专利名称：一种水基液压电致伸缩式高速开关阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速开关阀，特别是一种适用于水基介质的高压液压电致伸缩式高速开关阀，属于液压传动技术领域。
背景技术：
高速开关阀是一种采用脉冲流控制方式工作的新型数字式电液转换控制元件，是高速开关式数字阀的简称，根据一系列幅值相等而在每一个周期内宽度不同的脉冲信号进行开关动作，实现高精度的压力、流量控制，其响应频率越高则控制精度越高。以水代替矿物油作为液压传动介质，具有价格低廉、来源广泛、绿色环保等许多突出优点，液压高速开关阀因其体积小、结构简单、性能可靠、抗干扰能力强、对污染不敏感、易于实现数字化控制等优良特性，已广泛应用于生产实际中。目前，由于采用电磁铁、压电晶体驱动器或磁致伸缩驱动器作为水液压高速开关阀的驱动装置，均存在高压、高频响与大流量之间的矛盾问题，比如采用电磁铁作为驱动器，一般响应时间为几毫秒，若想提高响应频率则面临着线圈匝数多、体积较大、结构复杂及电磁阀发热等问题；采用压电晶体驱动器或磁致伸缩驱动器，其输出位移仅为长度的O. 1% (几十微米左右)，远远小于阀芯运动所需位移量(毫米级)，故需借助杠杆放大、压曲位移放大、液压放大等方式将其输出位移放大后用于阀芯的驱动，导致整个阀体体积增大、结构复杂、受温度变化影响大，同时大大提高制造成本，而且输出位移放大问题尚未得到很好解决，造成高速开关阀的流量较小、压力调节范围窄，只能用于低压系统中，限制了高速开关阀的进一步发展和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于水基介质的高压液压电致伸缩式高速开关阀，用以解决高压、高频响与大流量之间的矛盾问题，同时克服了驱动器输出位移放大问题及受温度变化影响大等问题。本发明的技术方案是一种水基液压电致伸缩式高速开关阀，包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器，左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端；左电致伸缩驱动器由输出杆15、压盖16、电致伸缩棒17、套筒18、壳体19、温度补偿片20、底座23组成，底座23通过过渡配合装入壳体19中，温度补偿片20 —端与底座23相接触、另一端与电致伸缩棒17及套筒18相接触，电致伸缩棒17与套筒18间隙配合，电致伸缩棒17的顶端与输出杆15的一端相接触,压盖16嵌入壳体19中，输出杆15另一端穿过压盖16的中心圆孔；右电致伸缩驱动器由底座1、温度补偿片2、电致伸缩棒5、套筒6、壳体7、压盖8、输出杆9组成，底座I通过过渡配合装入壳体7中，温度补偿片2装入壳体7中，温度补偿片2 —端与底座I相接触，另一端与电致伸缩棒5及套筒6相接触，电致伸缩棒5与套筒6间隙配合，电致伸缩棒5的顶端与输出杆9的一端相接触，压盖8嵌入壳体7中，输出杆9另一端通过压盖8中间的圆孔与阀芯12右端相接触；水基液压高速开关阀由密封圈10、阀套11、阀芯12、挡圈13、同轴密封圈14及阀体24组成，阀套11由左右两个阀座和挡圈13组成，挡圈13的两端分别与左右阀座的相邻一侧紧密接触，阀芯12装在阀套11里面并与阀套11内壁滑动配合，阀芯12在与阀套11的滑动配合面上加装有同轴密封圈14，阀套11通过过渡配合装入阀体24中，阀套11的外侧上加装有密封圈10 ;左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端，底座I和底座23分别通过螺纹连接固定在阀体24上，壳体7和壳体19通过间隙配合装入阀体24中，壳体7和壳体19的顶端分别顶紧阀套11的两端，调节螺杆4和调节螺杆21分别通过螺纹连接装到底座I和底座23上、并分别通过锁紧螺母3和锁紧螺母22与底座I和底座23锁紧，调节螺杆4和调节螺杆21的底端分别与温度补偿片2和温度补偿片20相接触。