專利名稱：一種增量式數(shù)字插裝溢流閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體傳動與控制領(lǐng)域，涉及一種增量式數(shù)字插裝溢流閥。
背景技術(shù)：
數(shù)字閥區(qū)別于傳統(tǒng)開關(guān)型液壓閥和伺服液壓閥，易于實現(xiàn)復(fù)雜控制算法，完成動態(tài)自適應(yīng)控制，在控制精度和響應(yīng)頻率上有著極強的競爭力。因此，采用計算機控制的數(shù)字閥是液壓技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字溢流閥作為數(shù)字閥類型之一，用于液壓系統(tǒng)的卸荷、穩(wěn)壓。從脈沖調(diào)制方式上分，數(shù)字溢流閥分為增量式數(shù)字溢流閥和快速開關(guān)式數(shù)字溢流閥。增量式數(shù)字溢流閥采由脈沖數(shù)字調(diào)制實現(xiàn)增量控制方式，以步進電機作為電-機械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動液壓閥閥芯工作。而快速開關(guān)式數(shù)字閥采用脈寬調(diào)制式數(shù)字控制，由力矩馬達、螺管式電磁鐵或盤式電磁鐵等作為電-機轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動液壓閥閥芯工作。從文獻來看，增量式數(shù)字溢流閥在將步進電機輸出的圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動的機械轉(zhuǎn)換時，普遍采用的是凸輪或偏心輪機構(gòu)，如文獻《數(shù)字溢流閥的靜態(tài)特性及數(shù)字仿真[J]》(艾敏、朱派龍、曾勵，《江蘇機械制造與自動化》，1994，6，13-14)給出了一種數(shù)字溢流閥(該文獻僅給出原理性描述)，該閥由“計算機或驅(qū)動器發(fā)出信號控制步進電機，而步進電機又通過凸輪機構(gòu)直接推動導(dǎo)閥閥芯移動，從而調(diào)定主閥的溢流壓力”；又如文獻《新型電液數(shù)字溢流閥的開發(fā)研究[J]》(張利平、魏澤鼎，《制造技術(shù)與機床》，2003,8:33-35)給出了新型數(shù)字溢流閥，該閥采用“步進電動機作電-機械轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)，偏心輪機構(gòu)作機械轉(zhuǎn)換器”。實際上，采用凸輪或偏心輪機構(gòu)實現(xiàn)機械轉(zhuǎn)換，其本質(zhì)通過凸輪或偏心輪的外形曲線或偏心軌跡實現(xiàn)閥芯直線運動。然而凸輪加工困難，且容易磨損喪失其精度。偏心輪屬于凸輪的一種特殊形式，存在著凸輪機構(gòu)不可規(guī)避的缺陷。再如中國專利申請，申請?zhí)枮?01110336820. 4的專利文獻《數(shù)字式純水液壓比例溢流閥》也存在同樣的問題。此外，還有文獻描述將滾珠絲杠用于增量式數(shù)字閥機械轉(zhuǎn)換單元。如文獻《新型高壓水壓數(shù)字溢流閥的研究與開發(fā)[J]》(盧堃，唐兵，郝燕文，李桂花.《蘭州理工大學(xué)學(xué)報》，2007，33 (2)，62-64)給出一種用于水作為傳遞介質(zhì)的數(shù)字液流閥，“其結(jié)構(gòu)是步進電機的轉(zhuǎn)角位移通過滾珠絲桿轉(zhuǎn)換為閥芯的直線位移，從而閥芯打開一定開度，水通過數(shù)字溢流閥溢流，系統(tǒng)壓力下降到設(shè)定壓力狀態(tài)”。