CN102996838B - 一种智能型大流量压电液压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能型大流量压电液压阀，属于液压阀。阀座上固定有上下壳体，阀座与上壳体间压有弹性隔膜、与下壳体间压有隔板、阀腔中套有阀体，阀体由阀芯及上下顶杆构成；弹性隔膜两侧固定有顶块及活塞，顶块将压电叠堆压接在上壳体内；活塞与阀座、上顶杆及单向阀构成上压缩腔；阀芯与下顶杆、阀座及隔板构成下压缩腔；进出口通过阀芯环槽相连通并构成阀孔；进口与上下压缩腔连通；下顶杆将碟形弹簧及传感器压接在下壳体内；传感器及压电叠堆分别经导线组与电控单元连接。优点在于通过压缩腔增加阀芯位移量，阀流量及阻尼调节范围大；采用传感器测量阀芯运动状态，流量控制精度及可靠性高；尤其适于大范围的精密流量及阻尼调节。

Description

一种智能型大流量压电液压阀

技术领域

本发明属于流体驱动与控制领域的液压阀，具体涉及一种智能型大流量压电液压阀。

背景技术

利用压电叠堆振子在电压作用下产生伸缩变形的特性，国内外均已开发出了多种类型的压电叠堆式液压阀，因其具有响应快、无电磁干扰、精度高、可控性好等诸多优势而被广泛应用。目前国内外所提出的压电叠堆式液压阀大都为直推式结构，即直接利用压电叠堆的伸缩驱动阀芯运动，并且均采用单一阀孔进行流体控制，如中国专利02158122.3、200710117696.6、200710100005.1、200810061138.7、201010226949.5等，由于压电叠堆在电压作用下的变形量很小、仅微米级，因此目前采用压电叠堆构造的直推式液压阀的流量控制范围极其有限，只能用于流量小、精度高的开关控制或伺服控制，还无法用于汽车主动悬架等要求流量或阻尼调节范围较大的场合。为提高压电叠堆液压阀的流量及阻尼调节能力，中国专利200710117696.6提出了一种采用两个压电叠堆分别驱动阀芯和阀套的高速开关阀，中国专利200410004541.8提出了一种采用两个压电叠堆联合控制并通过柔性铰链进行位移放大的伺服阀，上述两种方法在一定程度上提高了阀的流量控制范围，但因多用了一个压电叠堆而使阀的制造成本大幅度增加。

除了流量调节以外，压电叠堆液压阀的流量调节精度也有待于进一步提升。众所周知，驱动电压确定时压电叠堆的伸长量随负载的增加而降低，相关部件的制造及安装误差、实时的工作温度及流体压力变化对其实际变形量都有较大的影响，而且压电叠堆变形能力又非常小，从而导致压电叠堆的实际变形量与理论计算值之间产生一定的误差并降低控制精度。因此，人们相继提出了多种形式的自带传感器的液压阀，如中国专利200410004541.8提出的阀芯带有传感器的液压阀、中国专利200710100005.1提出的压电叠堆自带传感器的液压阀等。前者的问题在于传感器置于流体环境中且随阀芯运动，不利于导线的连接、密封及维护，且高速运动状态下导线易因疲劳断裂而降低可靠性；而后者采用的是间接测量阀芯运动状态的方法，即实际测量的是压电叠堆所承受的负载，无法真实反应阀芯的运动状态，如当阀芯运动阻力增加或静止不动时，压电叠堆在电压作用下伸长时传感器依然会有较大的信号输出。可见，现有的自带传感器的压电叠堆式液压阀在可靠性及实用性方面还都存在一定的问题。