所述右电致伸缩驱动器可替换为阀盖25和调节弹簧26，水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器、阀盖25和调节弹簧26组成水基液压非对称电致伸缩式高速开关阀；阀盖25装在阀体24右端，调节弹簧26 —端与阀芯12接触、另一端与阀盖25接触。所述左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器中的电致伸缩棒5和电致伸缩棒17采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。所述密封圈10为O型密封圈。鉴于水介质特殊的理化性质，阀芯采用双锥阀对称结构，且在与阀套的滑动配合面上选用同轴组合密封形式，密封材料选用工程塑料，有效减少气穴产生，同时消除泄漏。端盖和阀体采用表面陶瓷化处理的钢铁件或铝合金件，制造成本低。考虑到水基液压高速开关阀阀芯运动速度较快，其所产生的加速度也较大，因此，采用SiC或Si3N4工程陶瓷制作阀芯，可以有效降低阀芯运动惯性，提高阀芯工作频率和响应速度，此外SiC或Si3N4工程陶瓷的抗腐蚀、耐磨损及其较高的硬度，可以提高阀芯的抗气蚀和拉丝侵蚀性能。金属石墨材料在具有金属的良好性能的同时还具有良好的自润滑性、良好的减震导热性以及较小的膨胀系数等，因此阀套采用金属石墨材料，能够有效提高水液压二通插装阀的频率，提高密封性能，缓冲减震，与阀芯材料形成软一硬材料配对，有效提高水基液压高速开关阀的使用寿命O将电致伸缩驱动器用于水压元件，需考虑水基液的特殊理化性质及外壳材料需要具备良好的电绝缘性，因此驱动器的底座、壳体及压盖都选用聚四氟乙烯加工制造，保证了优异的化学稳定性、耐腐蚀性、电绝缘性及抗老化能力，且本身无毒性，对人体无害。为了较好地解决压电晶体驱动器或磁致伸缩驱动器输出位移小的问题，本发明中的电致伸缩棒采用由碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成，输出位移与输出力均达到水基液压高速开关阀的驱动要求。由于电致伸缩复合材料高频伸缩工作一段时间后，会产生一定的热量，导致驱动器产生较大的不可控伸缩误差，因此，为了补偿电致伸缩复合材料的温度效应，在驱动器中增加了温度补偿片。本发明的工作原理是当右侧电致伸缩驱动器通电时，在外电场作用下，右侧电致伸缩棒产生应变，通过输出杆推动阀芯向左侧快速运动，直到阀芯与阀套左侧的阀座紧密接触，达到关闭状态，进油口 P与出油口 T接通，与出油口 A隔断，此时，水基液从P 口进入阀体，经T 口流出。当左侧电致伸缩驱动器通电、右侧电致伸缩驱动器断电时，在外电场作用下，左侧电致伸缩棒产生应变，通过输出杆推动阀芯向右侧快速运动，直到阀芯与阀套左侧的阀座紧密接触，达到关闭状态，P 口与A 口接通，与T 口隔断，水基液从P 口进入阀体，经A 口流出。当左右两个电致伸缩驱动器都不通电时，阀芯停止运动，水基电致伸缩式高速开关阀不工作。通过调节阀体两端的调节螺杆，可以调节阀芯的运动行程，减少泄漏量。当为水基液压非对称电致伸缩式高速开关阀时，初始状态即当电致伸缩驱动器不通电时，在弹簧预紧力作用下，阀芯左测与阀座紧密接触，阀口 A关闭，进油口 P与出油口 T接通，水基液从P 口进入阀体，经T 口流出。当电致伸缩驱动器通电时，在外电场作用下，电致伸缩棒产生应变，通过输出杆推动阀芯快速运动，直到阀芯右侧与阀座紧密接触，阀口 T关闭，P 口与A 口接通，水基液从P 口进入阀体，经A 口流出。当电致伸缩驱动器断电时，水基电致伸缩式高速开关阀恢复到初始状态。通过调节阀体的调节螺杆，可以调节阀芯的运动行程，减少泄漏量。本发明的有益效果是
(I)工作介质为纯水或加了添加剂的水基液。(2)阀芯采用SiC或Si3N4工程陶瓷制造的双锥阀对称结构，可提高阀芯的抗腐蚀磨损、抗气蚀和拉丝侵蚀性能，同时可实现无泄漏锥密封。(3)水基液压电致伸缩式高速开关阀的响应频率高，可达300Hz以上。(4)水基液压电致伸缩式高速开关阀的许用工作压力大，可达20MPa以上。(5)水基液压电致伸缩式高速开关阀的输出流量大，可达25L/min以上。(6)水基液压电致伸缩式高速开关阀受温度变化影响小，可靠性高。
