專利名稱：一種增量式數字插裝溢流閥的制作方法
技術領域：
本發明屬于流體傳動與控制領域，涉及一種增量式數字插裝溢流閥。
背景技術：
數字閥區別于傳統開關型液壓閥和伺服液壓閥，易于實現復雜控制算法，完成動態自適應控制，在控制精度和響應頻率上有著極強的競爭力。因此，采用計算機控制的數字閥是液壓技術發展的必然趨勢。數字溢流閥作為數字閥類型之一，用于液壓系統的卸荷、穩壓。從脈沖調制方式上分，數字溢流閥分為增量式數字溢流閥和快速開關式數字溢流閥。增量式數字溢流閥采由脈沖數字調制實現增量控制方式，以步進電機作為電-機械轉換器，驅動液壓閥閥芯工作。而快速開關式數字閥采用脈寬調制式數字控制，由力矩馬達、螺管式電磁鐵或盤式電磁鐵等作為電-機轉換器，驅動液壓閥閥芯工作。從文獻來看，增量式數字溢流閥在將步進電機輸出的圓周運動轉化為直線運動的機械轉換時，普遍采用的是凸輪或偏心輪機構，如文獻《數字溢流閥的靜態特性及數字仿真[J]》(艾敏、朱派龍、曾勵，《江蘇機械制造與自動化》，1994，6，13-14)給出了一種數字溢流閥(該文獻僅給出原理性描述)，該閥由“計算機或驅動器發出信號控制步進電機，而步進電機又通過凸輪機構直接推動導閥閥芯移動，從而調定主閥的溢流壓力”；又如文獻《新型電液數字溢流閥的開發研究[J]》(張利平、魏澤鼎，《制造技術與機床》，2003,8:33-35)給出了新型數字溢流閥，該閥采用“步進電動機作電-機械轉換器旋轉，偏心輪機構作機械轉換器”。實際上，采用凸輪或偏心輪機構實現機械轉換，其本質通過凸輪或偏心輪的外形曲線或偏心軌跡實現閥芯直線運動。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，存在著凸輪機構不可規避的缺陷。再如中國專利申請，申請號為201110336820. 4的專利文獻《數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字閥機械轉換單元。如文獻《新型高壓水壓數字溢流閥的研究與開發[J]》(盧堃，唐兵，郝燕文，李桂花.《蘭州理工大學學報》，2007，33 (2)，62-64)給出一種用于水作為傳遞介質的數字液流閥，“其結構是步進電機的轉角位移通過滾珠絲桿轉換為閥芯的直線位移，從而閥芯打開一定開度，水通過數字溢流閥溢流，系統壓力下降到設定壓力狀態”。該文獻雖然在文字部分描述了使用滾珠絲杠實現閥芯的直線位移，然而在結構原理圖中卻未能披露滾珠絲杠和下位傳統鏈之間連接方式，也未能描述如何實現滾珠絲杠傳動副和液體介質的隔離，且該閥不具備先導特征，不具備插裝結構。使用滾珠絲杠傳動副用于增量式數字閥的機械轉換單元優于用凸輪或偏心輪機構作為機械轉換單元，但同時需要解決如下問題I)增量式數字溢流閥傳動鏈的組成及其位置關系；2)增量式數字溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導向結構；3)增量式數字溢流閥閥體的組合結構及插裝結構；
4)增量式數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字溢流閥實現大規模應用的癥結。解決如上問題需要從閥的原理和結構上入手，設計出具有合理結構的增量式數字溢流閥元件，特別是增量式插裝數字溢流閥元件。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種增量式數字插裝溢流閥。本發明采取的技術方案為一種增量式數字插裝溢流閥，包括電-機械轉換單元、先導閥和主閥；所述的電-機械轉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)通過聯軸器(26 )和滾珠絲杠(4 )連接；聯軸器(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)支撐并與聯軸器(26)相連；軸承(3)安裝于電機座(2)內；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；所述的先導閥包括先導閥閥芯(13)、先導閥彈簧(24)和先導閥閥座(23)、彈簧壓套(12)、先導閥閥芯擋板(17)、螺紋端蓋(16)、油堵(15)和壓力傳感器(14);先導閥閥座(23)上設有三個油孔，分別為第一油孔、第二油孔和先導閥回油孔，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，先導閥閥芯擋板(17)通過螺紋端蓋(16)固定在先導閥閥座(23)—端，其上設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，軸向孔與先導閥閥座(23)內的先導閥溢流腔連通；彈簧壓套(12)采取間隙配合的方式安裝在先導閥閥座(23)內，并與軸向連桿(7)緊固連接，彈簧壓套(12)內圓柱面設有臺階，臺階面上均布有軸向導油孔(30)，徑向上設置有與軸向通孔貫通的導油孔；先導閥閥芯(13)—端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套(12)內，另一端為錐體，先導閥彈簧(24)套在先導閥閥芯(13)上，兩端分別通過彈簧壓套(12)的臺階和先導閥閥芯(13)的錐體底面限位；先導閥閥芯(13)錐體的錐形面在先導閥彈簧(24)力的作用下封閉先導閥閥芯擋板(17)的軸向孔；先導閥回油孔開于先導閥閥座23靠近過渡座8的底端側面；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，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)和先導閥閥座(23)通過螺釘緊固連接。