一种二维式比例电液活塞

1.本发明涉及液压控制领域，尤其涉及一种二维式比例电液活塞。


背景技术：

2.近年来，由于人们对液压元件功重比要求的不断提高，液压元件朝着高压大流量的方向发展。而为了克服高压大流量工作情况下，液动力的增大，则需要以液压力来驱动主阀芯，也就是必须将电液控制元件设计成导控结构。浙江工业大学阮建等提出了一种基于阀芯双自由度理论的二维阀，将导控级与功率级合二为一，集成于单个阀芯上，减小了阀的体积，使结构更加紧凑，抗污染能力也进一步提升，其在军工和航空航天等场合得到了具体的应用。
3.此外，为了满足机载设备对液压元件质量轻和体积小的需求，还必须对其小型化。二维液压阀均采用电-机械转化器放大力或力矩，在小型化的过程中势必会缩小电-机械转化器，导致驱动力或力矩不足，同时还会造成内部空间小，弹簧变小，导致回复力不足等问题。


技术实现要素：

4.为克服上述问题，本发明提供一种二维式比例电液活塞。
5.本发明采用的技术方案是：一种二维式比例电液活塞，包括同轴连接的主阀和先导阀，所述主阀包括主阀阀套和主阀阀芯，主阀阀套上设有第一回油口、第一工作油口、进油口、第二工作油口和第二回油口；主阀阀芯可轴向滑动地设置在主阀阀套的内孔中，主阀阀套内且位于主阀阀芯的左端安装有挡簧；主阀阀芯上依次设有第一台肩、第二台肩、第三台肩，主阀阀套的左端、第一台肩、第二台肩、第三台肩与主阀阀套的右端两两相邻的间隙依次形成第一高压腔、第一低压腔、第二高压腔和第二左低压腔；第一回油口与第一低压腔连通，第二台肩位于第一工作油口，第三台肩位于第二工作油口；
6.主阀阀套内设有轴向延伸的低压流道和高压流道，低压流道左端与第一回油口连通，低压流道沟通第一低压腔和第二低压腔，高压流道沟通第一高压腔和进油口使主阀阀芯能在电-机械转换器不工作时向右抵紧；
7.所述先导阀包括先导阀阀套、先导阀阀芯和电-机械转化器，先导阀阀芯可转动且可轴向滑动地设置在先导阀阀套内，先导阀阀芯为台阶轴状，先导阀阀芯的左段直径小于右段直径；先导阀阀芯的左端呈圆球状并与主阀阀芯的右端相抵紧，先导阀阀芯右段与先导阀阀套的内孔可滑动地密封配合；先导阀阀套的左端伸入主阀阀套的右端，先导阀阀芯、先导阀阀套与主阀围成三个密封空间，从左至右依次为第二右低压腔、工作油腔和敏感腔，第二左低压腔和第二右低压腔连通并组合形成第二低压腔；
8.先导阀阀芯的右段且位于工作油腔的位置开设有径向贯通的斜槽孔，先导阀阀芯内设置有与斜槽孔连通的中心通道，中心通道沿轴向向右延伸并与敏感腔连通；先导阀阀芯上还设有沿周向交替设置的一对低压槽和一对高压槽，随着先导阀阀芯的旋转，低压槽、
高压槽分别与工作油腔相交；低压槽与第二低压腔直接连通，高压槽通过先导阀阀套内设置的第二高压流道和主阀阀套内设置的第一高压流道与进油口沟通；先导阀阀芯的右部还设有一对用于与阀芯扳连接的锥形孔；
9.先导阀阀套的右端套设有连接块，连接块与先导阀阀套的工作油腔之间设有阀套密封活塞；连接块的右端连接有外壳，先导阀阀套与连接块、外壳共同围成了第三低压腔，第三低压腔通过先导阀阀芯的低压槽与第二低压腔连通；
10.第三低压腔内设有电-机械转化器，电-机械转化器包括密封环、磁钢、线圈架、线圈、衔铁、导磁体和磁路调节块；密封环分为左部和右部，密封环左部由两个对称的半圆弧组成，两个半圆弧之间的缺口上下布置；密封环右部为水平设置的圆环结构，密封环的左部和右部之间设有轴向的安装孔；密封环的左部与先导阀阀套的右端嵌套连接，先导阀阀套的右端设置在安装孔内并与安装孔通过平端螺钉固定连接；