图1为本发明的剖视示意 图2为本发明非对称式的剖视示意 图中各标号为1 :底座、2 :温度补偿片、3 :锁紧螺母、4 :调节螺杆、5 :电致伸缩棒、6 套筒、7 :壳体、8 :压盖、9 :输出杆、10 :0型密封圈、11 :阀套、12 :阀芯、13 :挡圈、14 :同轴密封圈、15 :输出杆、16 :压盖、17 :电致伸缩棒、18 :套筒、19 :壳体、20 :温度补偿片、21 :调节螺杆、22 :锁紧螺母、23 :底座、24 :阀体，25 :阀盖，26 :调节弹簧。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。实施例1 :如图1所示，一种水基液压电致伸缩式高速开关阀，包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器，左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端；左电致伸缩驱动器由输出杆15、压盖16、电致伸缩棒17、套筒18、壳体19、温度补偿片20、底座23组成，底座23通过过渡配合装入壳体19中，温度补偿片20—端与底座23相接触、另一端与电致伸缩棒17及套筒18相接触，电致伸缩棒17与套筒18间隙配合，电致伸缩棒17的顶端与输出杆15的一端相接触,压盖16嵌入壳体19中，输出杆15另一端穿过压盖16的中心圆孔；右电致伸缩驱动器由底座1、温度补偿片2、电致伸缩棒5、套筒6、壳体7、压盖8、输出杆9组成，底座I通过过渡配合装入壳体7中，温度补偿片2装入壳体7中，温度补偿片2 —端与底座I相接触，另一端与电致伸缩棒5及套筒6相接触，电致伸缩棒5与套筒6间隙配合，电致伸缩棒5的顶端与输出杆9的一端相接触，压盖8嵌入壳体7中，输出杆9另一端通过压盖8中间的圆孔与阀芯12右端相接触；水基液压高速开关阀由密封圈10、阀套11、阀芯12、挡圈13、同轴密封圈14及阀体24组成，阀套11由左右两个阀座和挡圈13组成，挡圈13的两端分别与左右阀座的相邻一侧紧密接触，阀芯12装在阀套11里面并与阀套11内壁滑动配合，阀芯12在与阀套11的滑动配合面上加装有同轴密封圈14，阀套11通过过渡配合装入阀体24中，阀套11的外侧上加装有密封圈10 ;左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端，底座I和底座23分别通过螺纹连接固定在阀体24上，壳体7和壳体19通过间隙配合装入阀体24中，壳体7和壳体19的顶端分别顶紧阀套11的两端，调节螺杆4和调节螺杆21分别通过螺纹连接装到底座I和底座23上、并分别通过锁紧螺母3和锁紧螺母22与底座I和底座23锁紧，调节螺杆4和调节螺杆21的底端分别与温度补偿片2和温度补偿片20相接触。左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器中的电致伸缩棒5和电致伸缩棒17采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。实施例2 :如图1所示，一种水基液压电致伸缩式高速开关阀，包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器，左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端；左电致伸缩驱动器由输出杆15、压盖16、电致伸缩棒17、套筒18、壳体19、温度补偿片20、底座23组成，底座23通过过渡配合装入壳体19中，温度补偿片20—端与底座23相接触、另一端与电致伸缩棒17及套筒18相接触，电致伸缩棒17与套筒18间隙配合，电致伸缩棒17的顶端与输出杆15的一端相接触,压盖16嵌入壳体19中，输出杆15另一端穿过压盖16的中心圆孔；右电致伸缩驱动器由底座1、温度补偿片2、电致伸缩棒5、套筒6、壳体7、压盖8、输出杆9组成，底座I通过过渡配合装入壳体7中，温度补偿片2装入壳体7中，温度补偿片2 —端与底座I相接触，另一端与电致伸缩棒5及套筒6相接触，电致伸缩棒5与套筒6间隙配合，电致伸缩棒5的顶端与输出杆9的一端相接触，压盖8嵌入壳体7中，输出杆9另一端通过压盖8中间的圆孔与阀芯12右端相接触；水基液压高速开关阀由O型密封圈10、阀套11、阀芯12、挡圈13、同轴密封圈14及阀体24组成，阀套11由左右两个阀座和挡圈13组成，挡圈13的两端分别与左右阀座的相邻一侧紧密接触，阀芯12装在阀套11里面并与阀套11内壁滑动配合，阀芯12在与阀套11的滑动配合面上加装有同轴密封圈14，阀套11通过过渡配合装入阀体24中，阀套11的外侧上加装有O型密封圈10 ;左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端，底座I和底座23分别通过螺纹连接固定在阀体24上，壳体7和壳体19通过间隙配合装入阀体24中，壳体7和壳体19的顶端分别顶紧阀套11的两端，调节螺杆4和调节螺杆21分别通过螺纹连接装到底座I和底座23上、并分别通过锁紧螺母3和锁紧螺母22与底座I和底座23锁紧，调节螺杆4和调节螺杆21的底端分别与温度补偿片2和温度补偿片20相接触。左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器中的电致伸缩棒5和电致伸缩棒17采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。实施例3 :如图2所示，一种水基液压非对称电致伸缩式高速开关阀，包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器、阀盖25和调节弹簧26，左电致伸缩驱动器布置在水液压高速开关阀的左端，阀盖25装在阀体24右端，调节弹簧26 —端与阀芯12接触、另一端与阀盖25接触；左电致伸缩驱动器由输出杆15、压盖16、电致伸缩棒17、套筒18、壳体19、温度补偿片20、底座23组成，底座23通过过渡配合装入壳体19中，温度补偿片20 —端与底座23相接触、另一端与电致伸缩棒17及套筒18相接触，电致伸缩棒17与套筒18间隙配合，电致伸缩棒17的顶端与输出杆15的一端相接触,压盖16嵌入壳体19中,输出杆15另一端穿过压盖16的中心圆孔；水基液压高速开关阀由O型密封圈10、阀套11、阀芯12、挡圈13、同轴密封圈14及阀体24组成，阀套11由左右两个阀座和挡圈13组成，挡圈13的两端分别与左右阀座的相邻一侧紧密接触，阀芯12装在阀套11里面并与阀套11内壁滑动配合，阀芯12在与阀套11的滑动配合面上加装有同轴密封圈14，阀套11通过过渡配合装入阀体24中，阀套11的外侧上加装有O型密封圈10 ;底座23通过螺纹连接固定在阀体24上，壳体19通过间隙配合装入阀体24中，壳体19的顶端顶紧阀套11，调节螺杆21通过螺纹连接装到底座23上、并通过锁紧螺母22与底座23锁紧，调节螺杆21的底端与温度补偿片20相接触。左电致伸缩驱动器中的电致伸缩棒17采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。
权利要求
1.一种水基液压电致伸縮式高速开关阀，其特征在于包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器，左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端；左电致伸缩驱动器由输出杆(15)、压盖(16)、电致伸縮棒(17)、套筒(18)、壳体(19)、温度补偿片(20)、底座(23)组成，底座(23)通过过渡配合装入壳体(19)中，温度补偿片(20) 