進一步地，上述先導閥閥芯(13)安裝在彈簧壓套(12)內的一端的端面加工有圓柱孔。進一步地，上述軸向導油孔(30)的數量為2 8個。進一步地，上述主閥閥套(22)和主閥閥座(20)結合面裝有防滑銷釘(18)。本發明有益效果在于，提供一種增量式數字插裝溢流閥，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-機械轉換結構及主閥、先導閥的位置關系，解決了增量式數字插裝溢流閥傳動鏈的組成及其位置關系；2)通過先導閥閥芯的彈簧壓套結構，增量式數字插裝溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導向問題；3)通過電機座、過渡座、主閥閥座和先導閥閥座的分離設計，解決了增量式數字插裝溢流閥閥體的組合結構并具備插裝性能；4)通過編碼器及壓力傳感器的布置，解決增量式數字插裝溢流閥的多信息傳感器檢測問題。
圖1為本發明一種增量式數字插裝溢流閥的結構示意圖；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 :內六角螺釘，12 :彈簧壓套，13 :先導閥閥芯，14 :壓力傳感器，15 :工藝油堵，16 :螺紋端蓋，17 :先導閥閥芯擋板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 :先導閥閥座，24 :先導閥彈簧，25 :彈簧擋圈，26 :聯軸器，27 :齒輪，28 :蓋板，29 :步進電機，30 :軸向導油孔。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為彈簧壓套結構示意圖；圖4為未使用本發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合說明書附圖對本發明進一步說明。一種增量式數字插裝溢流閥，包括電-機械轉換單元、先導閥和主閥；所述的電-機械轉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通過聯軸器26和滾珠絲杠4連接；聯軸器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，通過鍵連接至聯軸器26 ;軸承3安裝于電機座2內，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；所述的先導閥包括先導閥閥芯13、先導閥彈簧24和先導閥閥座23、彈簧壓套12、先導閥閥芯擋板17、螺紋端蓋16、油堵15和壓力傳感器14 ;先導閥閥座23上設有三個油孔，分別為第一、第二和先導閥回油孔，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，先導閥閥芯擋板17通過螺紋端蓋16固定在先導閥閥座23 —端，其上設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，軸向孔與先導閥閥座23內腔連通；彈簧壓套12采取間隙配合的方式安裝在先導閥閥座23內，并與軸向連桿7緊固連接，彈簧壓套12內圓柱面設有臺階，臺階面上均布有軸向導油孔30，徑向上設置有與軸向通孔貫通的導油孔；先導閥閥芯13 —端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套12內，另一端為錐體，先導閥彈簧24套在先導閥閥芯13上，兩端分別通過彈簧壓套12的臺階和先導閥閥芯13的錐體底面限位；先導閥閥芯13錐體的錐形面在先導閥彈簧24力的作用下封閉先導閥閥芯擋板17的軸向孔；先導閥回油孔開于先導閥閥座23靠近過渡座8的底端側面，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，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和先導閥閥座23通過螺釘緊固連接。為了補償擋圈10和內六角螺釘11移動帶來的行程損失，上述先導閥閥芯13安裝在彈簧壓套12內的一端的端面加工有圓柱孔。上述軸向導油孔30的數量為2 8個。為了便于安裝，上述主閥閥套22和主閥閥座20結合面裝有防滑銷釘18。如圖1所示一種增量式數字插裝溢流閥，其原理如下本發明基于步進電機的數字控制原理，實現了一種增量式數字插裝溢流閥的結構組成。當控制器接到改變溢流壓力的命令后，則向步進電機29發送脈沖信號(頻率信號)，步進電機29通過聯軸器26帶動滾珠絲杠4轉動，滾珠絲杠傳動副將圓周運動轉化為直線運動后帶動彈簧壓套12移動，彈簧壓套12和先導閥閥芯13發生相對位置變動，改變先導閥彈簧24的長度，從而改變作用在先導閥閥芯13上的軸向力，即實現自動調整先導閥的溢流壓力。