采用螺旋阀口的液压滑阀

摘要

一种液压伺服控制技术领域的采用螺旋阀口的液压滑阀，包括：带有螺旋槽的阀芯、带有螺旋窗口的阀套和带有密封软垫的套筒，阀芯与阀套连接，阀套与套筒固定连接且阀套的外表面与套筒的软垫面接触。本发明避免了采用机械式转换器带来的惯量大、摩擦力大和机械磨损对阀特性的影响，微电机替代传统伺服阀的先导级，降低了加工难度且具有无零位油耗、油质要求低等突出优点，使开发超高压、一体化的液压伺服元件成为可能，适合于高功率密度液压驱动的应用场合。

权利要求

1.一种采用螺旋阀口的液压滑阀，包括：带有螺旋槽的阀芯、带有螺旋窗口的阀套和带有密封软垫的套筒，其特征在于：阀芯与阀套连接，阀套与套筒固定连接且阀套的外表面与套筒的软垫面接触，所述的阀套上设有螺旋窗口，该螺旋窗口的螺旋升角与阀芯的螺旋槽的螺旋升角一致；

所述的阀芯包括：主轴、螺旋槽轴段、尾段、连接套管和开孔套管，其中：主轴、螺旋槽轴段、尾段依次串联连接，螺旋槽轴段与阀套连接，连接套管设置于开孔套管内部，开孔套管设置于主轴内部，连接套管与主轴连通，开孔套管与螺旋槽轴段连通，所述的螺旋槽轴段的外表面上设有高压油螺旋槽、控制油螺旋槽和回油螺旋槽；

所述的螺旋槽轴段高压油螺旋槽、控制油螺旋槽和回油螺旋槽的螺旋升角均一致且相互之间平行且等距；

所述的螺旋窗口截面的高度等于高压油螺旋槽的下棱边与回油螺旋槽的上棱边之间的轴向距离；

所述的阀芯的螺旋槽与阀套的螺旋窗口相匹配，构成螺旋阀口，该阀口的开度与电机旋转角度成比例且比例系数与阀芯半径和螺旋升角有关。

2.根据权利要求1所述的采用螺旋阀口的液压滑阀，其特征是，所述的开孔套管上设有高压油孔。

3.根据权利要求1所述的采用螺旋阀口的液压滑阀，其特征是，所述的阀芯、阀套和套筒均为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的采用螺旋阀口的液压滑阀，其特征是，所述的螺旋窗口为以两排且180°对称等距的排布方式分布于阀套上。

说明书

采用螺旋阀口的液压滑阀

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种液压伺服控制技术领域的装置，具体是一种采用螺旋阀口的液压滑阀。

背景技术

[0002] 伺服阀是液压控制技术的关键部件，传统的伺服阀采用喷嘴挡板或射流管作为先导级，其缺点是加工困难，对油液要求高，可靠性低。电机的驱动力大且控制方法成熟，采用微电机作为伺服阀的先导级驱动伺服阀的阀芯动作，具有无零位油耗、油质要求低等突出优点。如何实现电机旋转运动与阀芯直线运动的转换，目前主要有两种方式：一种是增量式数字阀，以步进电机作为电/机械转换器，再通过机械式转换器如丝杠-螺母、凸轮机构或齿轮-齿条将电机的旋转运动转换为直线运动，驱动液压阀芯工作。由于采用机械式转换器，惯量大、固有频率低，频响性能受到限制；摩擦力等非线性影响因素大，不利于伺服控制；机械磨损严重，导致控制上的未知死区和零点漂移。另一种是2D电液数字阀，通过阀芯上的高低压小孔与阀套内表面开设的螺旋槽相配合构成阻力半桥，螺旋半桥先导级控制阀芯端部敏感腔的压力，驱动阀芯运动。由于先导阀的尺寸非常小、加工精度要求很高，控制特性受元件尺寸和形状误差的影响大；先导阀口两个微小的弓形节流面积决定了控制腔的压力，由于阀芯偏心、摩擦力、加工精度等因素的影响，很难确定阀芯轴向力平衡时阀芯的轴向位移，转动角位移与轴向直线位移的线性转换是一种理想的状态，甚至主阀的零位也很难保证。

发明内容

[0003] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种采用螺旋阀口的液压滑阀，该结构避免了采用机械式转换器带来的惯量大、摩擦力大和机械磨损对阀特性的影响，微电机替代传统伺服阀的先导级，降低了加工难度且具有无零位油耗、油质要求低等突出优点，使开发超高压、一体化的液压伺服元件成为可能，适合于高功率密度液压驱动的应用场合。

[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：带有螺旋槽的阀芯、带有螺旋窗口的阀套和带有密封软垫的套筒，其中：阀芯与阀套连接，阀套与套筒固定连接且阀套的外表面与套筒的软垫面接触。

