CN102913496A

CN102913496A - 双向全桥2d电液比例方向阀

Info

Publication number: CN102913496A
Application number: CN2012104105889A
Authority: CN
Inventors: 李胜; 左强; 阮健
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN102913496B

Abstract

一种双向全桥2D电液比例方向阀，包括阀体和阀芯，左端比例电磁铁、左端压扭联轴器、阀芯、右端压扭联轴器和右端比例电磁铁五者共轴联接，阀芯的左端、左端套筒、左端固定板构成左端敏感腔，阀芯的右端、左端套筒和右端固定板构成右端敏感腔，两端敏感腔内的阀芯两端台肩表面分别开有一对轴对称的高压孔和一对轴对称的低压孔，两端敏感腔外的阀体的内表面设有一对轴对称的感受通道，感受通道的一端与敏感腔连通，感受通道的另一端覆盖相邻的高压孔和低压孔之间的区域。本发明不仅具有普通的导控型电液比例阀流量大、工作压力高等特点，而且在零压（失压）下也可以像直动式比例阀那样实现比例控制功能。

Description

双向全桥2D电液比例方向阀

技术领域

本发明涉及电液比例阀，尤其是一种电液比例方向阀。

背景技术

电液比例阀是电液比例控制技术的核心元件，它以传统的工业用液压控制阀为基础，采用模拟式电气—机械转换装置，将电气信号转换为位移信号，按输入电气信号指令，连续成比例地控制液压系统的液流压力、流量或方向等参数。电液比例阀与伺服控制系统中的电液伺服阀相比，虽然其性能在某些方面还有一定的差距。但是，其显著的优点是抗污染能力强，减少了由于污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性，因此更适合于工业过程。另一方面，比例阀的成本比伺服阀低，而且不包含敏感和精密的部件，更容易操作和保养，已在许多液压控制场合获得广泛的应用，如陶瓷地板砖制坯压力机、带钢轧的带钢恒张力控制、压力容器疲劳寿命试验机、液压电梯运动及控制系统、金属切削机床工作台运动控制、轧钢机压力及控制系统、液压冲床、弯管机和塑料注射成形机等。

现有技术中电液比例阀存在的缺陷：液动力大，阀芯易受摩擦力和油液污染影响而出现 “卡滞”现象。

发明内容

为了克服已有电液比例阀的液动力大，阀芯易受摩擦力和油液污染影响而出现 “卡滞”现象的不足，本发明提供一种不仅具有普通的导控型电液比例阀流量大、工作压力高等特点，而且能克服导控级油路失压或压力太低使整个阀无法正常工作和导控级泄漏流量较大的不足，使阀在零压（失压）下也可以像直动式比例阀那样实现比例控制功能的双向全桥2D电液比例方向阀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双向全桥2D电液比例方向阀，包括阀体和阀芯，所述阀芯可转动地安装在阀体内，所述双向全桥2D电液比例方向阀还包括左端比例电磁铁、右端比例电磁铁、用以将轴向压力转换成扭矩的左端压扭联轴器和右端压扭联轴器，所述左端比例电磁铁、左端压扭联轴器、阀芯、右端压扭联轴器和右端比例电磁铁五者共轴联接，所述左端比例电磁铁的输出轴与所述左端压扭联轴器的输入端接触，所述左端压扭联轴器的输出端与所述阀芯左端固定连接；所述右端比例电磁铁的输出轴与所述右端压扭联轴器的输入端接触，所述右端压扭联轴器的输出端与所述阀芯右端固定连接；

所述左端压扭联轴器外套装左端套筒，所述左端套筒与左端固定板连接，所述左端固定板与左端比例电磁铁连接，所述右端压扭联轴器外套装右端套筒，所述右端套筒与右端固定板连接，所述右端固定板与右端比例电磁铁连接；所述阀芯的左端、左端套筒、左端固定板构成左端敏感腔，阀芯的右端、左端套筒和右端固定板构成右端敏感腔，两端敏感腔内的阀芯两端台肩表面分别开有一对轴对称的高压孔和一对轴对称的低压孔，两端敏感腔外的阀体的内表面设有一对轴对称的感受通道，所述感受通道的一端与所述敏感腔连通，所述感受通道的另一端覆盖相邻的高压孔和低压孔之间的区域。