11.密封环右部的圆环结构内对称设有线圈架，线圈架上绕有线圈；衔铁放置在线圈架中心，衔铁上下两侧设有导磁体，磁钢安装在导磁体上；磁路调节块上下对称的安装在外壳上，磁路调节块与磁钢和导磁体之间有气隙；
12.衔铁与阀芯扳相连，阀芯扳呈u形，阀芯扳的两端分别通过圆柱销与衔铁相连；阀芯扳设置在密封环左部的缺口中，阀芯扳的中部设有用于先导阀阀芯穿过的通孔，阀芯扳与先导阀阀芯通过锥头螺钉连接；阀芯扳位于密封环左部上下两个缺口处的位置设有弹簧座，弹簧座内安装有弹簧；弹簧的两端分别连接有钢球钢球与密封环左部的两个半圆弧相抵紧。进一步，所述先导阀阀套与主阀阀套之间设有密封圈。
13.本发明的工作原理如下：
14.当电信号未输入时，线圈不通电，设此时各机构所处的位置为初始位置。工作油腔与敏感腔处于密封状态，阀芯两端所受力相平衡，阀芯不移动，也就无法使进油口p与任意工作油口沟通。
15.当电信号输入时，线圈通电，二维式比例电液活塞工作。如图8所示，衔铁受到导磁体的磁力作用，转动一定角度并带动阀芯转动。当阀芯顺时针转动时，高压槽与工作油腔沟通，高压油从进油口p经第一高压流道、第二高压流道、工作油腔和中心通道流入敏感腔，敏感腔压力增大，其压力大小与高压槽和工作油腔的相交面积相关，即与衔铁的转动角度相关。当高压油流入敏感腔后，阀芯右端面向左推动的力大于位于第一高压腔阀芯左端面向右推动的力，阀芯向左移动，工作油口a与进油p沟通，工作油口b与第二回油口t2沟通；当阀芯逆时针转动时，低压槽与工作油腔沟通，敏感腔与第二低压腔沟通，敏感腔压力减小，其压力大小与低压槽和工作油腔的相交面积相关，即与衔铁的转动角度相关。当敏感腔的液压油经第二回油口t2流出后，阀芯右端面向左推动的力小于位于第一高压腔阀芯左端面向右推动的力，阀芯向右移动，工作油口a与第一回油口t1沟通，工作油口b与进油口p沟通。
16.当电信号断开时，线圈断电，安装在导阀内的回弹机构发挥归位作用，阀芯回转至初始位置，即工作油腔与敏感腔重新回归至密封状态。此时，阀芯右端面向左推动的力小于位于第一高压腔阀芯左端面向右推动的力，阀芯向右移动至初始位置，进油口p重新回归至不与任意工作油口沟通的状态。
17.所述轴向指的是阀芯中心轴所在的方向。
18.本发明的有益效果是：
19.1体积小、质量轻并且阀芯受到的驱动力大。相比于一般的比例电磁铁，力矩马达与导阀一体化，缩小了阀的整体体积，减轻了阀的整体质量，此外，还采用了液压力驱动阀芯滑动，增大了驱动力，提高了电液活塞的频率响应。
20.2力矩马达转角大。将衔铁设置在两导磁体中间靠外的位置，大大增加了衔铁可转动的范围，提高了阀的分辨率。
21.3流量增益可调。在两导磁体间添加了磁路调节块，用以改变磁通量，从而调节阀的流量增益。
22.4抗污染能力强，对油液过滤精度要求低。
23.5阀芯间为球面与平面的点接触，大大减小了阀芯转动时的摩擦阻力距，从而降低了对电-机械转化器驱动力矩的需求。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图。
25.图2是本发明正视图的剖视图。
26.图3a是主阀阀套-t1口截面的结构示意图。
27.图3b是主阀阀套-p口截面的结构示意图。
28.图4是导阀阀芯的结构示意图。
29.图5是进油口p与高压槽沟通的结构示意图。
30.图6是先导阀的结构示意图。
31.图7是先导阀阀套的结构示意图。