[0005] 所述的阀芯包括：主轴、螺旋槽轴段、尾段、连接套管和开孔套管，其中：主轴、螺旋槽轴段、尾段依次串联连接，螺旋槽轴段与阀套连接，连接套管设置于开孔套管内部，开孔套管设置于主轴内部，连接套管与主轴连通，开孔套管与螺旋槽轴段连通。

[0006] 所述的开孔套管上设有高压油孔。

[0007] 所述的螺旋槽轴段的外表面上设有高压油螺旋槽、控制油螺旋槽和回油螺旋槽，三个螺旋槽的螺旋升角均一致且相互之间平行且等距。

[0008] 所述的阀套上设有两排180°对称的等距螺旋窗口，该螺旋窗口的螺旋升角与阀芯的螺旋槽的螺旋升角一致，螺旋窗口截面的高度等于高压油螺旋槽的下棱边与回油螺旋槽的上棱边之间的轴向距离，保证阀芯处于中间位置时控制油螺旋槽与高压油螺旋槽和回油螺旋槽均不连通。

[0009] 所述的阀芯的螺旋槽与阀套的螺旋窗口相匹配，构成螺旋阀口，该阀口的开度与电机旋转角度成比例且比例系数与阀芯半径和螺旋升角有关。

[0010] 所述的阀芯、阀套和套筒均为圆柱形。

[0011] 所述的套筒内层嵌套起密封作用的软垫，保证阀套各螺旋窗口之间不串油。套筒与阀套之间位置固定无相对运动。

[0012] 阀芯在阀套的中心孔内正反旋转运动，改变所述阀芯的螺旋槽与阀套螺旋窗口的相对位置，高压油螺旋槽与控制油螺旋槽或者控制油螺旋槽与回油螺旋槽通过阀套的螺旋窗口连通。

[0013] 所述的阀芯各组成部分之间位置固定无相对运动。阀芯的连接套管的外壁和阀芯开孔套管的内孔、阀芯主轴的内孔之间形成的容腔与高压油连通，构成高压油腔。阀芯开孔套管的高压油孔与高压油螺旋槽内的径向孔相通，实现高压油腔与高压螺旋槽的连通。回油螺旋槽通过阀芯主轴上设置的轴向孔与回油腔连通。控制油螺旋槽通过阀芯尾段上设置的轴向孔与控制油腔连通。控制油腔通过连接套管的内孔与主轴上部连通，用于平衡阀芯两端所受的油压。

[0014] 本发明的阀芯处于中间位置时，控制油螺旋槽定位于螺旋窗口的正中间，高压油螺旋槽的下棱边与螺旋窗口的上棱边重合，回油螺旋槽的上棱边与螺旋窗口的下棱边重合。

[0015] 微电机通过阀芯主轴带动阀芯整体旋转，当阀芯正向旋转时，高压油螺旋槽、控制油螺旋槽和回油螺旋槽相对于螺旋窗口上升，由回油螺旋槽的上棱边与螺旋窗口的下棱边相匹配构成了螺旋阀口，阀口开度与电机旋转角度成比例且比例系数与阀芯半径和螺旋升角有关，控制油与回油通过螺旋阀口连通，控制油腔中的油液经过阀芯尾段上设置的轴向孔流入控制油螺旋槽，再经由开启的螺旋阀口流入回油螺旋槽，然后通过阀芯主轴上开设的轴向孔流入回油腔中。

[0016] 当阀芯反向旋转时，高压油螺旋槽、控制油螺旋槽和回油螺旋槽相对于螺旋窗口下降，由高压油螺旋槽的下棱边与螺旋窗口的上棱边相匹配构成了螺旋阀口，高压油与控制油通过螺旋阀口沟通，高压油腔中的油液经过阀芯开孔套管的高压油孔以及阀芯螺旋槽段上设置的径向孔流入高压油螺旋槽，再经由开启的螺旋阀口流入控制油螺旋槽，然后通过阀芯尾段上设置的轴向孔流入控制油腔中。

[0017] 本发明采用螺旋阀口技术将电机旋转运动直接转换成阀芯直线运动，从根本上避免了采用机械式转换器带来的惯量大、摩擦力大和机械磨损等对阀特性的影响，解决了微电机控制伺服阀最为关键的运动方式转换问题。本发明采用电机驱动，该驱动力大且控制方法成熟，采用微电机作为伺服阀的先导级驱动伺服阀的阀芯动作，具有无零位油耗、油质要求低等突出优点。本发明采用软垫密封阀套套装技术，解决了阀套螺旋窗口加工工艺性问题。

[0018] 本发明是研制新型的微电机控制伺服阀和伺服油缸的基础，突破传统伺服阀的结构形式，降低加工难度，使开发超高压、一体化的液压伺服元件成为可能，适合于高功率密度液压驱动的应用场合。

附图说明

[0019] 图1为实施例1的结构示意图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0021] 实施例

