專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓電晶體數(shù)字閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電液轉(zhuǎn)換控制元件，尤其是涉及一種壓電晶體數(shù)字閥。
技術(shù)背景高速開(kāi)關(guān)閥是一種新型數(shù)字式電液轉(zhuǎn)換控制元件，采用脈沖流量控制方式， 實(shí)現(xiàn)高精度的液壓伺服控制，具有體積小、可靠性高、抗污染能力強(qiáng)和價(jià)格低 廉等點(diǎn)，可以替代制造成本高、抗污染性差的液壓伺服閥，應(yīng)用范圍廣泛。 數(shù)字閥以提高響應(yīng)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)微量控制。盡管減小閥芯質(zhì)量和液動(dòng)力可以提高 響應(yīng)頻率，但是開(kāi)關(guān)閥響應(yīng)頻率的提高主要依靠增加驅(qū)動(dòng)器作用力及縮小響應(yīng)時(shí)間。高速開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)器主要是強(qiáng)力電磁鐵， 一般響應(yīng)時(shí)間為幾個(gè)毫秒；高 電磁力需要較多的安匝數(shù)，導(dǎo)致電磁閥發(fā)熱，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大。受安 裝空間、電磁力、運(yùn)動(dòng)慣性等因素影響，進(jìn)一步提高電磁閥的響應(yīng)能力遇到了 限制。此外，由于開(kāi)關(guān)閥受開(kāi)關(guān)時(shí)間的限制，閥芯行程不能太大，因此數(shù)字閥 的額定流量受到限制。在相同驅(qū)動(dòng)力下，增加閥的額定流量，將降低開(kāi)關(guān)閥的 響應(yīng)速度。同時(shí)隨著高速閥工作壓力的增加，導(dǎo)致閥芯液動(dòng)力的增加，也將降 低開(kāi)關(guān)閥的響應(yīng)速度。因此，高速開(kāi)關(guān)閥存在高速響應(yīng)與高壓、大流量之間的 矛盾。目前國(guó)內(nèi)外研制的高速電磁開(kāi)關(guān)閥很難同時(shí)達(dá)到響應(yīng)時(shí)間小于4ms、工作 壓力大于20Mpa、流量高于10L/Min，因而通常只能用作先導(dǎo)閥；而使用先導(dǎo)閥 控制的數(shù)字閥，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)高壓、大流量，其頻率響應(yīng)卻又大大降低。因此， 尋求新型驅(qū)動(dòng)器，以提高直動(dòng)型高速開(kāi)關(guān)閥的響應(yīng)能力，解決高速響應(yīng)與高壓、 大流量之間的矛盾是提高數(shù)字閥性能、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。壓電晶體驅(qū)動(dòng)器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型驅(qū)動(dòng)器，具有以下特點(diǎn)1) 響應(yīng)快，可達(dá)GHz。2) 輸出力大，可達(dá)kN以上。3) 功耗低，比電磁式驅(qū)動(dòng)器低一個(gè)數(shù)量級(jí)。盡管壓電晶體能夠大幅度提高開(kāi)關(guān)閥的響應(yīng)速度，但是由于輸出位移只約 占其長(zhǎng)度的0.1%，通常為幾十微米，而液壓閥閥芯位移都在幾百微米以上；因此，解決壓電晶體驅(qū)動(dòng)器位移放大的問(wèn)題，是利用好壓電晶體材料的關(guān)鍵。目 前國(guó)際上采用的杠桿放大、壓曲位移放大、液壓放大等方法都沒(méi)有很好地解決 壓電晶體微位移放大問(wèn)題，同時(shí)還導(dǎo)致壓電晶體輸出力縮小、輸出頻率降低，
因此，造成壓電晶體數(shù)字閥的流量都很小。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種壓電晶體數(shù)字閥，它以壓電晶體作為數(shù)字 閥的驅(qū)動(dòng)器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數(shù)字閥高頻響與高壓、大 流量間的矛盾，同時(shí)克服了壓電晶體輸出位移下，穩(wěn)定變化下輸出位移部穩(wěn)定
