一种大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副的制作方法

本发明涉及液压控制技术领域，特别涉及一种大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，用于火箭、导弹等航天飞行器电液伺服控制。

背景技术：

电液伺服阀是一种由输入电流精确地控制输出流量或压力大小和方向的控制器件，是火箭、导弹等航天飞行器电液伺服机构的关键控制元件。伺服阀的功率级采用滑阀副，滑阀副由阀芯和阀套构成，是功率级滑阀的核心组成部分。

滑阀副在前置级控制油的作用下，实现阀芯在阀套中运动，其中，动态特性与阀芯的直径成反比，即如果前置级控制油的驱动能力不变，滑阀副的直径越大，其再控制油驱动下动态特性就会越低。另外，滑阀副输出的负载油流量与阀芯直径成正比，即滑阀副的直径越大，则其输出的负载油的流量越大。因此，传统的伺服阀存在负载油大流量和高动态相互制约的问题，即无法在负载油大流量条件下，确保伺服阀的高动态性能。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：针对传统的伺服阀存在负载油大流量和高动态相互制约的问题，提供了一种大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，该滑阀副的阀芯采用多台阶结构，其中间段采用大直径四台阶，而两端为小直径台阶，即满足伺服阀中间段输出大流量负载油的要求，又可以在控制油作用下实现高响应运动。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，包括阀套和阀芯，阀套上由左至右依次开设有第一供油口、第一负载油口、回油口、第二负载油口和第二供油口，并具有四个节流边，由左至右分别为第一节流边、第二节流边、第三节流边和第四节流边；阀芯的主体上设有6个与阀芯主体同轴的台阶，各台阶均为圆柱体结构且外壁上开设有均压槽，其中：第一台阶和第六台阶分别位于阀芯的左右两端且外圆直径为D1；第二台阶、第三台阶、第四台阶和第五台阶沿阀芯中心轴线方向由左至右依次布设在阀芯的主体中段且外圆直径为D2，D1<D2；第二台阶的右侧端面上具有第一工作边，第三台阶的左侧端面上具有第二工作边，第四台阶的右侧端面上具有第三工作边，第五台阶的左侧端面具有第四工作边；当阀芯装入阀套的中间位置时，四个工作边依次与阀套的四个节流边一一对应，且当外部引入控制油作用于阀芯第一台阶和第六台阶的端面时：

如果在左右端控制油的压差作用下，阀芯向左运动，则高压油液流经第一供油口、第一节流边、第一负载油口到达负载高压腔，负载低压腔的油液流经第二负载油口、第三节流边、回油口后流出；

如果在左右控制油的压差作用下推动阀芯向右运动，则高压油液流经第二供油口、第四节流边、第二负载油口到达负载高压腔，负载低压腔的油液流经第一负载油口、第二节流边、回油口后流出。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，还包括左嵌入阀套和右嵌入阀套，采用相同的空心圆柱结构，分别嵌入在阀套的左右两端，且一端与阀套的外侧端面连接，嵌入部分与阀套之间存在间隙密封；当阀芯在阀套内运动时，阀芯的第一台阶在左嵌入阀套内沿阀芯中线轴线方向运动，而阀芯的第六台阶在右嵌入阀套内沿阀芯中线轴线方向运动，其中：

左嵌入阀套的外壁上开设有环形槽，作为通油环槽，且在所述通油环槽外表面与左嵌入阀套内表面之间开设两个通孔，分别作为第一控制油通道和第二控制油通道，用于将控制油引入到第一台阶的外端面，使得控制油在第一台阶的端面上形成压力，推动阀芯运动；在通油环槽与左嵌入阀套的固定端之间开设环形槽，作为密封环槽，用于放置密封圈；

右嵌入阀套的外壁上开设有环形槽，作为通油环槽，且在所述通油环槽外表面与右嵌入阀套内表面之间开设两个通孔，分别作为第三控制油通道和第四控制油通道，用于将控制油引入到第六台阶的外端面，使得控制油在第六台阶的端面上形成压力，推动阀芯运动；在通油环槽与右嵌入阀套的固定端之间开设环形槽，作为密封环槽，用于放置密封圈。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，还包括两个圆柱销，且阀芯的主体内部开设有左回油通道和右回油通道，其中：