[0022] 如图1所示，本实施例包括：带有螺旋槽的阀芯1、带有螺旋窗口的阀套2和带有密封软垫的套筒3，其中：阀芯1与阀套2连接，阀套2与套筒3固定连接且阀套2的外表面与套筒3的软垫面接触。

[0023] 所述的阀芯1包括：主轴4、螺旋槽轴段5、尾段6、连接套管7和开孔套管8，其中：主轴4、螺旋槽轴段5、尾段6依次串联连接，螺旋槽轴段5与阀套2连接，连接套管7设置于开孔套管8内部，开孔套管8设置于主轴4内部，连接套管7一端与控制油腔15连通另一端与主轴4上部连通，开孔套管8上部与高压油腔13连通侧孔与高压油螺旋槽9连通。

[0024] 所述的开孔套管8上设有高压油孔。

[0025] 所述的螺旋槽轴段5的外表面上设有高压油螺旋槽9、控制油螺旋槽10和回油螺旋槽11，三个螺旋槽9、10、11的螺旋升角均一致且相互之间平行且等距。

[0026] 所述的阀套2上设有两排180°对称的等距螺旋窗口12，该螺旋窗口的螺旋升角与阀芯1螺旋槽的螺旋升角一致，螺旋窗口12截面的高度等于高压油螺旋槽9的下棱边与回油螺旋槽11的上棱边之间的轴向距离，保证阀芯1处于中间位置时控制油螺旋槽10与高压油螺旋槽9和回油螺旋槽11均不连通。

[0027] 所述的阀芯1的螺旋槽与阀套2的螺旋窗口12相匹配，构成螺旋阀口，该阀口的开度与电机旋转角度成比例且比例系数与阀芯1半径和螺旋升角有关。

[0028] 所述的阀芯1、阀套2和套筒3均为圆柱形。

[0029] 所述的套筒3内层嵌套起密封作用的软垫，保证阀套2各螺旋窗口12之间不串油。套筒3与阀套2之间位置固定无相对运动。

[0030] 所述的阀芯1各组成部分之间位置固定无相对运动。阀芯1的连接套管7的外壁和阀芯1开孔套管8的内孔、阀芯1主轴4的内孔之间形成的容腔与高压油连通，构成高压油腔13。阀芯1开孔套管8的高压油孔与高压油螺旋槽9内的径向孔相通，实现高压油腔13与高压螺旋槽的连通。回油螺旋槽11通过阀芯1主轴4上设置的轴向孔与回油腔14连通。控制油螺旋槽10通过阀芯1尾段6上设置的轴向孔与控制油腔15连通。控制油腔15通过连接套管7的内孔与主轴4上部连通，用于平衡阀芯1两端所受的油压。

[0031] 本装置的阀芯1处于中间位置时，控制油螺旋槽10定位于螺旋窗口12的正中间，高压油螺旋槽9的下棱边与螺旋窗口12的上棱边重合，回油螺旋槽11的上棱边与螺旋窗口12的下棱边重合。

[0032] 微电机通过阀芯1主轴4带动阀芯1整体旋转，当阀芯1正向旋转时，高压油螺旋槽9、控制油螺旋槽10和回油螺旋槽11相对于螺旋窗口12上升，由回油螺旋槽11的上棱边与螺旋窗口12的下棱边相匹配构成了螺旋阀口，阀口开度与电机旋转角度成比例且比例系数与阀芯1半径和螺旋升角有关，控制油与回油通过螺旋阀口连通，控制油腔15中的油液经过阀芯1尾段6上设置的轴向孔流入控制油螺旋槽10，再经由开启的螺旋阀口流入回油螺旋槽11，然后通过阀芯1主轴4上开设的轴向孔流入回油腔14中。

[0033] 当阀芯1反向旋转时，高压油螺旋槽9、控制油螺旋槽10和回油螺旋槽11相对于螺旋窗口12下降，由高压油螺旋槽9的下棱边与螺旋窗口12的上棱边相匹配构成了螺旋阀口，高压油与控制油通过螺旋阀口沟通，高压油腔13中的油液经过阀芯1开孔套管8的高压油孔以及阀芯1螺旋槽段上设置的径向孔流入高压油螺旋槽9，再经由开启的螺旋阀口流入控制油螺旋槽10，然后通过阀芯1尾段6上设置的轴向孔流入控制油腔15中。

[0034] 本装置采用螺旋阀口技术将电机旋转运动直接转换成阀芯1直线运动，从根本上避免了采用机械式转换器带来的惯量大、摩擦力大和机械磨损等对阀特性的影响，解决了微电机控制伺服阀最为关键的运动方式转换问题。本发明采用电机驱动，该驱动力大且控制方法成熟，采用微电机作为伺服阀的先导级驱动伺服阀的阀芯1动作，具有无零位油耗、油质要求低等突出优点。本发明采用软垫密封阀套2套装技术，解决了阀套2螺旋窗口12加工工艺性问题。