发明内容

本发明提供一种智能型大流量压电液压阀，以解决现有压电叠堆式液压阀所存在的阀流量调节及控制范围小，流量控制精度及可靠性低问题。

本发明采取的技术方案是：阀座上下两端分别通过螺钉固定有上壳体和下壳体，所述阀座上端与上壳体之间压接有弹性隔膜、下端与下壳体之间压接有隔板、阀腔中套接有阀体，所述阀体由阀芯、上顶杆及下顶杆构成，所述阀芯上设有环槽；所述弹性隔膜上下两侧分别通过螺钉固定有顶块及活塞，顶块将压电叠堆压接在上壳体内；活塞置于阀座的上腔内，并与阀座、上顶杆以及置于阀座上腔下壁上的单向阀共同构成上压缩腔；阀芯与下顶杆、阀座及隔板共同构成下压缩腔；设置在阀座上的进口与出口通过阀芯上的环槽相连通，所述进口与出口及阀芯上的环槽共同构成用于流量和阻尼调节的阀孔；所述进口通过流道一与下压缩腔连通、还通过流道二及单向阀与上压缩腔连通；阀体的下顶杆通过隔板上的通孔依次将碟形弹簧及传感器压接在下壳体内；所述传感器及压电叠堆分别通过导线组一及导线组二与电控单元连接。

自然状态时压电叠堆不通电、也不承受流体力作用，阀处于常开状态，传感器因受力恒定而无电压生成；压电叠堆通电伸长并推动活塞向下运动，使上压缩腔内的流体压力增加、上顶杆及阀芯向下运动，从而减小阀芯上环槽与进出的重合面积，即阀孔的通流面积减小；如压电叠堆在电压作用下的伸长量为L=Vη，则阀体的移动量、即阀孔开度的调节量为，其中V为压电叠堆的驱动电压，η为与压电叠堆、弹性隔膜及顶块等的结构尺寸有关的系数，R及r 分别为活塞及阀体的上顶杆的半径；因此，当活塞直径远大于上顶杆直径时，压电叠堆的伸长量将被放大(R/r)²倍，即阀的流量或阻尼的调节能力被放大(R/r)²倍；与此同时，阀体的下顶杆通过碟形弹簧压迫传感器并使其产生电压，传感器所生成电压大小与其所受压力大小即阀芯的运动位移成正比，因此，根据传感器的输出电压调节压电叠堆的驱动电压即可实现流量和阻尼的精确调节与控制；压电叠堆断电后在其自身弹性力及弹性隔膜拉力作用下收缩并使活塞向上运动，从而使上压缩腔内流体压力降低、单向阀开启，流体从进口经流道二及单向阀进入上压缩腔、还经流道一进入下压缩腔，阀体在流体压力及弹簧推力的作用下向上运动，直至使阀孔开度最大，压电叠堆及传感器也都恢复至初始状态。

与现有的压电叠堆式液压阀相比，本发明显著特色及优势在于：①在压电叠堆与阀芯之间增加一个可自行填充流体的压缩腔，通过大活塞与小阀芯顶杆相结合的增加阀芯位移量，阀流量调节及控制范围大；②采用固定的传感器直接测量阀芯运动状态，流量控制精度及可靠性高。因此，本发明的压电液压阀除了用于开关及伺服控制外，更适于大范围的精密流量及阻尼调节。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例压电叠堆未通电时的结构剖面示意图；

图2是本发明一个较佳实施例压电叠堆通电后的结构剖面示意图；

图3是本发明一个最佳实施例阀座的结构剖面示意图。

具体实施方式

阀座7上下两端分别通过螺钉固定有上壳体1和下壳体10，所述阀座7上端与上壳体1之间压接有弹性隔膜4、下端与下壳体10之间压接有隔板11、阀腔C2中套接有阀体9，所述阀体9由阀芯902、上顶杆901及下顶杆903构成，所述阀芯902上设有环槽904；所述弹性隔膜4上下两侧分别通过螺钉固定有顶块3及活塞5，顶块3将压电叠堆2压接在上壳体1内；活塞5置于阀座7上腔C1内，并与阀座7、上顶杆901以及置于阀座7的上腔C1下壁上的单向阀6共同构成上压缩腔C11；阀芯902与下顶杆903、阀座7及隔板11共同构成下压缩腔C21；设置在阀座7上的进口701与出口701’通过阀芯902上的环槽904相连通，所述进口701与出口701’及阀芯902上的环槽904共同构成用于流量和阻尼调节的阀孔；所述进口701通过流道一703与下压缩腔C21连通、还通过流道二702及单向阀6与上压缩腔C11连通；阀体9的下顶杆903通过隔板11上的通孔依次将碟形弹簧12及传感器13压接在下壳体10内；所述传感器13及压电叠堆2分别通过导线组一14及导线组二8与电控单元15连接。

