专利名称：气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于机械工程的机械零件与传动装置和流体控制技术领域，具体涉 及一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法。
背景技术：
气动伺服控制起源于第二次世界大战前后导弹与火箭飞行体姿态控制燃气伺服系统。气动伺服机构的研究开始于1956年，美国J丄.Shearer首先研究了气 动阀和容腔组合的气动伺服马达特性。日本荒木献次(1971， 1979)研究开发 了具有力反馈的双级气动伺服阀，提出了弹簧和容腔补偿方案并将频宽从70Hz 提高到190Hz，还进行了滑阀不均等重合量(正重合、零重合及负重合)和气动 阀控缸频率特性的研究。随着宇航及国防军工的发展， 一般工业用响应缓慢的 气动控制飞跃到气动伺服控制，具有一定响应速度、较高精度以及较大功率的 伺服控制技术应运而生。约10年前，世界各地制造商纷纷利用液压伺服阀改制 气动伺服阀，从此民用气动伺服阀商品问世，应用于产业过程控制等。目前，气动伺服阀阀芯和阀套的重合量的测量方法通常有两种。 一种是分 别测量阀芯和阀套的尺寸，然后进行重合量的单配，该方法可以最大程度地保 证阀芯阀套的重合量与设计相吻合，但是成本高，效率低，常用于要求较高的 场合。另一种是采用千分尺等传统测量仪器对阀芯尺寸、阀套开口尺寸分别进 行人工测量，从而判定产品装配后的阀芯阀套的重合量，但产品性能和该方法 取得的重合量之间具有不确定性。气动伺服阀的阀芯阀套的重合量直接决定着 伺服阀的基本工作性能。随着高性能气动伺服阀的商业化和实用化，越来越需 要一种新的、高效率的气动伺服阀阀芯和阀套几何重合量的有效测量方法。发明内容本发明的主要目的在于提供一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方 法，通过测量气动伺服阀的静态压力特性从而间接测量气动伺服阀阀芯阀套的 几何重合量，解决直接测量时的高成本和性能不确定的问题，实现高性能气动 伺服阀商业化和实用化过程中的有效测量。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是-气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法，通过测量气动伺服阀的静态压 力特性的间接方法，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何 重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。所述的间接测量方法是在气动伺服阀非拆卸的条件下完成检测过程，且检测过程对产品无任何损伤。所述的静态压力特性是气动伺服阀的两个负载口压力与阀芯位移的特性曲线。所述的检测台是具有恒压气源且对被检测气动伺服阀进气口进行供气，气 动伺服阀的两个负载口分别独立连接两个气体压力表或压力传感器；具有阀芯 位移发生装置的检测台。所述的阀芯位移发生装置可以通过输入电信号由气动 伺服阀内部的力马达和一级喷嘴挡板阀部分间接实现，也可以通过外部的螺旋 测微仪直接实现，从而驱动主阀芯产生一定阀位移且纪录阀位移的数值。所述的阀芯和阀套的几何重叠量间接测量方法是通过静态压力特性曲线进 行间接测量的方法，即阀位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力 完全相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服 阀连接的上游重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判 定该负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游重合量 大小；阀位移在正反两个方向变化时，可分别判定上游和下游的四个重合量的 大小。当两个负载口的压力完全相等时，判定阀芯在阀套中处于几何中立位置； 当某一个负载口压力小于供气压力而且大于大气压力时，判定阀芯在阀套轴向 的某一位置，阀位移的大小由某一个负载口压力大小而确定。进一步，可将上述方法集成于气动伺服阀重合量间接测量系统。通过本发明的方法，在检测气动伺服阀的压力位移静态特性图后，根据图 上的压力值可以分别判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量 的大小。由于采用了上述方法，本发明具有以下特点通过测量气动伺服阀的静态 压力特性从而间接测量气动伺服阀阀芯阀套的几何重合量，该方法中气动伺服 阀的基本特性和内部结构的重合量之间的对应关系明确，解决了直接测量阀芯 和阀套尺寸来确定几何重合量时高成本且性能不确定的问题，大大地提高了气 动伺服阀制造过程中的测量效率和经济性。