該增量式數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，并經過先導閥閥座23和先導閥閥芯擋板17上的通孔流至先導閥閥芯13的錐面處。I)當P 口進油壓力小于先導閥設定壓力時，油壓打不開先導閥，主閥和先導閥均關閉。2)當P 口進油壓力大于先導閥設定壓力時，先導閥閥芯13發生移動，油壓打開先導閥，液壓油進入III腔，T 口排油，產生壓降。當II腔壓力降低至I腔壓力之下時，主閥打開，實現溢流后保持平衡。步進電機內部為開環控制，設置編碼器I用于檢測步進電機29發出的脈沖是否發生丟步，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，用于閉環控制及其他復雜算法。圖2顯示電機座，過渡座28，先導閥閥座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的結構組成，III腔的液壓油通過彈簧壓套12上的軸向導油孔30后經過T 口排出先導閥溢流腔；需進一步說明，該增量式數字插裝溢流閥可以實現動態過程的自適應控制，可結合神經網絡算法、模糊算法等算法實現智能控制。實施例1圖4為未使用本發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，組合結構大，電磁閥換向閥的故障對控制影響大，且無法實現更多的壓力調節。
應用本發明公開的一種增量式數字插裝溢流閥，則可代替該卸荷油路，極大減少了液壓元件，并可實現自動溢流壓力調節。
權利要求
1.一種增量式數字插裝溢流閥，其特征在于包括電-機械轉換單元、先導閥和主閥； 所述的電-機械轉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)通過聯軸器(26)和滾珠絲杠(4)連接；聯軸器(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)支撐并與聯軸器(26)相連；軸承(3)安裝于電機座(2)內；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； 所述的先導閥包括先導閥閥芯(13)、先導閥彈簧(24)和先導閥閥座(23)、彈簧壓套(12)、先導閥閥芯擋板(17)、螺紋端蓋(16)、油堵(15)和壓力傳感器(14);先導閥閥座(23)上設有三個油孔，分別為第一油孔、第二油孔和先導閥回油孔，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，先導閥閥芯擋板(17)通過螺紋端蓋(16)固定在先導閥閥座(23)—端，其上設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，軸向孔與先導閥閥座(23)內的先導閥溢流腔連通；彈簧壓套(12)采取間隙配合的方式安裝在先導閥閥座(23)內，并與軸向連桿(7)緊固連接，彈簧壓套(12)內圓柱面設有臺階，臺階面上均布有軸向導油孔(30)，徑向上設置有與軸向通孔貫通的導油孔；先導閥閥芯(13)—端采取間隙配合的方式安裝在彈簧壓套(12)內，另一端為錐體，先導閥彈簧(24)套在先導閥閥芯(13)上，兩端分別通過彈簧壓套(12)的臺階和先導閥閥芯(13)的錐體底面限位；先導閥閥芯(13)錐體的錐形面在先導閥彈簧(24)力的作用下封閉先導閥閥芯擋板(17)的軸向孔；先導閥回油孔開于先導閥閥座23靠近過渡座8的底端側面；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，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)和先導閥閥座(23)通過螺釘緊固連接。
2.根據權利要求1所述的增量式數字插裝溢流閥，其特征在于先導閥閥芯(13)安裝在彈簧壓套(12)內的一端的端面加工有圓柱孔。
3.根據權利要求1所述的增量式數字插裝溢流閥，其特征在于軸向導油孔(30)的數量為2 8個。
4.根據權利要求1所述的增量式數字插裝溢流閥，其特征在于主閥閥套(22)和主閥閥座(20)結合面裝有防滑銷釘(18)。
全文摘要
本發明屬于流體傳動與控制領域，涉及一種增量式數字插裝溢流閥，包括電-機械轉換單元、先導閥和主閥。本發明提供的一種增量式數字插裝溢流閥，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-機械轉換結構及主閥、先導閥的位置關系，解決了增量式數字插裝溢流閥傳動鏈的組成及其位置關系；2)通過先導閥閥芯的彈簧壓套結構，增量式數字插裝溢流閥滾珠絲杠下位傳動鏈的導向問題；3)通過電機座、過渡座、主閥閥座和先導閥閥座的分離設計，解決了增量式數字插裝溢流閥閥體的組合結構并具備插裝性能；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 優先權日2012年12月27日
發明者陳吉朋, 寇巖, 崔學琴 申請人:中國航空工業集團公司金城南京機電液壓工程研究中心