进一步，所述左端压扭联轴器包括左端压扭联轴器a段、左端支撑弹簧、左端簧片、左端压扭联轴器b段、左端钢球和左端滑动卡环，所述左端压扭联轴器b段与左端比例电磁铁输出轴接触，所述左端簧片一端与左端压扭联轴器b段固连，所述左端簧片另一端与左端压扭联轴器a段固连，所述左端扭联轴器b段通过左端钢球与左端套筒连接，左端套筒外套装左端滑动，所述左端套筒内壁设有供左端压扭联轴器b段轴向运动的半球型凹槽，左端压扭联轴器b段与阀体之间预压缩一段支撑弹簧。当然，所述右端压扭联轴器也可以选用其他类型的压扭联轴器。

所述右端压扭联轴器包括右端压扭联轴器a段、右端支撑弹簧、右端簧片、右端压扭联轴器b段、右端钢球和右端滑动卡环，所述右端压扭联轴器b段与右端比例电磁铁输出轴接触，所述右端簧片一端与右端压扭联轴器b段固连，所述右端簧片另一端与右端压扭联轴器a段固连，所述右端扭联轴器b段通过右端钢球与右端套筒连接，右端套筒外套装右端滑动，所述右端套筒内壁设有供右端压扭联轴器b段轴向运动的半球型凹槽，右端压扭联轴器b段与阀体之间预压缩一段支撑弹簧。当然，所述右端压扭联轴器也可以选用其他类型的压扭联轴器。

所述阀芯的两端安装堵头，所述套筒一端通过O型密封圈与所述固定板径向密封连接，所述套筒另一端通过O型密封圈与所述阀体一端径向密封连接。

本发明中，比例方向阀的“连续控制”，实质上除了能达到液流换向的作用外，还能通过控制方向阀阀芯的位置来调节阀口开度。因此，比例方向阀是一种兼有流量控制和方向控制两种功能的复合控制阀。

本发明的有益效果主要表现在：

1、针对比例电磁铁因磁饱和输出推力有限，提出了压扭放大驱动技术，将比例电磁铁对阀芯的驱动力放大，有效地消除了阀芯和阀芯孔之间的摩擦力等非线性因素对比例特性所造成的不利影响，同时，比例电磁铁和压扭联轴器都工作在湿式环境，摩擦阻力小，散热性能优越；

2、用阀芯的旋转和滑动的双运动自由度实现导控型电液比例换向（节流）阀功能，由阀芯转动使液压阻力桥路输出压力发生变化，进而产生静压力驱动阀芯轴向运动，在高压、大流量下可以有效地克服液动力（伯努利力）所造成的不利影响，有效提高了阀芯的轴向定位（主阀开口）精度；

3、双向全桥2D电液比例方向阀不仅具有普通的导控型电液比例阀流量大、工作压力高特点，而且在零压（失压）下也可以像直动式比例阀那样实现双向比例控制功能。

附图说明

图1为双向全桥2D电液比例方向阀的结构原理示意图。

图2是压扭联轴器的结构原理示意图。

图3为阀芯结构示意图。

图4a，4b和4c为本发明的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4c，一种双向全桥2D电液比例方向阀，包括左端比例电磁铁2、左端压扭联轴器a段28、左端套筒29、左端支撑弹簧30、左端簧片6、左端压扭联轴器b段32、左端固定板3、左端卡环5、左塞环8、左感受通道9、阀体10、阀芯11、右塞环26、右感受通道12、右端套筒14、右端卡环15、左端固定板18、左端比例电磁铁19、右端压扭联轴器a段25、右端支撑弹簧23、右端簧片22、右端压扭联轴器b段21、O型密封圈17、钢球4和16、限位螺栓7和13、固定螺栓1、20、24、27和31。

