通，a孔和需要驱动的单杆液压缸无杆一侧的接口相连，b口和需要驱动的单杆液压缸有杆一侧的接口相连；所述第五油腔始终通过第七管道和外部回油箱联通；第三油腔始终通过a孔和需要驱动的单杆液压缸无杆一侧的接口联通，第四油腔始终通过b孔和需要驱动的单杆液压
缸无杆一侧的接口联通；当阀芯处于零位时，p孔、o孔关闭；当阀芯被驱动由第一活塞头朝第四活塞头方向运动时，第三油腔通过p孔和外部油源联通，第四油腔通过o孔和外部回油箱联通，第六管道关闭；当阀芯被驱动由第四活塞头朝第一活塞头方向运动时，第三油腔通过第六管道、p孔和外部油源联通，第四油腔通过p孔和外部油源联通；所述控制腔和操作腔之间沿控制腔的轴线设有相互联通的第一通孔，所述操作腔和冷却腔之间沿操作腔的轴线设有相互联通的第二通孔；所述压电控制模块包含包括压电叠堆、第二复位弹簧、挡板和随动活塞；所述压电叠堆设置在所述冷却腔内，一端和所述冷却腔远离第二通孔的端壁相抵、另一端从所述第二通孔伸入操作腔内和所述挡板的一侧固连；所述压电叠堆外侧设有隔水层且压电叠堆在第二通孔处和所述冷却腔密闭滑动连接；所述随动活塞的活塞头设置在所述控制腔内，随动活塞的活塞缸从所述第一通孔伸入所述操作腔内和所述挡板的另一侧固连；所述第二复位弹簧套在所述随动活塞的活塞杆上，一端和所述操作腔远离第二通孔的端壁相抵、另一端和所述挡板相抵；所述压电叠堆用于驱动所述随动活塞在控制腔内滑动以控制第四管道通过控制腔和第三管道之间的开合程度，进而调整第一油腔和第二油腔之间的压差驱动阀芯滑动。
13.所述随动活塞的活塞杆和第一通孔之间设有动密封格莱圈。
14.本发明还可以进一步包含位移传感器，所述位移传感器设置在所述第一油腔远离第二油腔的侧壁上，用于测量所述阀芯的位移。
15.需要开启压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀时，对压电叠堆施加正弦激励电压，压电叠堆产生形变，形变作用在挡板上从而推动所述随动活塞的活塞杆移动，所述随动活塞的活塞头位移后改变所述第二油腔的出口油路面积，从而改变第二油腔内部的压力，油液在第一油腔和第一油腔的压差下推动阀芯移动，使得阀芯克服弹簧力运动，当阀芯被驱动由第一活塞头朝第四活塞头方向运动时，第三油腔通过p孔和外部油源联通，第四油腔通过o孔和外部回油箱联通，第六管道关闭；当阀芯被驱动由第四活塞头朝第一活塞头方向运动时，第三油腔通过第六管道、p孔和外部油源联通，第四油腔通过p孔和外部油源联通；a孔和b孔的压差又推动单杆液压缸工作。
16.通过控制正弦激励电压的大小，即可控制压电叠堆的形变量，进而控制第二油腔的出口油路的开度，实现调节。
17.需要关闭压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀时，停止对压电叠堆施加电压，控制油路内的控制油通过o孔回到回油箱，在第二复位弹簧的作用下，随动活塞回到初始位置，第一腔体和第二腔体内的压力恢复相等，在第一复位弹簧的作用下，阀芯回到初始位置。
18.压电叠堆设置在冷却腔内，通过回油进行冷却。
19.如图4所示，对所述压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀的建模进行仿真后得出伺服阀的流量-占空比特性曲线，可以发现阀的线性度较好，在高占空比时存在较小的饱和区。
20.如图5所示，对所述压电驱动液阻阵列先导式流量伺服阀的建模进行仿真后得出
伺服阀的幅频特性，在振幅比为-3db时的幅频为30hz；伺服阀的相频特性，在相位角为-90
°
时的相频为30hz。
21.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
22.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。