[發(fā)明專利]二維力反饋式電液伺服閥

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010161818.7
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111396385A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳濱;孟彬;戴銘柱;劉備;徐豪
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02;F16K11/07;F15B15/08;F15B15/20
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

二維力反饋式電液伺服閥，包括液壓放大機構(gòu)和電?機械轉(zhuǎn)換器，電?機械轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)軸沿水平面設(shè)置的銜鐵，銜鐵包括兩側(cè)斜翼面，且均呈以垂直于水平面、豎直向上的軸為中心軸的180°陣列特征；銜鐵兩側(cè)對稱地設(shè)置有第一軛鐵、第二軛鐵，兩軛鐵的內(nèi)側(cè)呈圓弧形、外側(cè)分別繞有線圈，兩軛鐵的內(nèi)側(cè)壁面均開有與鄰近的銜鐵斜翼面的側(cè)端相對于轉(zhuǎn)軸的傾斜方向相同的斜槽；銜鐵的斜翼側(cè)端呈弧面，銜鐵的斜翼側(cè)端跨越所述的斜槽，并與第一軛鐵被斜槽分割的兩個弧面、第二軛鐵被斜槽分割的兩個弧面形成四個工作氣隙；兩軛鐵的內(nèi)側(cè)的上、下部分別架設(shè)一個永磁體；銜鐵上下脊面連接一個彈簧桿，其球頭端則分別可活動地插入彈簧頂板的球窩中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電液伺服控制元件領(lǐng)域，尤其是一種二維力反饋式電液伺服閥。

背景技術(shù)

自四十年代出現(xiàn)以來，電液伺服控制技術(shù)便以其功率重量比高、輸出力(力矩)大和靜動態(tài)特性優(yōu)異等顯著特點在機電傳動與控制技術(shù)中占據(jù)了高端位置，被視為各國工業(yè)的核心競爭力，在航空航天、軍用武器、船舶、大型電站、鋼鐵、材料試驗機和振動臺等各種關(guān)鍵場合均有重要應(yīng)用。在電液伺服控制系統(tǒng)中，電液伺服閥起著機-電轉(zhuǎn)換和信號放大的作用，在很大程度上對整個系統(tǒng)的性能具有決定性的影響。

為了獲得理想的靜動態(tài)特性，人們通常將伺服閥設(shè)計成導(dǎo)控式的多級結(jié)構(gòu)。阮健等在哈爾濱工業(yè)大學(xué)攻讀博士學(xué)位時提出了一種基于閥芯雙自由度的二維流量放大機構(gòu)設(shè)計思想：一般的滑閥閥芯具有徑向旋轉(zhuǎn)和軸向移動兩個自由度，且不相互干涉，因而可以用這兩個自由度分別實現(xiàn)導(dǎo)控級和功率級的功能，考慮到滑閥閥口的面積梯度可以做的很大，且閥芯在閥孔中也較容易與端蓋等配合形成敏感腔，一般可用閥芯的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)導(dǎo)控級的功能，而用直線運動來實現(xiàn)功率級的開口。

基于該原理，阮健等提出了一種位置直接反饋式二維電液伺服閥，通過開設(shè)在閥套內(nèi)表面的一對螺旋槽和閥芯外圓面的一對高低壓孔相交面積構(gòu)成的液壓阻力半橋來控制敏感腔的壓力，當(dāng)電-機械轉(zhuǎn)換器帶動閥芯轉(zhuǎn)動時，閥套上螺旋槽和閥芯上高低壓孔構(gòu)成的弓型節(jié)流口面積差動變化，導(dǎo)致閥芯兩端液壓力失去平衡而軸向移動，在此過程中閥芯位移又反饋給螺旋槽和高低壓孔構(gòu)成的弓型節(jié)流口面積，最終使其逐漸趨向于相等，此時閥芯停止移動并處于新的平衡位置。該閥的主要優(yōu)點是將原本分立的導(dǎo)控級和功率級合二為一，集成于單個閥芯上，不但結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快，而且閥的抗污染能力得到了極大的提高。然而該閥也存在問題：其閥套上的空間螺旋槽結(jié)構(gòu)一般需要三軸以上的進口電火花機床才能加工，成本較高，且加工效率很低，同時由于其處于閥套內(nèi)表面，加工精度難于保證，檢測時也較為困難。

為了降低加工成本，孟彬等提出一種基于閥芯雙自由度的二維力反饋式電液伺服閥，其反饋方式由位置直接反饋式改為了位移-力矩反饋式(一般簡稱為位移-力反饋式或者力反饋式)，由此其閥芯由空間螺旋槽改為直槽，大大降低了加工成本，同時閥芯失去了位置直接反饋的功能；普通的力矩馬達是噴嘴擋板伺服閥和射流管伺服閥常用的電-機械轉(zhuǎn)換元件，其輸出力矩大，動態(tài)響應(yīng)高，但是銜鐵為平翼結(jié)構(gòu)，其只能繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并不具備反饋功能；該電液伺服閥的電-機械轉(zhuǎn)換器采用一種槳翼式力矩馬達，在保留了普通力矩馬達優(yōu)點的基礎(chǔ)上，將閥芯直槽缺失的反饋能力集成在其中，實現(xiàn)了二維電液伺服閥位移-力反饋控制，且降低了加工難度。

槳翼式力矩馬達采用了矩形氣隙，使其銜鐵傾角過大時，或是氣隙距離過小時，限制了銜鐵軸向位移行程以及轉(zhuǎn)角的最大位置；由于傾角越大，氣隙越小，力矩馬達反饋的磁力矩就越大，矩形氣隙的存在產(chǎn)生了銜鐵位移和大傾角、小氣隙的矛盾，無法達到最優(yōu)設(shè)計。為解決這一矛盾，提出一種基于環(huán)形氣隙的新型雙自由度力矩馬達。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有的位置直接反饋式二維電液伺服閥存在的閥套內(nèi)表面空間螺旋槽結(jié)構(gòu)加工成本高，精度難于保證，且加工效率低，以及傳統(tǒng)的力矩馬達無法同時滿足帶反饋，大傾角，小氣隙，長行程的不足，本發(fā)明提供一種二維力反饋式電液伺服閥。

為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：