所述比例电磁铁2和19作为驱动双向全桥2D电液比例方向阀的电-机械转换器分别位于阀体10左端和右端，分别通过螺钉1和20与左端固定板3和右端固定板18相连接。

压扭联轴器是实现比例电磁铁衔铁的直线运动转为阀芯的扭转运动的结构。在这个过程中，可以充分利用2D阀液压导控桥路压力增益大（微小的转角即可使敏感腔d和g的压力发生较大变化）的特点，通过对压扭联轴器的合理设计，将驱动阀芯转动的扭转力矩放大，使阀芯与阀芯孔之间的摩擦力等非线性因素对比例特性的不利影响降低到最小程度。以左端压扭联轴器为例，如图2，包括螺钉31、压扭联轴器a段28、簧片6、螺钉27、压扭联轴器b段32、钢球4和套筒29。套筒29左端与固定板3保持径向密封，套筒29右端与阀体10保持径向密封。

由于整个压扭联轴器都浸在油液中，阀芯11与套筒29、固定板3配合构成敏感腔d，靠近敏感腔d端的阀芯11台肩表面上开设有两对轴对称的高压孔b和低压孔c。阀体10左端的内表面上开设有一对轴对称的直槽，为感受通道9，感受通道9的一端和敏感腔d相通，另一端与高压孔b和低压孔c构成阻力半桥，阻力半桥通过感受通道9控制敏感腔e内的压力。阀体10右端的内表面上也开设有一对轴对称的直槽，为感受通道12，感受通道12的一端和敏感腔g相通，另一端与高压孔f和低压孔e构成阻力半桥，阻力半桥通过感受通道12控制敏感腔g内的压力。

本实施例的工作原理：双向全桥2D电液比例方向阀结构原理见图1，压扭联轴器是联接阀芯与比例电磁铁的中间环节，其a段与阀芯杆固联，b段端面与比例电磁铁的推杆接触。为了限制压扭联轴器b段转动，但又不影响其轴向直动，其周向嵌入式分布四个钢球与套筒（通过滑动卡环卡死）内壁半球型凹槽作用。当比例电磁铁通电时，产生的推力作用于压扭联轴器b段端面，使压扭联轴器b段沿套筒内壁轴向运动，通过簧片受力变形，转换为压扭联轴器a段旋转，驱动阀芯转动。

考虑比例电磁铁只能施加单向推力，故设计阀芯为全桥左右对称结构，两组比例电磁铁和压扭联轴器分别位于阀体左右两端。左端压扭联轴器a段与阀芯左端固联，右端压扭联轴器a段与与阀芯右端固联，当左端（右端）比例电磁铁通电，右端（左端）比例电磁铁失电时，左端（右端）比例电磁铁推力通过簧片受力变形，转换为压扭联轴器a段旋转，驱动左端阀芯转动，同时，由于右端（左端）压扭联轴器a段存在旋转刚度，将约束右端阀芯旋转。为此，在两端压扭联轴器b段与阀体之间预压缩一段支撑弹簧，一方面有对中弹簧作用，一方面预压缩弹簧弹力将使簧片撑开，对两端扭联轴器a段有预扭作用。当左端（右端）比例电磁铁通电，右端（左端）比例电磁铁失电时，左端（右端）比例电磁铁推力将打破阀芯两端受力平衡，使左端（右端）压扭联轴器b段受压，左端（右端）压扭联轴器a段有逆（顺）时针旋转趋势，同时使右端（左端）压扭联轴器b段受拉，右端（左端）压扭联轴器a段也有逆（顺）时针旋转趋势，故，此时，阀芯将逆（顺）时针转动。

套筒外壁为一锥面，通过四个限位螺栓使套筒两端分别与阀体和固定板接触，当两端比例电磁铁失电，需要阀芯机械调零时，可以旋转两端套筒，使阀芯处于零位，然后移动滑动卡环，将两端套筒卡死，完成阀芯机械调零。