該文獻雖然在文字部分描述了使用滾珠絲杠實現(xiàn)閥芯的直線位移，然而在結(jié)構(gòu)原理圖中卻未能披露滾珠絲杠和下位傳統(tǒng)鏈之間連接方式，也未能描述如何實現(xiàn)滾珠絲杠傳動副和液體介質(zhì)的隔離，且該閥不具備先導(dǎo)特征，不具備插裝結(jié)構(gòu)。使用滾珠絲杠傳動副用于增量式數(shù)字閥的機械轉(zhuǎn)換單元優(yōu)于用凸輪或偏心輪機構(gòu)作為機械轉(zhuǎn)換單元，但同時需要解決如下問題I)增量式數(shù)字溢流閥傳動鏈的組成及其位置關(guān)系；2)增量式數(shù)字溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；3)增量式數(shù)字溢流閥閥體的組合結(jié)構(gòu)及插裝結(jié)構(gòu)；
4)增量式數(shù)字溢流閥的檢測方式及檢測元件安裝位置。上述問題正是制約增量式數(shù)字溢流閥實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的癥結(jié)。解決如上問題需要從閥的原理和結(jié)構(gòu)上入手，設(shè)計出具有合理結(jié)構(gòu)的增量式數(shù)字溢流閥元件，特別是增量式插裝數(shù)字溢流閥元件。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種增量式數(shù)字插裝溢流閥。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，包括電-機械轉(zhuǎn)換單元、先導(dǎo)閥和主閥；所述的電-機械轉(zhuǎn)換單元還包括步進電機(29)、滾珠絲杠(4)和絲杠螺母(5)、編碼器(I)、聯(lián)軸器(26)、軸向連桿(7)、蓋板(28)、電機座(2)和過渡座(8);步進電機(29)通過聯(lián)軸器(26 )和滾珠絲杠(4 )連接；聯(lián)軸器(26 )加工有輪齒，通過齒輪(27 )與編碼器(I)連接；滾珠絲杠(4)由軸承(3)支撐并與聯(lián)軸器(26)相連；軸承(3)安裝于電機座(2)內(nèi)；步進電機(29 )和編碼器(I)安裝于蓋板(28 )上，蓋板(28 )配作于電機座(2 )上，電機座(2 )和過渡座(8)緊固連接；滾珠絲杠(4)旋轉(zhuǎn)帶動絲杠螺母(5)作直線運動，絲杠螺母(5)和軸向連桿(7)緊固連接，安裝于過渡座(8)內(nèi)；所述的先導(dǎo)閥包括先導(dǎo)閥閥芯(13)、先導(dǎo)閥彈簧(24)和先導(dǎo)閥閥座(23)、彈簧壓套(12)、先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)、螺紋端蓋(16)、油堵(15)和壓力傳感器(14);先導(dǎo)閥閥座(23)上設(shè)有三個油孔，分別為第一油孔、第二油孔和先導(dǎo)閥回油孔，第一油孔采取油堵
(15)密封，第二油孔與主閥閥芯容積腔連通，先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)通過螺紋端蓋(16)固定在先導(dǎo)閥閥座(23)—端，其上設(shè)置有連通的徑向通孔和軸向孔，徑向通孔兩端分別與第一油孔、第二油孔連通，軸向孔與先導(dǎo)閥閥座(23)內(nèi)的先導(dǎo)閥溢流腔連通；彈簧壓套(12)采取間隙配合的方式安裝在先導(dǎo)閥閥座(23)內(nèi)，并與軸向連桿(7)緊固連接，彈簧壓套(12)內(nèi)圓柱面設(shè)有臺階，臺階面上均布有軸向?qū)в涂?30)，徑向上設(shè)置有與軸向通孔貫通的導(dǎo)油孔；先導(dǎo)閥閥芯(13)—端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套(12)內(nèi)，另一端為錐體，先導(dǎo)閥彈簧(24)套在先導(dǎo)閥閥芯(13)上，兩端分別通過彈簧壓套(12)的臺階和先導(dǎo)閥閥芯(13)的錐體底面限位；先導(dǎo)閥閥芯(13)錐體的錐形面在先導(dǎo)閥彈簧(24)力的作用下封閉先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)的軸向孔；先導(dǎo)閥回油孔開于先導(dǎo)閥閥座23靠近過渡座8的底端側(cè)面；壓力傳感器(14)安裝在第一油孔的垂直方向上；所述的主閥包括主閥閥座(2O )、主閥閥芯(21)、主閥閥套(22 );主閥彈簧(19 )裝于主閥閥芯(21)內(nèi)，主閥閥芯(21)外圓面和主閥閥套(22)之間采取間隙配合，主閥閥芯
(21)、主閥閥套(22)底端開有通孔；主閥閥座(20)和先導(dǎo)閥閥座(23)通過螺釘緊固連接。進一步地，上述先導(dǎo)閥閥芯(13)安裝在彈簧壓套(12)內(nèi)的一端的端面加工有圓柱孔。進一步地，上述軸向?qū)в涂?30)的數(shù)量為2 8個。進一步地，上述主閥閥套(22)和主閥閥座(20)結(jié)合面裝有防滑銷釘(18)。本發(fā)明有益效果在于，提供一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，解決如下問題1)給出了包括編碼器、步進電機、滾珠絲杠的電-機械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及主閥、先導(dǎo)閥的位置關(guān)系，解決了增量式數(shù)字插裝溢流閥傳動鏈的組成及其位置關(guān)系；2)通過先導(dǎo)閥閥芯的彈簧壓套結(jié)構(gòu)，增量式數(shù)字插裝溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導(dǎo)向問題；3)通過電機座、過渡座、主閥閥座和先導(dǎo)閥閥座的分離設(shè)計，解決了增量式數(shù)字插裝溢流閥閥體的組合結(jié)構(gòu)并具備插裝性能；4)通過編碼器及壓力傳感器的布置，解決增量式數(shù)字插裝溢流閥的多信息傳感器檢測問題。


圖1為本發(fā)明一種增量式數(shù)字插裝溢流閥的結(jié)構(gòu)示意圖；1:編碼器，2 :電機座，3 :軸承，4 :滾珠絲杠，5 :絲杠螺母，6 :開口螺釘，7 :軸向連桿，8 :過渡座，9 :密封圈，10 :擋圈，11 :內(nèi)六角螺釘，12 :彈簧壓套，13 :先導(dǎo)閥閥芯，14 :壓力傳感器，15 :工藝油堵，16 :螺紋端蓋，17 :先導(dǎo)閥閥芯擋板18 :防滑銷釘，19 :主閥彈簧，20 :主閥閥座，21 :主閥閥芯，22 :主閥閥套，23 :先導(dǎo)閥閥座，24 :先導(dǎo)閥彈簧，25 :彈簧擋圈，26 :聯(lián)軸器，27 :齒輪，28 :蓋板，29 :步進電機，30 :軸向?qū)в涂?。P為進油口，T為油箱接口，I為進油腔，II為主閥閥芯容積腔，III為先導(dǎo)閥溢流腔；圖2為圖1中A-A方向剖面圖；圖3為彈簧壓套結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為未使用本發(fā)明的一種大流量插裝式溢流閥的卸荷方式。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進一步說明。