左回油通道包括第一子通道、第二子通道和第三子通道；所述第一子通道为从第一台阶左侧端面至第三台阶左侧第一道均压槽右侧端面的直孔，所述直孔与阀芯主体同轴；所述第二子通道为由第二台阶左端面开设的斜孔，所述斜孔与第一子通道连通；所述第三子通道为从第三台阶左侧第一道均压槽外表面垂直开设的直孔，所述垂直的直孔与第一子通道连通；第一子通道的左侧端口塞入一个圆柱销密封；

右回油通道包括第四子通道、第五子通道和第六子通道；所述第四子通道为从第六台阶右侧端面至第四台阶右侧第一道均压槽左侧端面的直孔，所述直孔与阀芯主体同轴；所述第五子通道为由第五台阶左端面开设的斜孔，所述斜孔与第四子通道连通；所述第六子通道为从第四台阶右侧第一道均压槽垂直开设的直孔，所述垂直的直孔与第四子通道连通；第四子通道的右侧端口塞入另一个圆柱销密封。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，第一台阶的外圆面与左嵌入阀套的内壁之间具有6～13微米的配合间隙；第六台阶的外圆面与右嵌入阀套的内壁之间具有6～13微米的配合间隙。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，左嵌入阀套和右嵌入阀套的外圆面与阀套的内壁之间具有1～3微米的配合间隙。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，第二台阶、第三台阶、第四台阶和第五台阶的外圆面与阀套的内壁之间具有3～6微米的配合间隙。

上述的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，阀芯上的六个台阶的同轴度小于2微米。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明滑阀副的阀芯采用多台阶变截面的结构设计，其中，阀芯中间段采用大直径的四台阶用于实现大流量负载油输出，而阀芯两端采用小直径台阶，可以在控制油的作用下实现高动态运动，从而解决了传统伺服阀中负载油大流量和高动态之间的制约问题。

附图说明

图1为本发明的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副结构示意图；

图2为本发明滑阀副的阀套结构示意图；

图3为本发明滑阀副的阀芯结构示意图；

图4为本发明滑阀副的左嵌入阀套的结构示意图；

图5为本发明滑阀副的右嵌入阀套的结构示意图；

图6为本发明滑阀副的圆柱销的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示的结构示意图，本发明的大流量伺服阀用多台阶变截面滑阀副，包括左嵌入阀套1、圆柱销2、阀套3、阀芯4、右嵌入阀套5。

如图2所示，阀套3采用传统的结构设计。在阀套3上由左至右依次开设有第一供油口31、第一负载油口32、回油口33、第二负载油口34和第二供油口35，并具有四个节流边，由左至右分别为第一节流边36、第二节流边37、第三节流边38和第四节流边39。

如图3所示，本发明滑阀副的阀芯4采用多台阶变截面结构，即在阀芯4的主体上设有6个与阀芯主体同轴的台阶，各台阶均为圆柱体结构且外壁上开设有均压槽。其中：第一台阶401和第六台阶406分别位于阀芯的左右两端的小直径台阶，用于实现高动态，其外圆直径为D1；第二台阶402、第三台阶403、第四台阶404和第五台阶405沿阀芯中心轴线方向由左至右依次布设在阀芯4的主体中段，这四个台阶为大直径台阶，用于实现负载油大流量，其外圆直径为D2，D1<D2。在第二台阶402的右侧端面上具有第一工作边409，第三台阶403的左侧端面上具有第二工作边410，第四台阶404的右侧端面上具有第三工作边411，第五台阶405的左侧端面具有第四工作边412；当阀芯4装入阀套3的中间位置时，四个工作边依次与阀套的四个节流边一一对应。