工作原理参见图4。在系统具有正常的工作压力时，机械调零后，如图4a，当左端比例电磁铁2通电，右端比例电磁铁19失电，左端压扭联轴器b段32受电磁推力，左端压扭联轴器a段28有逆时针旋转趋势，由于在右端压扭联轴器b段21与阀体10之间预压缩有一段支撑弹簧23，弹簧的支撑反力使右端压扭联轴器a段25有预扭转趋势，同时左端比例电磁铁2推力使右端压扭联轴器b段21受拉，使右端压扭联轴器a段25逆时针旋转，故，此时，阀芯11将逆时针转动，如图4b。阀芯11逆时针转动，使得左端台肩上的高压孔b与感受通道9的重叠面积增大、低压孔c与感受通道9的重叠面积减小，左边敏感腔d压力增加，同时，右端台肩上的高压孔f与感受通道12的重叠面积减小、低压孔e与感受通道12的重叠面积增加，右边敏感腔g压力减小，故阀芯11将向右运动。阀芯11向右运动，带动右端压扭联轴器a段25也向右运动，并使阀芯11顺时针转动。当阀芯11运动的位移与右端压扭联轴器a段25位移相同时，阀芯顺时针转回初始位置，且左端比例电磁铁2、阀芯11和右端压扭联轴器a段25向右运动的位移一致。如图4c。同理，当左端比例电磁铁2失电，右端比例电磁铁19通电，阀芯11将向左运动。

上述具体实施方式用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种双向全桥2D电液比例方向阀，包括阀体和阀芯，所述阀芯可转动地安装在阀体内，其特征在于：所述双向全桥2D电液比例方向阀还包括左端比例电磁铁、右端比例电磁铁、用以将轴向压力转换成扭矩的左端压扭联轴器和右端压扭联轴器，所述左端比例电磁铁、左端压扭联轴器、阀芯、右端压扭联轴器和右端比例电磁铁五者共轴联接，所述左端比例电磁铁的输出轴与所述左端压扭联轴器的输入端接触，所述左端压扭联轴器的输出端与所述阀芯左端固定连接；所述右端比例电磁铁的输出轴与所述右端压扭联轴器的输入端接触，所述右端压扭联轴器的输出端与所述阀芯右端固定连接；

2.如权利要求1所述的双向全桥2D电液比例方向阀，其特征在于：

所述左端压扭联轴器包括左端压扭联轴器a段、左端支撑弹簧、左端簧片、左端压扭联轴器b段、左端钢球和左端滑动卡环，所述左端压扭联轴器b段与左端比例电磁铁输出轴接触，所述左端簧片一端与左端压扭联轴器b段固连，所述左端簧片另一端与左端压扭联轴器a段固连，所述左端扭联轴器b段通过左端钢球与左端套筒连接，左端套筒外套装左端滑动，所述左端套筒内壁设有供左端压扭联轴器b段轴向运动的半球型凹槽，左端压扭联轴器b段与阀体之间预压缩一段支撑弹簧。

3.如权利要求1所述的双向全桥2D电液比例方向阀，其特征在于：

所述右端压扭联轴器包括右端压扭联轴器a段、右端支撑弹簧、右端簧片、右端压扭联轴器b段、右端钢球和右端滑动卡环，所述右端压扭联轴器b段与右端比例电磁铁输出轴接触，所述右端簧片一端与右端压扭联轴器b段固连，所述右端簧片另一端与右端压扭联轴器a段固连，所述右端扭联轴器b段通过右端钢球与右端套筒连接，右端套筒外套装右端滑动，所述右端套筒内壁设有供右端压扭联轴器b段轴向运动的半球型凹槽，右端压扭联轴器b段与阀体之间预压缩一段支撑弹簧。

4.如权利要求1~3之一所述的双向全桥2D电液比例方向阀，其特征在于：所述阀芯的两端安装堵头，所述套筒一端通过O型密封圈与所述固定板径向密封连接，所述套筒另一端通过O型密封圈与所述阀体一端径向密封连接。