一端与底座(23)相接触、另一端与电致伸缩棒(17)及套筒(18)相接触，电致伸縮棒(17)与套筒(18)间隙配合，电致伸縮棒(17)的顶端与输出杆(15)的一端相接触，压盖(16)嵌入壳体(19)中，输出杆(15)另一端穿过压盖(16)的中心圆孔；右电致伸缩驱动器由底座(I)、温度补偿片(2)、电致伸缩棒(5)、套筒(6)、壳体(7)、压盖(8)、输出杆(9)组成，底座(I)通过过渡配合装入壳体(7)中，温度补偿片(2)装入壳体(7)中，温度补偿片(2) 一端与底座(I)相接触，另一端与电致伸缩棒(5)及套筒(6)相接触，电致伸縮棒(5)与套筒(6)间隙配合，电致伸縮棒(5)的顶端与输出杆(9)的一端相接触，压盖(8)嵌入壳体(7)中，输出杆(9)另一端通过压盖(8)中间的圆孔与阀芯(12)右端相接触；水基液压高速开关阀由密封圈(10 )、阀套(11 )、阀芯(12 )、挡圈(13 )、同轴密封圈(14)及阀体(24)组成，阀套(11)由左右两个阀座和挡圈(13)组成，挡圈(13)的两端分别与左右阀座的相邻ー侧紧密接触，阀芯(12)装在阀套(11)里面并与阀套(11)内壁滑动配合，阀芯(12)在与阀套(11)的滑动配合面上加装有同轴密封圈(14)，阀套(11)通过过渡配合装入阀体(24)中，阀套(11)的外侧上加装有密封圈(10);左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端，底座(I)和底座(23)分别通过螺纹连接固定在阀体(24)上，壳体(7)和壳体(19)通过间隙配合装入阀体(24)中，壳体(7)和壳体(19)的顶端分别顶紧阀套(11)的两端，调节螺杆(4)和调节螺杆(21)分别通过螺纹连接装到底座(I)和底座(23)上、井分别通过锁紧螺母(3)和锁紧螺母(22)与底座(I)和底座(23)锁紧，调节螺杆(4)和调节螺杆(21)的底端分别与温度补偿片(2)和温度补偿片(20)相接触。
2.根据权利要求1所述的水基液压电致伸縮式高速开关阀，其特征在于所述右电致伸缩驱动器可替换为阀盖(25)和调节弹簧(26)，水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器、阀盖(25)和调节弹簧(26)组成水基液压非对称电致伸縮式高速开关阀；阀盖(25)装在阀体(24)右端，调节弹簧(26) 一端与阀芯(12)接触、另一端与阀盖(25)接触。
3.根据权利要求1所述的水基液压电致伸縮式高速开关阀，其特征在于所述左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器中的电致伸縮棒(5)和电致伸縮棒(17)采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。
4.根据权利要求2所述的水基液压电致伸縮式高速开关阀，其特征在于所述左电致伸缩驱动器中的电致伸縮棒(17)采用碳纳米管膜和柔性高分子基体两部分组成的电致伸缩复合材料加工而成。
5.根据权利要求1或2所述的水基液压电致伸縮式高速开关阀，其特征在于所述密封圈(10)为O型密封圏。
全文摘要
本发明涉及一种高速开关阀，特别是一种适用于水基介质的高压液压电致伸缩式高速开关阀，属于液压传动技术领域。本发明包括水液压高速开关阀、左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器，左电致伸缩驱动器和右电致伸缩驱动器对称布置在水液压高速开关阀的左右两端；电致伸缩驱动器由输出杆、压盖、电致伸缩棒、套筒、壳体、温度补偿片和底座组成，液压高速开关阀由阀芯、阀套、挡圈、密封圈、弹簧、端盖和阀体组成。本发明较好地解决了高压、高频响与大流量之间的矛盾问题，同时克服了驱动器输出位移放大问题及受温度变化影响大等问题。
文档编号F16K11/044GK103047444SQ201210514438
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者王庆辉, 吴张永, 王娴, 段振华, 温成卓, 吴喜, 莫子勇, 曲金涛, 高晓艳, 刘云韩 申请人:昆明理工大学