本发明在阀套的两端固定两个嵌入式阀套，即左嵌入阀套1和右嵌入阀套5。如图4和图5所示的结构图，这两个嵌入式阀套采用相同的空心圆柱结构，分别嵌入在阀套的左右两端，且一端与阀套的外侧端面连接，其嵌入部分与阀套之间存在间隙密封。当阀芯4在阀套3内运动时，阀芯的第一台阶401在左嵌入阀套1内沿阀芯中线轴线方向运动，而阀芯的第六台阶406在右嵌入阀套5内沿阀芯中线轴线方向运动。如图4所示，在左嵌入阀套1的外壁上开设有环形槽，作为通油环槽14，且在该通油环槽14外表面与左嵌入阀套1内表面之间开设两个通孔，分别作为第一控制油通道11和第二控制油通道12，用于将控制油引入到第一台阶401的外端面，使得控制油在第一台阶401的端面上形成压力，推动阀芯4运动；在通油环槽14与左嵌入阀套1的固定端之间开设环形槽，作为密封环槽13，用于放置密封圈。如图5所示，右嵌入阀套5的外壁上开设有环形槽，作为通油环槽54，且在所述通油环槽54外表面与右嵌入阀套5内表面之间开设两个通孔，分别作为第三控制油通道51和第四控制油通道52，用于将控制油引入到第六台阶406的外端面，使得控制油在第六台阶406的端面上形成压力，推动阀芯4运动；在通油环槽54与右嵌入阀套5的固定端之间开设环形槽，作为密封环槽53，用于放置密封圈。

采用以上所述的嵌入式阀套结构，会在第二台阶402与左嵌入阀套1之间形成封闭腔，同样会在第五台阶405与右嵌入阀套5之间形成封闭腔，根据滑阀副的油路设计结构，在阀芯运动过程中，以上两个封闭腔内会流入或流出液压油，为确保其回油畅通，本发明在阀芯主体上开设了回油通道。如图3所示，本发明在阀芯4的主体内部开设有左回油通道407和右回油通道408。其中：左回油通道407包括第一子通道、第二子通道和第三子通道；该第一子通道为从第一台阶401左侧端面至第三台阶403左侧第一道均压槽右侧端面的直孔，该直孔与阀芯主体同轴；第二子通道为由第二台阶402左端面开设的斜孔，该斜孔与第一子通道连通；第三子通道为从第三台阶403左侧第一道均压槽外表面垂直开设的直孔，该垂直的直孔与第一子通道连通。右回油通道408包括第四子通道、第五子通道和第六子通道；第四子通道为从第六台阶406右侧端面至第四台阶404右侧第一道均压槽左侧端面的直孔，该直孔与阀芯主体同轴；第五子通道为由第五台阶405左端面开设的斜孔，该斜孔与第四子通道连通；第六子通道为从第四台阶404右侧第一道均压槽垂直开设的直孔，该垂直的直孔与第四子通道连通。这两个回油通道可以将阀芯中间段大直径端面腔的液压油与回油沟通。

在阀芯主体上开设了左回油通道407和右回油通道408后，本发明采用如图6所示的圆柱销封闭这两个回油通道的端口，即在第一子通道的左侧端口塞入一个圆柱销2进行封堵，并在第四子通道的右侧端口塞入另一个圆柱销2进行封堵。

考虑到伺服阀的内泄漏以及分辨率指标，在本发明的滑阀副中：阀芯上的六个台阶的同轴度小于2μm；第一台阶401的外圆面与左嵌入阀套1的内壁之间具有6μm～13μm的配合间隙；第六台阶406的外圆面与右嵌入阀套5的内壁之间具有6μm～13μm的配合间隙；左嵌入阀套1和右嵌入阀套5的外圆面与阀套3的内壁之间具有1μm～3μm的配合间隙；第二台阶402、第三台阶403、第四台阶404和第五台阶405的外圆面与阀套3的内壁之间具有3μm～6μm的配合间隙。这样既能确保满足伺服阀的内泄漏指标，又能满足其分辨率的要求。

本发明滑阀副在使用时，首先将圆柱销2压入阀芯4的两个回油通道端口，然后将阀芯4装入阀套3的中间位置，即第一、二、三、四工作边分别与阀套的第一、二、三、四节流边一一对应，最后将左嵌入阀套1、右嵌入阀套5分别安装在阀套的左右两端。

从两个嵌入式阀套的控制油通道引入控制油作用于阀芯3的第一台阶401和第六台阶406的端面时：

如果在左右端控制油的压差作用下，阀芯向左运动，则高压油液流经第一供油口31、第一节流边36、第一负载油口32到达负载高压腔，负载低压腔的油液流经第二负载油口34、第三节流边38、回油口33后流出；

如果在左右控制油的压差作用下推动阀芯向右运动，则高压油液流经第二供油口35、第四节流边39、第二负载油口34到达负载高压腔，负载低压腔的油液流经第一负载油口32、第二节流边37、回油口33后流出。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。