一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀的制作方法

1.本发明涉及伺服阀技术领域，具体涉及一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀。


背景技术：

2.液控伺服阀主要是指电液伺服阀,它在接受电气模拟信号后，相应输出调制的流量和压力。它既是电液转换元件，也是功率放大元件，它能够将小功率的微弱电气输入信号转换为大功率的液压能(流量和压力)输出。在电液伺服系统中，它将电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与液压放大，可以说电液伺服阀是电液伺服系统控制的核心。
3.随着阀门技术的飞速发展，现有的液控伺服阀通常都具有反馈功能，如公开号cn207297964u的专利文献就公开了一种阀套可随动的机械反馈式数字液压缸，其伺服电机主轴与螺杆连接，螺杆另一端与阀芯内螺纹配合，阀芯嵌装于阀套内，螺杆带动阀芯沿阀套轴向滑动，阀套嵌装于阀体内，阀芯外侧壁设有多个凸台，阀套内侧壁设有与阀芯凸台相对应的流量控制窗口，阀芯和阀套配合构成三位四通液压阀，阀体侧壁径向设有与三位四通液压阀相对应的油路通孔，阀套在靠近缸体端设有内螺纹与滚珠丝杠外螺纹配合，阀套在滚珠丝杠带动下可沿阀体轴向滑动。该现有技术可通过阀套的随动实现液压缸的位置动态反馈，改善了阀芯的可控性。但在实际应用中，该现有技术仍然存在如下技术问题：1、该技术中衬套的上下移动是由安装在液压缸活塞杆内部的丝杠转动带动的，但由于丝杠行程长，直径受限，导致输出的扭矩较小。而衬套的直径较小，其在使用中受阀体和阀芯的内外摩擦力又较大，相应地导致输出流量受限，从而使得该技术只适用于液压缸较小、活塞杆行程较短、活塞杆速度较慢等流量较小的场合。反之，若将其应用于液压缸较大、活塞杆行程较长、活塞杆速度较快等流量较大的场合，则容易造成丝杠扭断。
4.2、该技术仅具备机械反馈而不具备电气反馈，在外部结构受限不具备电气反馈传感器的安装位置的情况下，导致其不能应用于电气反馈的场合。
5.3、该技术中阀芯仅通过伺服电机驱动，但受其结构所限，导致难以实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述技术问题，提供了一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，本发明采用了电机直接驱动衬套升降实现阀门的控制，并采用了阀芯伸出阀体可连接外部反馈，相较于现有电机直接驱动阀芯以及采用衬套作为丝杠反馈的结构来说，本发明一方面通过齿轮机构增大了电机的扭矩，使得阀门不仅可应用于流量较小的场合，也可应用于液压缸较大、活塞杆行程较长、活塞杆运动速度较快等流量较大的场合，同时反馈只需旋转阀芯，所需力矩较小，不容易造成丝杠扭断。另一方面则为电气反馈传感器的安装提供了位置，使得阀门既具有机械反馈功能，又具有电气反馈功能。再一方面还能实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：包括阀体、数字电机、衬套、阀芯、传感器和传动组件，阀体的上部设有内腔，阀体的下部设有与内腔相通的轴心孔；阀芯通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯的上端穿出内腔后与传感器连接，阀芯的下端穿出阀体后用于与被控对象连接；衬套螺纹连接在阀芯上，衬套的上部位于内腔中，且衬套的上部外表面设有驱动部；数字电机固定在阀体上部的侧面，传动组件的一端与驱动部连接，另一端伸出阀体与数字电机连接，数字电机可通过传动组件驱动衬套在阀芯上升降。
8.所述驱动部为驱动齿，传动组件通过驱动齿驱动衬套。
9.所述传动组件包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，第二锥齿轮与驱动部相啮合，第一锥齿轮的一端与第一锥齿轮相啮合，另一端伸出阀体与数字电机连接。
10.所述数字电机和传动组件的数量均至少为一套。
11.所述阀芯上一体成型有凸台，所述衬套上设有与凸台相对应的流量控制窗口，所述阀体上设有与流量控制窗口相对应的油路通孔，阀芯、衬套和阀体三者配合可构成三位四通阀或三位三通阀。
12.所述阀体的上端固定有用于封堵内腔的上盖板，下端固定有用于封堵轴心孔的下盖板。
13.所述上盖板和下盖板上均开设有供阀芯穿过的通孔。
14.采用本发明的优点在于：1、本发明所述的数字液压伺服控制阀的关键点改进在于将数字电机固定在阀体的侧面，并采用该数字电机直接驱动衬套升降实现阀门的控制，以及可采用直径较大的阀芯连接外部反馈，相较于现有电机直接驱动阀芯以及采用衬套作为丝杠反馈的结构来说，本发明一方面通过传动组件可增大数字电机的扭矩，从而使得阀门可应用于液压缸较大、活塞杆行程较长的场合，同时还不容易造成丝杠扭断。另一方面则为电气反馈传感器的安装提供了位置，具体可将传感器直接安装在阀体的端面用以测试阀芯的位置，使得阀门既具有机械反馈功能，又具有电气反馈功能，从而有利于适用不同场合。再一方面还能通过增加数字电机和传动组件的数量实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。