的問(wèn)題。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括環(huán)形壓電晶體，壓 電晶體堆，閥座，壓縮彈簧，閥芯，閥蓋，閥體，閥體旋緊螺帽，鎖緊螺母， 調(diào)節(jié)螺栓；所述的閥芯的結(jié)構(gòu)一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分,中間用 小圓柱體連接而成；在閥體腔內(nèi)的閥體臺(tái)肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧的環(huán)形壓電晶 體，閥芯大圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過(guò)壓縮彈簧 孔后，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座的油口上；壓電晶體堆的一 端套有軸套，放置在閥芯大圓柱端上，壓電晶體堆的另一端經(jīng)保護(hù)墊片放置在 與閥蓋上，閥蓋上的調(diào)節(jié)螺栓頂在保護(hù)墊片，調(diào)節(jié)螺栓用鎖緊螺母固定。閥體 旋緊螺帽與閥體通過(guò)螺紋聯(lián)接。閥芯錐閥部分的閥體上開(kāi)有高壓油液進(jìn)口，閥 座與閥體間裝有O型密封圈，閥芯大圓柱體與閥體間裝有密封圈來(lái)密封環(huán)形壓 電晶體內(nèi)的高壓油腔中的高壓油pl。
所述的閥芯大圓柱體與閥體間裝有密封圈為2個(gè)O型密封圈和1個(gè)PTFE 密封圈。
本實(shí)用新型具有的有益效果是
1) 體積小，采用壓電晶體作為執(zhí)行器，節(jié)省了閥的使用空間；
2) 頻響響應(yīng)髙，可達(dá)200Hz以上；
3) 工作壓力高，輸出流量大；
4) 閥的性能不受溫度變化的影響。

圖1是本實(shí)用新型壓電晶體數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是數(shù)字閥閥芯運(yùn)動(dòng)阻力與閥芯位移示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的一種壓電晶體數(shù)字閥結(jié)構(gòu)裝配圖。
圖中1、環(huán)形壓電晶體，2、壓電晶體堆，3、閥座，4、壓縮彈簧，5、閥 芯，6、閥蓋，7、閥體，8、閥體旋緊螺帽，9、鎖緊螺母，10、調(diào)節(jié)螺栓，11、 保護(hù)墊片，12、密封圈，13、 O型密封圈，14、 O型密封圈，15、閥體臺(tái)肩， 16、軸套，A、高壓油液進(jìn)口， B、數(shù)字閥油液出口， C、高壓油腔，5-1、閥芯
大圓柱體，5-2、閥芯小圓柱體，5-3、閥芯錐閥部分。a、 b分別為壓電晶體堆的
正負(fù)接線端，c、 d分別為環(huán)形壓電晶體正負(fù)接線端。
具體實(shí)施方式
圖1是本實(shí)用新型壓電晶體數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)原理圖。本實(shí)用新型包括環(huán)形壓 電晶體l，壓電晶體堆2，閥座3,壓縮彈簧4，閥芯5，閥蓋6，閥體7;所述 的閥芯5的結(jié)構(gòu)一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分，中間用小圓柱體連接 而成；在閥體7腔內(nèi)的臺(tái)肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧4的環(huán)形壓電晶體1，閥芯5大 圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體1端面接觸，閥芯5小圓柱體通過(guò)壓縮彈簧4孔后， 小圓柱體底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座3的油口上，壓電晶體堆2放置在 閥芯5大圓柱端與閥蓋6之間。
圖2是數(shù)字閥閥芯運(yùn)動(dòng)阻力與閥芯位移示意圖。閥芯在打開(kāi)或關(guān)閉瞬間， 作用在閥芯上的運(yùn)動(dòng)阻力(包括液動(dòng)力和液壓力)最大；隨著閥芯位移的增加， 閥芯運(yùn)動(dòng)阻力迅速降低。本實(shí)用新型利用壓電晶體高頻響、高輸出力特性提出 一種的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)，采用2個(gè)壓電晶體來(lái)分別打開(kāi)和關(guān)閉閥芯。工作原理如下: 高壓油pl從高壓油液進(jìn)口 A口流入，在壓高壓油pl的作用下，閥芯5被壓在 閥座3上，數(shù)字閥油液出口B 口被關(guān)閉，沒(méi)有油液從數(shù)字閥油液出口B 口流出。 