图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。 图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。图3是本发明的一种实施例的具有对称均等负重合量的气动伺服阀负载压 力阀位移曲线图。图4是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载 压力阀位移曲线图。图5是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载 压力阀位移曲线图。图中标号1为圆柱滑阀阀芯，2为阀套，3为供气压力表Ps， 4为负载口 A压力表，5为负载口B压力表，6为空气压縮机供气气源，7为单向阀，8为储气罐，9为卸荷阀，IO为过滤器，ll为压力表，12为减压阀，13为油雾器， 14为压力表Pa， 15为压力表Pb， 16为主阀芯的位移量信号，17为伺服阀电压 信号。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。如图所示，阀芯1由主 阀芯位移发生器产生阀位移，驱动阀芯1在阀套2中移动，从而控制各个节流 孔的大小。供气气源的进气口为A，和大气连通的排气口为两个负载口分 别为a和a。圆柱滑阀阀芯和阀套在结构上形成的几何负重合量为Ap A2， A3 和~。其中，~和A4与供气口相连接，称为上游供气侧的负重合量，厶2和厶3 与排气口相连接，称为下游排气侧的负重合量。当圆柱滑阀上游供气侧的负重 合量和A4相等(A产A4-Au )，且下游排气侧的负重合量A2和A3相等(A2=A3=Ad) 时，定义该结构为具有对称负重合量(正开口)的气动伺服阀。当圆柱滑阔的 上游负重合量和下游负重合量相等(A,=A2=A3=A4)时，定义该结构为具有对称 均等负重合量(正开口)的气动伺服阀。当图1中所示的上游供气侧的两处负 重合量和下游排气侧的两处负重合量各自均不相等时，则称为具有不规则负重 合量(正开口)的气动伺服阀。在伺服阀的生产制造过程中，往往存在着圆柱 滑阀阀芯和阀套重叠量的几何对称均等、几何对称不均等或者不规则的现象。 当阀芯1在正方向的位移大于A2时，负载口A和供气口相通，有； ^a。当阀 芯1在正方向的位移大于~时，负载口 B和大气相通，； b-外。当阀芯1在负方 向的位移大于"时，负载口A和大气相通，有a-a。当阀芯l在负方向的位 移大于A3时，负载口B和供气口相通，有a-A。当阀芯1的位移在上述两者 之间时，负载口 A和负载口 B的压力在大气压力和供气压力之间的某一数值， 且两个负载口的压力值和阀芯1的位移之间存在一一对应的数值关系；根据两 个负载口的压力值大小可以得知阀芯在阀套中所处的几何位置。通过本发明的 方法，在检测气动伺服阀的压力位移静态特性图后，根据图上的压力值可以分 别判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。如图所示，由空气压 縮机6产生气源，气体经过单向阀7和储气罐8后，经过滤器IO，减压阀12， 压力表ll，油雾器13直接供给被测气动伺服阀。其中，卸荷阀9起过载保护作 用；过滤器IO起净化压縮空气作用，减压阀12为负载提供稳定的输出压力， 油雾器13调整气体润滑性。气体通过接口 Ps输送到气动伺服阀。气动伺服阀 接受外部电源17产生的电信号指令，气动伺服阀内部的力马达和碰嘴挡板部分 工作，或者通过螺旋测微仪推动阀芯工作，从而向负载口 J和S供给一定压力 流量的气体。压力表14和压力表15分别检测气动伺服阀的两个负载口的压力 值；气动伺服阀的阀芯位移信号由螺旋测微仪或记录仪16纪录。按照图2所示的检测台调节减压阀12的出口压力，从而改变气动伺服阀的供气压力，使供气压力达到本实施例的压力值0.7MPa。记录阀位移和两个负载 口的压力值，即压力位移静态特性图。图3是本发明的一种实施例的具有对称均等负重合量的气动伺服阀负载压 力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps=0.7MPa，大气压力Pe-0.1013MPa。 如图3所示，结合图1可知当阀位移为-15pm时，Pb=0.7MPa， Pa=0.1013MPa; 由此可见，负重合量A3为15|im，负重合量A1为15|am。当阀位移为+15拜时， Pb=0.1013MPa， Pa=0.7MPa;由此可见，负重合量A4为15nm，负重合量A2 为15pm。可见，本实施例中的气动伺服阀具有对称均等的负重合量，即 △1=A2=A3=A4=15,图4是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载 压力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps=0.7MPa，大气压力Pe=0.1013MPa。 如图4所示，结合图l可知当阀位移为-5iim时，Pa=0.1013MPa;由此可见， 负重合量Al为5pm。当阀位移为-15nm时，Pb=0.7MPa;由此可见，负重合量 A3为15^un。当阀位移为+5imi时，Pb=0.1013MPa;由此可见，负重合量M为 5pm。