[發明專利]多噴嘴擋板電液伺服閥及其工作方法

有效

• 申請號: 201110191998.4
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102242743A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 朱玉川;王曉露;程清風;李躍松
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及超磁致伸縮材料的應用，屬液壓伺服控制技術領域。

背景技術

電液伺服閥是電液控制系統中的重要控制元件，在系統中起著電液轉換和功率放大作用。電液伺服閥按照第一級液壓放大器結構不同可以分為噴嘴擋板型、射流管型以及滑閥型電液伺服閥，而尤以噴嘴擋板型電液伺服閥應用最廣，其中噴嘴擋板液壓放大器又是該型電液伺服閥中的關鍵結構和精度、可靠性等性能的決定因素。目前國內外噴嘴擋板型電液伺服閥多為由力矩馬達作為電-機轉換器，以雙噴嘴擋板閥為液壓前置放大器的典型結構，該結構噴嘴擋板伺服閥由于力矩馬達驅動功率小，響應慢以及調試與使用中易產生伺服閥高頻嘯叫等缺點直接制約了噴嘴直徑和噴嘴至擋板零位間隙等關鍵尺寸設計，致使噴嘴擋板閥最小結構尺寸偏小，從而導致伺服閥控制流量小、可靠性低、響應慢及頻響低，已經無法適應目前以及未來高性能電液伺服系統的要求。

雙噴嘴擋板力反饋兩級電液伺服閥是噴嘴擋板型電液伺服閥的傳統結構，如文獻1（電液伺服閥技術，田源道著，航空工業出版社，2008.1：p11）所述，它由力矩馬達、噴嘴擋板構成第一級電液轉換與功率放大和第二級滑閥功率放大器組成。力矩馬達由永磁體、上下導磁體、控制線圈及將彈簧管、反饋桿、擋板、銜鐵組合在一起的銜鐵組件組成。反饋桿小球插在閥芯中間的槽內。噴嘴擋板級由一個回油節流孔、兩個固定節流孔和兩個噴嘴擋板可變節流孔組成。當給控制線圈輸入正負電流信號時，在力矩馬達的固定磁通和控制磁通相互作用下，力矩馬達將輸出成比例的正或負力矩，擋板輸出一定位移，從而使兩個可變節流孔液阻發生變化，噴嘴擋板級向閥芯兩端輸出相應的負載流量和負載壓力，驅動閥芯向相應的方向運動。閥芯運動將帶動反饋桿運動，產生的反饋力矩反饋到力矩馬達上，直到反饋桿反饋力矩、噴嘴擋板的液壓力矩和輸入電流信號產生的電磁力矩相平衡時，閥芯將停止運動。此時在負載壓力為定值時，閥芯位移或閥的輸出流量與輸入電流信號成比例。

文獻2（基于GMM轉換器噴嘴擋板伺服閥的研究，王傳禮著，中國礦業大學出版社，2005.10：p37～38）所述，提供了一種由超磁致伸縮執行器驅動的新型單噴嘴擋板單級電液伺服閥的機構形式。當驅動線圈通入一定電流引起磁場變化，驅動GMM桿產生相應的輸出位移，實現轉換器電磁能與機械能之間的轉換，致動桿也是擋板，噴嘴與擋板之間的間隙由GMM桿的輸出位移調節。預壓力機構由前端蓋、預壓彈簧、調節螺釘等組成，作用是給GMM施加一定的預壓力，同時，調節螺釘可以方便進行噴嘴與擋板之間的零位間隙的調節。溫度實時補償機構由熱補償管、后端蓋、致動桿、線圈架與保護襯間油液通道組成。

無論是早期雙噴嘴擋板力反饋兩級電液伺服閥還是后來的超磁致伸縮材料驅動的新型單噴嘴擋板單級電液伺服閥，其最大缺點是控制流量小，最小間隙偏小致使閥可靠性低，克服這些缺點的根本途徑是提高噴嘴直徑尺寸設計，這樣可有效提高伺服閥抗污染能力、可靠性及控制流量，但現實應用時，提高噴嘴直徑尺寸將增大噴嘴處液流流動的雷諾數，從而使噴嘴處液流流動從層流過渡到紊流，這往往會激起伺服閥振蕩并發生高頻嘯叫，并最終導致伺服閥無法正常工作，即傳統雙噴嘴擋板閥控制流量提高會受到力矩馬達輸出功率以及伺服閥高頻嘯叫的制約。

本發明將著眼于多噴嘴擋板電液伺服閥設計，以期通過不提高噴嘴直徑尺寸而設計多分布噴嘴的方法提高其控制流量，同時可保證噴嘴附近油液流動處于層流狀態以避免伺服閥高頻嘯叫的影響。

稀土超磁致伸縮材料(Giant?Magnetosrtictive?Material，簡寫為GMM)是繼稀土永磁，稀土磁光和稀土高溫超導材料之后的又一種重要的新型功能材料，被譽為21世紀戰略性高科技功能材料，能有效的實現電磁能一機械能的可逆轉化，具有應變大，響應速度快，能量傳輸密度高和輸出力大等優異性能。稀土超磁致伸縮電-機轉換器（Giant?Magnetostrictive?Actuator，簡寫為GMA）是基于GMM的新型電-機轉換器，也是GMM應用研究的基礎性器件，由GMM研制的新型電-機轉換器較傳統電-機轉換器以及其他智能材料驅動的電-機轉換器而言具有響應快、輸出力大、能量轉換密度高、輸出位移精度高等顯著優點。

就其驅動方式而言，其驅動磁場通常由線圈、永磁體或兩者的組合產生。其驅動形式也與壓電和形狀記憶合金等不同，一般分為兩種：雙線圈式（即驅動線圈和偏置線圈的組合）和永磁單線圈式（即驅動線圈與永磁體的組合）。