32.图8是密封环的结构示意图。图9是回弹机构的结构示意图。
33.图10是电-机械转化器初始位置示意图。
34.图11a是敏感腔封闭状态下的结构示意图。
35.图11b是敏感腔通低压的原理示意图。
36.图11c是敏感腔通高压的原理示意图。
37.附图标记说明：1、主阀；2、先导阀；3、第一高压腔；4、挡簧；5、主阀阀套；6、主阀阀芯；7、先导阀阀套；8、先导阀阀芯；9、连接块；10、阀套密封活塞；11、弹簧座；12、锥头螺钉；13、平端螺钉；14、密封环；15、阀芯扳；16、柱销；17、衔铁；18、磁路调节块；19、磁钢；20、线圈；21、线圈架；22、外壳；23、导磁体；24、敏感腔；25、中心通道；26、第三低压腔；27、工作油腔；28、第二低压腔；29、第二高压腔；30、第一低压腔；31、低压流道；32、高压流道；33、低压槽；34、斜槽孔；35、锥形孔；36、高压槽；37、第一高压流道；38、第二高压流道；39、弹簧；40、钢球。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.参照附图，一种二维式比例电液活塞，包括同轴连接的主阀1和先导阀2，所述主阀1包括主阀阀套5和主阀阀芯6，主阀阀套5上设有第一回油口t1、第一工作油口a、进油口p、第二工作油口b和第二回油口t2；主阀阀芯6可轴向滑动地设置在主阀阀套5的内孔中，主阀阀套5内且位于主阀阀芯6的左端安装有挡簧4；主阀阀芯6上依次设有第一台肩、第二台肩、第三台肩，主阀阀套5的左端、第一台肩、第二台肩、第三台肩与主阀阀套5的右端两两相邻的间隙依次形成第一高压腔3、第一低压腔30、第二高压腔29和第二左低压腔；第一回油口t1与第一低压腔30连通，第二台肩位于第一工作油口a，第三台肩位于第二工作油口b；
42.主阀阀套5内设有轴向延伸的低压流道31和高压流道32，低压流道31左端与第一回油口t1连通，低压流道31沟通第一低压腔30和第二低压腔28，高压流道32沟通第一高压腔3和进油口p使主阀阀芯6能在电-机械转换器不工作时向右抵紧；
43.所述先导阀2包括先导阀阀套7、先导阀阀芯8和电-机械转化器，先导阀阀芯8可转动且可轴向滑动地设置在先导阀阀套7内，先导阀阀芯8为台阶轴状，先导阀阀芯8的左段直径小于右段直径；先导阀阀芯8的左端呈圆球状并与主阀阀芯6的右端相抵紧，先导阀阀芯8右段与先导阀阀套7的内孔可滑动地密封配合；先导阀阀套7的左端伸入主阀阀套5的右端，先导阀阀芯8、先导阀阀套7与主阀1围成三个密封空间，从左至右依次为第二右低压腔、工作油腔27和敏感腔24，第二左低压腔和第二右低压腔连通并组合形成第二低压腔28；
44.先导阀阀芯8的右段且位于工作油腔27的位置开设有径向贯通的斜槽孔34，先导阀阀芯8内设置有与斜槽孔34连通的中心通道25，中心通道25沿轴向向右延伸并与敏感腔24连通；先导阀阀芯8上还设有沿周向交替设置的一对低压槽33和一对高压槽36，随着先导阀阀芯8的旋转，低压槽33、高压槽36分别与工作油腔27相交；低压槽30与第二低压腔28直接连通，高压槽36通过先导阀阀套7内设置的第二高压流道38和主阀阀套5内设置的第一高压流道37与进油口p沟通；先导阀阀芯8的右部还设有一对用于与阀芯扳15连接的锥形孔35；
45.先导阀阀套7的右端套设有连接块9，连接块9与先导阀阀套7的工作油腔26之间设有阀套密封活塞10；连接块9的右端连接有外壳22，先导阀阀套7与连接块9、外壳22共同围成了第三低压腔26，第三低压腔26通过先导阀阀芯8的低压槽33与第二低压腔28连通；