当阀位移为+15^m时，Pa=0.7MPa;由此可见，负重合量A2为15pm。可 见，本实施例的气动伺服阀具有对称不均等的负重合量，即A2=A3=15|im， Al=A4=5|im。图5是本发明的一种实施例的具有对称不均等负重合量的气动伺服阀负载 压力阀位移曲线图。本实施例中，供气压力Ps=0.7MPa，大气压力Pe=0.1013MPa。 如图5所示，结合图1可知当阀位移为-5pm时，Pb=0.7MPa;由此可见，负 重合量A3为5pm。当阀位移为-15pm时，Pa=0.1013MPa;由此可见，负重合量 Al为15pm。当阀位移为+5^m时，Pa=0.7MPa;由此可见，负重合量A2为5pm。 当阀位移为+15pm时，Pb=0.1013MPa;由此可见，负重合量A4为15|im。可见， 本实施例的气动伺服阀具有对称不均等的负重合量，即Al-A4-15^im， △2=A3=5pm。进一步，通过本发明的方法实测任何一种实施例的气动伺服阀负载压力阀 位移曲线图后，可以判读气动伺服阀的上游两个负重合量和下游两个负重合量 的大小。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改， 并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明 做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于通过测量气动伺服阀的静态压力特性的间接方法，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。
2、 根据权利要求1所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于-所述的间接测量方法是在气动伺服阀非拆卸的条件下完成检测过程，且检测过 程对产品无任何损伤。
3、 根据权利要求1所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于 所述的静态压力特性是气动伺服阀的两个负载口压力与阀芯位移的特性曲线。
4、 根据权利要求1所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于 所述的检测台具有恒压气源且对被检测气动伺服阀进气口进行供气，该气动伺 服阀的两个负载口分别独立连接两个气体压力表或压力传感器；所述的检测台 还具有阀芯位移发生装置。
5、 根据权利要求4所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于 所述的阀芯位移发生装置通过输入电信号由气动伺服阀内部的力马达和一级喷 嘴挡板阀部分间接实现，或通过外部的螺旋测微仪直接实现。
6、 根据权利要求1所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于 所述的阀芯和阀套的几何重叠量间接测量方法是通过静态压力特性曲线进行间 接测量的方法，即阀位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力完全 相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连 接的上游重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判定该 负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游重合量大小； 阀位移在正反两个方向变化时，可分别判定上游和下游的四个重合量的大小； 当两个负载口的压力完全相等时，判定阀芯在阀套中处于几何中立位置；当某 一个负载口压力小于供气压力而且大于大气压力时，判定阀芯在阀套轴向的某 一位置，阀位移的大小由某一个负载口压力大小而确定。
7、 权利要求1至6中任一所述的气动伺服阀重合量间接测量方法的应用， 其特征在于将所述方法集成于气动伺服阀重合量间接测量系统。
全文摘要
一种气动伺服阀阀芯阀套重合量间接测量方法，通过测量气动伺服阀的静态压力特性，从而得知气动伺服阀内部配合结构上的阀芯和阀套的几何重叠量大小，即上游两个负重合量和下游两个负重合量的大小。阀位移变化过程中，当某一个负载口压力与供气压力完全相等，判定某一个负载口与恒压气源完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的上游重合量大小；当另一个负载口的压力与大气压力完全相等时，判定该负载口与排气口完全相通，从而得知此时与气动伺服阀连接的下游重合量大小；阀位移在正反两个方向变化时，可分别判定上游和下游的四个重合量的大小。本发明大大地提高了气动伺服阀制造过程中的测量效率和经济性。
文档编号G01B13/00GK101329171SQ200810041108
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者李长明, 訚耀保 申请人:同济大学