打開(kāi)閥芯，如圖la所示當(dāng)環(huán)形壓電晶體l得電，壓電晶體堆2失電，環(huán)形壓 電晶體l輸出lkN以上的瞬時(shí)力Fpzn推動(dòng)閥芯，推動(dòng)閥芯5加速運(yùn)動(dòng)，并在壓 縮彈簧4輸出的力Fs的推動(dòng)下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至閥芯5運(yùn)行到壓電晶體堆2的位 置，數(shù)字閥油液出口 B 口全部打開(kāi)；關(guān)閉閥芯，如圖lb所示環(huán)形壓電晶體1 失電，壓電晶體堆2得電，壓電晶體堆2輸出2kN以上的瞬時(shí)力Fpzn推動(dòng)閥 芯5，使閥芯5加速運(yùn)動(dòng)，并在高壓p,的作用下繼續(xù)運(yùn)行，直到數(shù)字閥油液出 口 B 口關(guān)閉。該數(shù)字閥利用壓電晶體瞬時(shí)產(chǎn)生的高輸出力，推動(dòng)閥芯在高壓下 高速運(yùn)行，輸出大的流量(閥芯位移可達(dá)0,2mm以上)。由于利用的是壓電晶 體高輸出力的沖擊特性，其輸出位移對(duì)數(shù)字閥功能的實(shí)現(xiàn)不產(chǎn)生影響，因此克 服了壓電晶體輸出位移小和溫度變化下輸出位移不穩(wěn)定的缺陷，同時(shí)解決了數(shù) 字閥高頻響、高壓、大流量間的矛盾。
圖3是本實(shí)用新型的一種壓電晶體數(shù)字閥結(jié)構(gòu)裝配圖。包括環(huán)形壓電晶體 1，壓電晶體堆2，閥座3，壓縮彈簧4，閥芯5,閥蓋6，閥體7，閥體旋緊螺 帽8，鎖緊螺母9，調(diào)節(jié)螺栓10;所述的閥芯5的結(jié)構(gòu)一端為大圓柱體5-l，另 一端為閥芯錐閥部分5-3，中間用小圓柱體5-2連接而成；在閥體7腔內(nèi)的閥體臺(tái) 肩15上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧4的環(huán)形壓電晶體1，閥芯大圓柱體5-l —側(cè)與環(huán)形
壓電晶體l端面接觸，閥芯小圓柱體5-2通過(guò)壓縮彈簧4孔后，小圓柱體底端的 閥芯錐閥部分5-3能夠壓在閥座3的油口上，B為數(shù)字閥油液出口；壓電晶體堆 2的一端套有軸套16，放置在閥芯5大圓柱端上，壓電晶體堆2的另一端經(jīng)保 護(hù)墊片11放置在與閥蓋6上，閥蓋6上的調(diào)節(jié)螺栓IO頂在保護(hù)墊片11，調(diào)節(jié) 螺栓10用鎖緊螺母9固定；閥體旋緊螺帽8與閥體7通過(guò)螺紋聯(lián)接。閥芯錐閥 部分5-3的閥體7上開(kāi)有高壓油液進(jìn)口 A，閥座3與閥體7間裝有0型密封圈 13，閥芯大圓柱體5-1與閥體7間裝有2個(gè)O型密封圈14和1個(gè)PTFE密封圈 12來(lái)密封環(huán)形壓電晶體1內(nèi)的高壓油腔C中的高壓油pl。
閥芯5的閥芯大圓柱體5-1可以在閥體7內(nèi)滑動(dòng)，閥芯5的閥芯錐閥部分 5-3可以和閥座3的油口相接觸，來(lái)關(guān)閉數(shù)字閥油液出口B。閥芯5的閥芯大圓 柱體5-1通過(guò)2個(gè)O型密封圈14和1個(gè)PTFE密封圈12來(lái)密封高壓油腔C的 高壓油pl;壓電晶體堆2—端與閥芯上端相接觸， 一端與保護(hù)墊片ll的下端面 相接觸；軸套16用來(lái)保證壓電晶體堆2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，始終位于軸心位置；保 護(hù)墊片11用來(lái)保護(hù)電晶體堆2來(lái)自調(diào)節(jié)螺栓10的預(yù)緊力；調(diào)節(jié)螺栓10通過(guò)螺 紋與閥蓋6聯(lián)接，來(lái)調(diào)節(jié)閥芯5的位移；鎖緊螺母9通過(guò)螺紋與調(diào)節(jié)螺桿10聯(lián) 接，用來(lái)鎖緊調(diào)節(jié)螺栓10;閥蓋6的一端與閥體7的上端面相接觸，并通過(guò)閥 體臺(tái)肩15來(lái)定位，閥蓋6的另一端與閥體旋緊螺帽8的內(nèi)端面相接觸；閥體旋 緊螺帽8與閥體7通過(guò)螺紋聯(lián)接。 工作原理如下
闊芯關(guān)閉壓電晶體堆2得電，輸出2kN以上的沖擊力，推動(dòng)閥芯5加速下 行，并在高壓油液pl的作用下，關(guān)閉數(shù)字閥油液出口B。
閥芯打開(kāi)壓電晶體堆2失電，環(huán)形壓電晶體l得電，輸出lkN以上的沖擊 力，推動(dòng)閥芯5加速上行，并在壓縮彈簧4和高壓油液pl的作用下，打開(kāi)數(shù)字 閥油液出口B。