15.2、本发明采用两个锥齿轮与衬套上的驱动齿配合，具有增大扭矩、传力稳定、结构简单、控制高效的优点。
16.3、本发明可采用两套或更多套的数字电机和传动组件，既使得阀门的拓展功能更好，又为应用此阀的系统的稳定运行提供了安全保障。
17.4、本发明通过阀芯、衬套和阀体三者配合可构成三位四通阀或三位三通阀，有利于在不同工况场合下使用。
18.5、本发明分别通过上盖板和下盖板封堵内腔和轴心孔，有利于各组成的安装及后期维护。
19.6、本发明不仅适用于液压缸的控制，也适用于液压伺服控制的直线运动、旋转运动等场合。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明具有冗余功能时的原理图。
21.图中标记为：1、传感器，2、第一锥齿轮，3、上盖板，4、第二锥齿轮，5、下盖板，6、数字电机，7、阀体，8、衬套，9、阀芯。
具体实施方式
22.本发明提供了一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，该数字液压伺服控制阀可与液压缸、液压马达等被控对象配合使用。如图1所示，其包括阀体7、数字电机6、衬套8、阀芯9、传感器1、传动组件、上盖板3和下盖板5。其中，阀体7的上部设有内腔，该内腔可为圆形结构或方形结构，具体可由阀体7上端的端面向下开设。
23.阀体7的下部设有圆柱形的轴心孔，且该轴心孔与内腔相通。
24.上盖板3固定在阀体7的上端并封堵内腔，下盖板5固定在阀体7的下端并封堵轴心孔，且上盖板3和下盖板5上均开设有供阀芯9穿过的通孔。
25.阀芯9通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯9的上端依次穿过内腔和上盖板3后与传感器1连接，传感器1可采集阀芯9的旋转角度，从而为控制系统提供电气反馈信号。阀芯9的下端穿过下盖板5后伸出阀体7用于与被控对象的丝杠或其他结构连接，该阀芯9仅可在阀体7内旋转而不能上下移动。
26.衬套8螺纹连接在阀芯9上，衬套8的上部位于内腔中，且衬套8的上部外表面设有驱动部。优选的，驱动部可设为驱动齿，即可采用齿状结构作为驱动部。
27.数字电机6固定在阀体7上部的侧面，传动组件的一端与驱动部连接，另一端伸出阀体7与数字电机6连接，传动组件通过驱动齿驱动衬套8，数字电机6可通过传动组件驱动衬套8在阀芯9上升降。
28.另外，本发明的阀芯9上一体成型有凸台，衬套8上设有与凸台相对应的流量控制窗口，阀体7上设有与流量控制窗口相对应的油路通孔，阀芯9、衬套8和阀体7三者配合可构成旋转式滑阀结构的三位四通阀（具有油路通孔p\a\b\t）或三位三通阀（具有油路通孔p\a\t）。图1示出了本发明构成具有油路通孔p\a\b\t的三位四通阀，在实际应用时，通过改变衬套8与阀芯9的相对位置，可以改变油路通孔的压力方向及流量大小，从而可控制被控对象如液压缸、液压马达的运动方向、速度及位置。
29.需要说明的是，阀芯9、衬套8和阀体7三者配合构成三位四通阀或三位三通阀的结构为现有常规技术，在此不再赘述。
30.优选的，传动组件包括第一锥齿轮2和第二锥齿轮4，第二锥齿轮4与驱动部相啮合，第一锥齿轮2的一端与第一锥齿轮2相啮合，另一端伸出阀体7与数字电机6连接。本发明采用第一锥齿轮2和第二锥齿轮4作为传动组件，不仅可增大数字电机6的传动扭矩，还能够将数字电机6设置在阀体7侧面，从而为传感器1提供安装位置。实际使用时，数字电机6可通过第一锥齿轮2和第二锥齿轮4带动衬套8在阀芯9上旋转，打开衬套8与阀芯9间的流量控制窗口，油路通孔a/b分别输出压力油/回油或回油/压力油，控制被控对象动作，被控对象动作后，设置机械闭环反馈连接至阀芯9，带动阀芯9旋转，减少衬套8与阀芯9间的窗口，当衬套8与阀芯9间的窗口完全关闭合，被控对象停止运动，可以准确控制被控对象的位置。
31.另外，本发明可通过传感器1采集阀芯9的旋转角度为控制系统提供电气反馈信
号。具体的，通过电气反馈控制数字电机6反向旋转，通过控制电机旋转的速度、开启/关闭窗口的时间差来控制输出油的压力方向和流量，从而控制被控对象的位置、运动方向和速度。
32.优选的，由于本发明采用了特定的侧面数字电机6直接驱动衬套8升降实现阀门的控制，因此还可根据需要将数字电机6和传动组件的数量均至少为一套，例如，可根据需要将数字电机6和传动组件的数量均设置为两套或三套，从而实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。图2示出了采用两套数字电机6和传动组件的原理图，基于该原理图可知本发明可实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能，从而保障设备更加稳定的运行。
33.本发明所述的数字液压伺服控制阀在实际使用时可直接与被控对象直接安装在一起，也可以通过管路进行连接，其安装方式不受限制，使用更方便。
34.综合来说，本发明采用齿轮及螺纹等机构，可以有效放大数字电机6的输出力矩，只需一级液压放大，流量适用范围广。另外，传统的伺服阀需要电气反馈，本发明既可采用电气反馈，也可以采用机械闭环反馈，控制精度较高，并且可以方便设置保护功能，在控制电源消失的情况下也可精确保持被控对象的位置。
35.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