一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，包括電-機械轉(zhuǎn)換單元、先導(dǎo)閥和主閥；所述的電-機械轉(zhuǎn)換單元還包括步進電機29、滾珠絲杠4和絲杠螺母5、編碼器1、聯(lián)軸器26、軸向連桿7、蓋板28、電機座2和過渡座8 ;步進電機29通過聯(lián)軸器26和滾珠絲杠4連接；聯(lián)軸器26加工有輪齒，通過齒輪27與編碼器I連接；滾珠絲杠4由軸承3支撐，通過鍵連接至聯(lián)軸器26 ;軸承3安裝于電機座2內(nèi)，并由彈簧擋圈25限位；步進電機29和編碼器I安裝于蓋板28上，蓋板28配作于電機座2上，電機座2和過渡座8緊固連接；滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)帶動絲杠螺母5作直線運動，絲杠螺母5和軸向連桿7通過開口螺釘6緊固連接，安裝于過渡座8內(nèi)；所述的先導(dǎo)閥包括先導(dǎo)閥閥芯13、先導(dǎo)閥彈簧24和先導(dǎo)閥閥座23、彈簧壓套12、先導(dǎo)閥閥芯擋板17、螺紋端蓋16、油堵15和壓力傳感器14 ;先導(dǎo)閥閥座23上設(shè)有三個油孔，分別為第一、第二和先導(dǎo)閥回油孔，第一油孔采取油堵15密封，第二油孔與主閥閥芯容積腔II連通，先導(dǎo)閥閥芯擋板17通過螺紋端蓋16固定在先導(dǎo)閥閥座23 —端，其上設(shè)置有連通的徑向通孔和軸向孔，徑向通孔兩端分別與第一油孔、第二油孔連通，軸向孔與先導(dǎo)閥閥座23內(nèi)腔連通；彈簧壓套12采取間隙配合的方式安裝在先導(dǎo)閥閥座23內(nèi)，并與軸向連桿7緊固連接，彈簧壓套12內(nèi)圓柱面設(shè)有臺階，臺階面上均布有軸向?qū)в涂?0，徑向上設(shè)置有與軸向通孔貫通的導(dǎo)油孔；先導(dǎo)閥閥芯13 —端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套12內(nèi)，另一端為錐體，先導(dǎo)閥彈簧24套在先導(dǎo)閥閥芯13上，兩端分別通過彈簧壓套12的臺階和先導(dǎo)閥閥芯13的錐體底面限位；先導(dǎo)閥閥芯13錐體的錐形面在先導(dǎo)閥彈簧24力的作用下封閉先導(dǎo)閥閥芯擋板17的軸向孔；先導(dǎo)閥回油孔開于先導(dǎo)閥閥座23靠近過渡座8的底端側(cè)面，與油箱接口 T相連；壓力傳感器14安裝在第一油孔的垂直方向上；先導(dǎo)閥閥座23端面上供軸向連桿7通過的圓柱孔由密封圈9密封；軸向連桿7和彈簧壓套通過擋圈10和內(nèi)六角螺釘11緊固。所述的主閥包括主閥閥座20、主閥閥芯21、主閥閥套22 ;主閥彈簧19裝于主閥閥芯21內(nèi)，主閥閥芯21外圓面和主閥閥套22之間采取間隙配合，主閥閥芯21、主閥閥套22底端開有通孔；主閥閥座20和先導(dǎo)閥閥座23通過螺釘緊固連接。為了補償擋圈10和內(nèi)六角螺釘11移動帶來的行程損失，上述先導(dǎo)閥閥芯13安裝在彈簧壓套12內(nèi)的一端的端面加工有圓柱孔。上述軸向?qū)в涂?0的數(shù)量為2 8個。為了便于安裝，上述主閥閥套22和主閥閥座20結(jié)合面裝有防滑銷釘18。如圖1所示一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，其原理如下本發(fā)明基于步進電機的數(shù)字控制原理，實現(xiàn)了一種增量式數(shù)字插裝溢流閥的結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)控制器接到改變溢流壓力的命令后，則向步進電機29發(fā)送脈沖信號(頻率信號)，步進電機29通過聯(lián)軸器26帶動滾珠絲杠4轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠傳動副將圓周運動轉(zhuǎn)化為直線運動后帶動彈簧壓套12移動，彈簧壓套12和先導(dǎo)閥閥芯13發(fā)生相對位置變動，改變先導(dǎo)閥彈簧24的長度，從而改變作用在先導(dǎo)閥閥芯13上的軸向力，即實現(xiàn)自動調(diào)整先導(dǎo)閥的溢流壓力。