[發(fā)明專利]一種可旋轉(zhuǎn)并聯(lián)控制的大流量高頻響數(shù)字閥

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310539974.2
• 申請(qǐng)日: 2013-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN103541943A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜恒;郭凡;馬沖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通鍛壓設(shè)備股份有限公司
• 主分類號(hào): F15B13/02
• 分類號(hào): F15B13/02
• 代理公司: 北京匯信合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 孫民興;王維新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域的電液伺服閥，尤其涉及一種可并聯(lián)控制的高頻大流量數(shù)字伺服閥。

背景技術(shù)

電液伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在航空航天、冶金、船舶和軍事重工等諸多領(lǐng)域，其核心元件是電液伺服閥。電液伺服閥的高頻響特點(diǎn)顯著提升了高端裝備（如大型復(fù)合材料壓機(jī)、摩擦焊機(jī)、高頻電液振動(dòng)臺(tái)、電液伺服轉(zhuǎn)向器和空間模擬器等）的控制性能。傳統(tǒng)的電液伺服閥一般采用前置級(jí)驅(qū)動(dòng)功率滑閥級(jí)，輸入信號(hào)為模擬信號(hào)，其模擬信號(hào)抗干擾能力差的特點(diǎn)制約了系統(tǒng)控制精度的進(jìn)一步提升。隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，抗干擾能力迅速增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)與總線直接參與控制成為可能，這為數(shù)字化伺服閥的發(fā)展提供了技術(shù)支撐；此外，高端裝備的迅猛發(fā)展，對(duì)伺服閥的大流量、高頻響、抗污染提出了苛刻的要求，同時(shí)也為發(fā)展大流量、高頻響、數(shù)字式、抗污染的伺服閥提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

當(dāng)前電液伺服閥的設(shè)計(jì)，主要圍繞著實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和大流量下的高頻響兩方面展開。（1）在數(shù)字化方面：通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠和主閥芯實(shí)現(xiàn)閥芯的移動(dòng)，將滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)殚y芯的軸向移動(dòng)，通過(guò)伺服電機(jī)的數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)伺服閥的數(shù)字化（如參考專利201110332448.X）；或者采用伺服螺旋裝置將閥的先導(dǎo)級(jí)與主級(jí)合并，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)控一體，閥芯旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生液壓驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)自身移動(dòng)，數(shù)字控制伺服電機(jī)帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化（如參考專利200910153014.6）；或者采用高速開關(guān)閥的先導(dǎo)級(jí)控制主級(jí)方式，通過(guò)控制高速開關(guān)閥的通斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)主閥的伺服控制，即數(shù)字控制高速開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)數(shù)字化（如參考專利WO2012112292A1）。（2）在大流量下的高頻響方面：采用超磁致伸縮材料制成電機(jī)械轉(zhuǎn)換器作為先導(dǎo)級(jí)，此電機(jī)械轉(zhuǎn)換器頻寬大，控制主級(jí)可實(shí)現(xiàn)大流量下的高頻響（如參考專利201310149224.4）；或者針對(duì)大流量插裝閥，用兩個(gè)伺服閥作為先導(dǎo)級(jí)進(jìn)行控制，以提高主級(jí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（如參考專利200810061616.4）。現(xiàn)有專利設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)大流量閥的數(shù)字化，同時(shí)提高其頻率響應(yīng)，但存在以下一些不足，主要表現(xiàn)為：

1）數(shù)字式伺服閥的頻響提升遇到瓶頸。在數(shù)字式伺服閥的設(shè)計(jì)中，一般采用伺服電機(jī)帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥的控制。為了提高控制的分辨率或精度，要求伺服電機(jī)每一脈沖對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角越小越好。然而隨著每一脈沖對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角變小，導(dǎo)致伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度所需的步數(shù)增加，這降低了閥芯的響應(yīng)速度，限制了高精度情況下伺服閥頻響的進(jìn)一步提升。

2）先導(dǎo)級(jí)驅(qū)動(dòng)主級(jí)的增益有待提高。伺服螺旋機(jī)構(gòu)的先導(dǎo)級(jí)與主級(jí)同為一體，增大閥芯直徑即可提升主閥的通流能力并提高驅(qū)動(dòng)主級(jí)的增益，較適合于作為大流量數(shù)字閥的閥芯。目前該類伺服螺旋機(jī)構(gòu)中所采用的單邊增益控制方式（如參考專利200910153014.6），未能全面利用閥芯的可控面積，最大程度的提升先導(dǎo)級(jí)驅(qū)動(dòng)主級(jí)的增益，以進(jìn)一步提升主閥芯動(dòng)作的響應(yīng)速度。

3）終端位置精確控制的適應(yīng)性有待加強(qiáng)。由于伺服閥在設(shè)計(jì)時(shí)兼顧了大流量和高頻響，流量增益大，難以在伺服系統(tǒng)終端位置上實(shí)現(xiàn)精確控制，由此制約了其在大型復(fù)合材料壓機(jī)、摩擦焊機(jī)等裝備中的應(yīng)用，限制了其高精度控制性能的提升，降低了該閥的工程適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種可旋轉(zhuǎn)并聯(lián)控制的大流量高頻響數(shù)字閥，通過(guò)閥芯和閥套的并聯(lián)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)大流量伺服閥的數(shù)字控制和高頻響，同時(shí)采用閥套的螺旋槽陣列結(jié)構(gòu)，形成多級(jí)增益以實(shí)現(xiàn)大流量、高頻響及終端位置的精確控制。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種可旋轉(zhuǎn)并聯(lián)控制的大流量高頻響數(shù)字閥，包括閥體、閥套、閥芯、左伺服電機(jī)、右伺服電機(jī)、左端蓋、右端蓋；閥套可旋轉(zhuǎn)的安裝在閥體內(nèi)，閥芯可旋轉(zhuǎn)的安裝在閥套內(nèi)。

左伺服電機(jī)通過(guò)左端蓋安裝在閥體上，左伺服電機(jī)輸出軸固定連接于閥套，右伺服電機(jī)通過(guò)右端蓋安裝在閥體上，閥芯連接于右伺服電機(jī)輸出軸。

閥體和閥套的左側(cè)通過(guò)軸承連接，固定套固定連接于閥套右側(cè)并置于閥體內(nèi)，閥體和固定套通過(guò)軸承連接。

閥體和閥套的左側(cè)用左圓錐滾子軸承連接，閥體和固定套之間用右圓錐滾子軸承連接。

閥芯上的左二閥芯軸段的左端面、閥套形成左控制容腔，左二閥芯軸段上開有左上閥芯孔和左下閥芯孔，左二閥芯軸段外的閥套內(nèi)側(cè)開有左螺旋槽，左螺旋槽與左控制容腔連通，左螺旋槽位于左上閥芯孔和左下閥芯孔之間；閥芯上的右二閥芯軸段的右端面、閥套形成右控制容腔，右二閥芯軸段上開有右上閥芯孔和右下閥芯孔，右二閥芯軸段外的閥套內(nèi)側(cè)開有右螺旋槽，右螺旋槽與右控制容腔連通，右螺旋槽位于右上閥芯孔和右下閥芯孔之間。