46.第三低压腔26内设有电-机械转化器，电-机械转化器包括密封环14、磁钢19、线圈架21、线圈20、衔铁17、导磁体23和磁路调节块18；密封环14分为左部和右部，密封环14左部由两个对称的半圆弧组成，两个半圆弧之间的缺口上下布置；密封环14右部为水平设置的圆环结构，密封环14的左部和右部之间设有轴向的安装孔；密封环14的左部与先导阀阀套7
的右端嵌套连接，先导阀阀套7的右端设置在安装孔内并与安装孔通过平端螺钉13固定连接；
47.密封环14右部的圆环结构内对称设有线圈架21，线圈架21上绕有线圈20；衔铁17放置在线圈架21中心，衔铁17上下两侧设有导磁体40，磁钢19安装在导磁体23上；磁路调节块18上下对称安装在外壳22上，磁路调节块18与磁钢19和导磁体23之间有气隙；此外，通过调节磁路调节块18的位置及大小能改变磁钢19的磁通，从而调节衔铁通电后旋转的角度。
48.衔铁17与阀芯扳15相连，阀芯扳15呈u形，阀芯扳15的两端分别通过柱销16与衔铁17相连；阀芯扳15设置在密封环14左部的缺口中，阀芯扳15的中部设有用于先导阀阀芯8穿过的通孔，阀芯扳15与先导阀阀芯8通过锥头螺钉12连接；阀芯扳15位于密封环14左部上下两个缺口处的位置设有弹簧座11，弹簧座11内安装有弹簧39；弹簧39的两端分别连接有钢球40，钢球40与密封环14左部的两个半圆弧相抵紧。其能在电信号断开后，使先导阀阀芯回归初始位置。
49.具体工作过程如下：
50.当电信号未输入时，线圈20不通电，设此时各机构所处的位置为初始位置，如图11a所示。工作油腔27与敏感腔24处于密封状态，阀芯两端所受力相平衡，阀芯不移动，也就无法使进油口p与任意工作油口沟通。
51.当电信号输入时，线圈20通电，二维式比例电液活塞工作。如图8所示，衔铁17受到导磁体40的磁力作用，转动一定角度并带动阀芯8转动。如图11b所示，当阀芯8顺时针转动时，高压槽36与工作油腔27沟通，高压油从进油口p经第一高压流道37、第二高压流道38、工作油腔27和中心通道25流入敏感腔24，敏感腔24压力增大，其压力大小与高压槽36和工作油腔27的相交面积相关，即与衔铁17的转动角度相关。当高压油流入敏感腔24后，阀芯8右端面向左推动的力大于位于第一高压腔3内主阀阀芯6左端面向右推动的力，主阀阀芯向左移动，工作油口a与进油p沟通，工作油口b与第二回油口t2沟通；如图11c所示，当先导阀阀芯8逆时针转动时，低压槽33与工作油腔27沟通，敏感腔24与第二低压腔28沟通，敏感腔24压力减小，其压力大小与低压槽33和工作油腔27的相交面积相关，即与衔铁17的转动角度相关。当敏感腔24的液压油经第二回油口t2流出后，阀芯8右端面向左推动的力小于位于第一高压腔主阀阀芯6左端面向右推动的力，主阀阀芯向右移动，工作油口a与第一回油口t1沟通，工作油口b与进油口p沟通。
52.当电信号断开时，线圈20断电，安装在导阀内的回弹机构发挥归位作用，如图11a所示，先导阀阀芯8回转至初始位置，即工作油腔27与敏感腔24重新回归至密封状态。此时，先导阀阀芯8右端面向左推动的力小于位于第一高压腔内主阀阀芯6左端面向右推动的力，主阀阀芯6向右移动至初始位置，进油口p重新回归至不与任意工作油口沟通的状态。
53.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。