該增量式數(shù)字插裝溢流閥工作時，液壓油從P 口進入I腔，通過主閥閥芯22下端的阻尼孔進入II腔，并經(jīng)過先導(dǎo)閥閥座23和先導(dǎo)閥閥芯擋板17上的通孔流至先導(dǎo)閥閥芯13的錐面處。I)當(dāng)P 口進油壓力小于先導(dǎo)閥設(shè)定壓力時，油壓打不開先導(dǎo)閥，主閥和先導(dǎo)閥均關(guān)閉。2)當(dāng)P 口進油壓力大于先導(dǎo)閥設(shè)定壓力時，先導(dǎo)閥閥芯13發(fā)生移動，油壓打開先導(dǎo)閥，液壓油進入III腔，T 口排油，產(chǎn)生壓降。當(dāng)II腔壓力降低至I腔壓力之下時，主閥打開，實現(xiàn)溢流后保持平衡。步進電機內(nèi)部為開環(huán)控制，設(shè)置編碼器I用于檢測步進電機29發(fā)出的脈沖是否發(fā)生丟步，并方便檢測機械傳動的零位。壓力傳感器用于實時檢測溢流閥工作壓力，用于閉環(huán)控制及其他復(fù)雜算法。圖2顯示電機座，過渡座28，先導(dǎo)閥閥座23基本形狀呈方形，閥體連接法蘭處帶有圓角，主閥閥座20為圓柱形，具備插裝特性。圖3說明彈簧壓套12的結(jié)構(gòu)組成，III腔的液壓油通過彈簧壓套12上的軸向?qū)в涂?0后經(jīng)過T 口排出先導(dǎo)閥溢流腔；需進一步說明，該增量式數(shù)字插裝溢流閥可以實現(xiàn)動態(tài)過程的自適應(yīng)控制，可結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊算法等算法實現(xiàn)智能控制。實施例1圖4為未使用本發(fā)明的一種大流量插裝閥和溢流閥組合的卸荷方式。其中4組溢流閥設(shè)定不同的壓力，通過各自的電磁閥來控制是否啟用，最多可組合成16-1=15級壓力值，然而這種卸荷油路元件多，組合結(jié)構(gòu)大，電磁閥換向閥的故障對控制影響大，且無法實現(xiàn)更多的壓力調(diào)節(jié)。
應(yīng)用本發(fā)明公開的一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，則可代替該卸荷油路，極大減少了液壓元件，并可實現(xiàn)自動溢流壓力調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，其特征在于包括電-機械轉(zhuǎn)換單元、先導(dǎo)閥和主閥； 所述的電-機械轉(zhuǎn)換單元還包括步進電機(29)、滾珠絲杠(4)和絲杠螺母(5)、編碼器(I)、聯(lián)軸器(26)、軸向連桿(7)、蓋板(28)、電機座(2)和過渡座(8);步進電機(29)通過聯(lián)軸器(26)和滾珠絲杠(4)連接；聯(lián)軸器(26)加工有輪齒，通過齒輪(27)與編碼器(I)連接；滾珠絲杠(4)由軸承(3)支撐并與聯(lián)軸器(26)相連；軸承(3)安裝于電機座(2)內(nèi)；步進電機(29 )和編碼器(I)安裝于蓋板(28 )上，蓋板(28 )配作于電機座(2 )上，電機座(2 )和過渡座(8)緊固連接；滾珠絲杠(4)旋轉(zhuǎn)帶動絲杠螺母(5)作直線運動，絲杠螺母(5)和軸向連桿(7)緊固連接，安裝于過渡座(8)內(nèi)； 所述的先導(dǎo)閥包括先導(dǎo)閥閥芯(13)、先導(dǎo)閥彈簧(24)和先導(dǎo)閥閥座(23)、彈簧壓套(12)、先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)、螺紋端蓋(16)、油堵(15)和壓力傳感器(14);先導(dǎo)閥閥座(23)上設(shè)有三個油孔，分別為第一油孔、第二油孔和先導(dǎo)閥回油孔，第一油孔采取油堵(15)密封，第二油孔與主閥閥芯容積腔連通，先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