本實(shí)用新型的數(shù)字閥采用螺紋插裝安裝形式，能很好地應(yīng)用到工程實(shí)際中。 本實(shí)用新型采用閥體旋緊螺帽8與閥體7通過(guò)螺紋聯(lián)接，而不是采用4個(gè)螺
栓將閥蓋6與閥體7聯(lián)接，節(jié)省了閥的空間。
a、 b分別為壓電晶體堆的正負(fù)接線端，c、 d分別為環(huán)形壓電晶體正負(fù)接線端，
分別接到壓電晶體電源控制器的正負(fù)極。
上述具體實(shí)施方式
用來(lái)解釋說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限
制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何
修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種壓電晶體數(shù)字閥，其特征在于包括環(huán)形壓電晶體(1)，壓電晶體堆(2)，閥座(3)，壓縮彈簧(4)，閥芯(5)，閥蓋(6)，閥體(7)，閥體旋緊螺帽(8)，鎖緊螺母(9)，調(diào)節(jié)螺栓(10)；所述的閥芯(5)的結(jié)構(gòu)一端為大圓柱體(5-1)，另一端為閥芯錐閥部分(5-3)，中間用小圓柱體(5-2)連接而成；在閥體(7)腔內(nèi)的閥體臺(tái)肩(15)上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧(4)的環(huán)形壓電晶體(1)，閥芯大圓柱體(5-1)一側(cè)與環(huán)形壓電晶體(1)端面接觸，閥芯小圓柱體(5-2)通過(guò)壓縮彈簧(4)孔后，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分(5-3)能夠壓在閥座(3)的油口上；壓電晶體堆(2)的一端套有軸套(16)，放置在閥芯(5)大圓柱端上，壓電晶體堆(2)的另一端經(jīng)保護(hù)墊片(11)放置在與閥蓋(6)上，閥蓋(6)上的調(diào)節(jié)螺栓(10)頂在保護(hù)墊片(11)，調(diào)節(jié)螺栓(10)用鎖緊螺母(9)固定；閥體旋緊螺帽(8)與閥體(7)通過(guò)螺紋聯(lián)接，閥芯錐閥部分(5-3)的閥體(7)上開(kāi)有高壓油液進(jìn)口(A)，閥座(3)與閥體(7)間裝有O型密封圈(13)，閥芯大圓柱體(5-1)與閥體(7)間裝有密封圈來(lái)密封環(huán)形壓電晶體(1)內(nèi)的高壓油腔(C)中的高壓油p1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種壓電晶體數(shù)字閥，其特征在于所述的閥芯大圓柱體(5-l)與閥體(7)間裝有密封圈為2個(gè)O型密封圈(14)和1個(gè)PTFE密封圈 (12)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種壓電晶體數(shù)字閥。其閥芯的結(jié)構(gòu)一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分，中間用小圓柱體連接而成.；在閥體腔內(nèi)的臺(tái)肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧的環(huán)形壓電晶體，閥芯大圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過(guò)壓縮彈簧孔后，其底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座的油口上，壓電晶體堆放置在閥芯大圓柱端與閥蓋之間。它以壓電晶體作為數(shù)字閥的驅(qū)動(dòng)器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數(shù)字閥高頻響與高壓、大流量間的矛盾，克服了壓電晶體輸出位移下，穩(wěn)定變化下輸出位移部穩(wěn)定的問(wèn)題。體積小，采用壓電晶體作為執(zhí)行器，節(jié)省閥的使用空間；頻響200Hz以上；工作壓力高，輸出流量大；閥的性能不受溫度變化的影響。
文檔編號(hào)F16K31/02GK201013920SQ20072010741
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者楊華勇, 歐陽(yáng)小平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)