技术特征：
1.一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：包括阀体（7）、数字电机（6）、衬套（8）、阀芯（9）、传感器（1）和传动组件，阀体（7）的上部设有内腔，阀体（7）的下部设有与内腔相通的轴心孔；阀芯（9）通过轴承活动设置在轴心孔内，阀芯（9）的上端穿出内腔后与传感器（1）连接，阀芯（9）的下端穿出阀体（7）后用于与被控对象连接；衬套（8）螺纹连接在阀芯（9）上，衬套（8）的上部位于内腔中，且衬套（8）的上部外表面设有驱动部；数字电机（6）固定在阀体（7）上部的侧面，传动组件的一端与驱动部连接，另一端伸出阀体（7）与数字电机（6）连接，数字电机（6）可通过传动组件驱动衬套（8）在阀芯（9）上升降。2.根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述驱动部为驱动齿，传动组件通过驱动齿驱动衬套（8）。3.根据权利要求2所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述传动组件包括第一锥齿轮（2）和第二锥齿轮（4），第二锥齿轮（4）与驱动部相啮合，第一锥齿轮（2）的一端与第一锥齿轮（2）相啮合，另一端伸出阀体（7）与数字电机（6）连接。4.根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述数字电机（6）和传动组件的数量均至少为一套。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述阀芯（9）上一体成型有凸台，所述衬套（8）上设有与凸台相对应的流量控制窗口，所述阀体（7）上设有与流量控制窗口相对应的油路通孔，阀芯（9）、衬套（8）和阀体（7）三根据权利要求1所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述阀体（7）的上端固定有用于封堵内腔的上盖板（3），下端固定有用于封堵轴心孔的下盖板（5）。6.根据权利要求6所述的一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，其特征在于：所述上盖板（3）和下盖板（5）上均开设有供阀芯（9）穿过的通孔。

技术总结
本发明公开了一种带闭环反馈的数字液压伺服控制阀，包括阀体、数字电机、衬套、阀芯、传感器和传动组件，阀体的上部和下部分别设有内腔和轴心孔；阀芯活动设置在轴心孔内，阀芯的上端穿出内腔后与传感器连接，下端穿出阀体；衬套螺纹连接在阀芯上，衬套的上部位于内腔中，且衬套的上部外表面设有驱动部；数字电机固定在阀体上部的侧面，传动组件分别与驱动部和数字电机连接。本发明采用了电机直接驱动衬套升降实现阀门的控制，并采用了直径较大的阀芯作为丝杠的反馈，不仅增大了电机的扭矩，还为电气反馈传感器的安装提供了位置，使得阀门既具有机械反馈功能，又具有电气反馈功能，还能实现手动驱动、掉电保护、冗余驱动等拓展功能。能。能。


技术研发人员：贾小平 席波 彭博 夏瑜婷 陈金鹏
受保护的技术使用者：东方电气自动控制工程有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/2