)通過螺紋端蓋(16)固定在先導(dǎo)閥閥座(23)—端，其上設(shè)置有連通的徑向通孔和軸向孔，徑向通孔兩端分別與第一油孔、第二油孔連通，軸向孔與先導(dǎo)閥閥座(23)內(nèi)的先導(dǎo)閥溢流腔連通；彈簧壓套(12)采取間隙配合的方式安裝在先導(dǎo)閥閥座(23)內(nèi)，并與軸向連桿(7)緊固連接，彈簧壓套(12)內(nèi)圓柱面設(shè)有臺階，臺階面上均布有軸向?qū)в涂?30)，徑向上設(shè)置有與軸向通孔貫通的導(dǎo)油孔；先導(dǎo)閥閥芯(13)—端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套(12)內(nèi)，另一端為錐體，先導(dǎo)閥彈簧(24)套在先導(dǎo)閥閥芯(13)上，兩端分別通過彈簧壓套(12)的臺階和先導(dǎo)閥閥芯(13)的錐體底面限位；先導(dǎo)閥閥芯(13)錐體的錐形面在先導(dǎo)閥彈簧(24)力的作用下封閉先導(dǎo)閥閥芯擋板(17)的軸向孔；先導(dǎo)閥回油孔開于先導(dǎo)閥閥座23靠近過渡座8的底端側(cè)面；壓力傳感器(14)安裝在第一油孔的垂直方向上； 所述的主閥包括主閥閥座(20)、主閥閥芯(21 )、主閥閥套(22);主閥彈簧(19)裝于主閥閥芯(21)內(nèi)，主閥閥芯(21)外圓面和主閥閥套(22)之間采取間隙配合，主閥閥芯(21)、主閥閥套(22)底端開有通孔；主閥閥座(20)和先導(dǎo)閥閥座(23)通過螺釘緊固連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增量式數(shù)字插裝溢流閥，其特征在于先導(dǎo)閥閥芯(13)安裝在彈簧壓套(12)內(nèi)的一端的端面加工有圓柱孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增量式數(shù)字插裝溢流閥，其特征在于軸向?qū)в涂?30)的數(shù)量為2 8個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增量式數(shù)字插裝溢流閥，其特征在于主閥閥套(22)和主閥閥座(20)結(jié)合面裝有防滑銷釘(18)。
全文摘要
本發(fā)明屬于流體傳動與控制領(lǐng)域，涉及一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，包括電-機械轉(zhuǎn)換單元、先導(dǎo)閥和主閥。本發(fā)明提供的一種增量式數(shù)字插裝溢流閥，解決如下問題1)給出了包括編碼器、步進電機、滾珠絲杠的電-機械轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及主閥、先導(dǎo)閥的位置關(guān)系，解決了增量式數(shù)字插裝溢流閥傳動鏈的組成及其位置關(guān)系；2)通過先導(dǎo)閥閥芯的彈簧壓套結(jié)構(gòu)，增量式數(shù)字插裝溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導(dǎo)向問題；3)通過電機座、過渡座、主閥閥座和先導(dǎo)閥閥座的分離設(shè)計，解決了增量式數(shù)字插裝溢流閥閥體的組合結(jié)構(gòu)并具備插裝性能；4)通過編碼器及壓力傳感器的布置，解決增量式數(shù)字插裝溢流閥的多信息傳感器檢測問題。
文檔編號F16K17/10GK103062462SQ20121057850
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者陳吉朋, 寇巖, 崔學(xué)琴 申請人:中國航空工業(yè)集團公司金城南京機電液壓工程研究中心