自然状态时压电叠堆2不通电，因顶块3上端面与上壳体1的内壁相接触，压电叠堆2也不承受流体力作用；上压缩腔C11及下压缩腔C21因均与进口701相连通而具有相等的流体压力，因阀芯902下端面面积大于上顶杆901的面积，故使阀体9承受向上的推力作用、并使阀芯902的上端面与阀座7上的阀腔C2的上壁相接触，从而确保阀芯902上的环槽904进口701及出口701’完全连通、即阀孔的通流面积最大，阀处于常开状态；此时传感器13受力恒定，并无电压生成。

压电叠堆2通电后开始伸长、并通过顶块3及弹性隔膜4推动活塞5向下运动，从而使单向阀6关闭、上压缩腔C11内的流体压力增加，上压缩腔C11内不断增加的流体压力使上顶杆901所受的流体作用力增加并带动阀芯902向下运动、同时还迫使下压缩腔C21内的流体经流道一703进入进口701；阀芯902向下运动使得其上环槽904与进口701及出口701’的重合面积减小，即阀孔的通流面积减小；如压电叠堆2在电压作用下的伸长量为L=Vη，则阀体的移动量、即阀孔开度的调节量为，其中V为压电叠堆2的驱动电压，η为与压电叠堆2、弹性隔膜4及顶块3等的结构尺寸有关的系数，R及r 分别为活塞5及阀体9的上顶杆901的半径；因此，当活塞5的直径远大于上顶杆901的直径时，压电叠堆2的伸长量将被放大(R/r)²倍，即阀的流量或阻尼的调节能力被放大(R/r)²倍；与此同时，阀体9的下顶杆903通过碟形弹簧12压迫传感器13，传感器13受到外力作用后便产生电压信号，且所生成电压大小与其所受压力大小即阀芯902的运动位移成正比，因此，根据传感器13的输出电压调节压电叠堆2的驱动电压即可实现流量和阻尼的精确调节与控制。

当压电叠堆2断电后，压电叠堆2在其自身弹性力及弹性隔膜4的作用下开始收缩、带动活塞5向上运动，从而使上压缩腔C11内流体压力降低、单向阀6开启，流体从进口701经流道二702及单向阀6进入上压缩腔C11、还从进口701经流道一703进入下压缩腔C21，阀体9在流体压力及弹簧12推力的作用下向上运动，直至阀芯902的上端面与阀座7上的阀腔C2的上壁相接触，此时阀孔开度最大，压电叠堆12 及传感器13也都恢复至初始状态。

Claims (1)

1.一种智能型大流量压电液压阀，其特征在于：阀座上下两端分别通过螺钉固定有上壳体和下壳体，所述阀座上端与上壳体之间压接有弹性隔膜、下端与下壳体之间压接有隔板、阀腔中套接有阀体，所述阀体由阀芯、上顶杆及下顶杆构成，所述阀芯上设有环槽；所述弹性隔膜上下两侧分别通过螺钉固定有顶块及活塞，顶块将压电叠堆压接在上壳体内；活塞置于阀座的上腔内，并与阀座、上顶杆以及置于阀座上腔下壁上的单向阀共同构成上压缩腔；阀芯与下顶杆、阀座及隔板共同构成下压缩腔；设置在阀座上的进口与出口借助于阀芯上的环槽而彼此连通，所述进口与出口及阀芯上的环槽共同构成用于流量和阻尼调节的阀孔；所述进口通过流道一与下压缩腔连通、还通过流道二及单向阀与上压缩腔连通；阀体的下顶杆通过隔板上的通孔依次将碟形弹簧及传感器压接在下壳体内；所述传感器及压电叠堆分别通过导线组一及导线组二与电控单元连接。