專利名稱：一種基于超磁致伸縮電－機(jī)械轉(zhuǎn)換器gma的兩級(jí)電液伺服閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種超磁致伸縮電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥。
背景技術(shù)：
電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)的核心部分，連接著電氣元件和液壓機(jī)械元件，其性能的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。傳統(tǒng)的電液伺服閥以電磁力矩馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)方式，由于其體積重量大、工作頻寬有限、能量密度小、響應(yīng)速度慢、抗干擾能力差，已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)流體控制系統(tǒng)的要求。要提高電液伺服控制系統(tǒng)的性能，必須提高其電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器的頻寬和響應(yīng)速度。隨著先進(jìn)制造技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型功能材料的 應(yīng)用，使高頻響應(yīng)電一機(jī)轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。目前微位移驅(qū)動(dòng)器的研究主要集中在電致伸縮材料PMN和形狀記憶合金SMA的運(yùn)用上，基于電致伸縮材料PMN的驅(qū)動(dòng)器工作頻寬較高，但是輸出位移較小，工作時(shí)存在漂移和滯回，穩(wěn)定性不好?；谛螤钣洃浐辖餝MA的轉(zhuǎn)換器具有較大的輸出位移，但存在響應(yīng)速度慢，變形不連續(xù)，無(wú)法精確控制等缺點(diǎn)。而超磁致伸縮材料GMM的出現(xiàn)為微位移驅(qū)動(dòng)器提供了一個(gè)更好的選擇，基于超磁致伸縮材料GMM的新型驅(qū)動(dòng)器器具有磁致伸縮應(yīng)變大、輸出力大、能量傳輸密度高和易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，特別是其響應(yīng)速度非?？?，一般在幾十毫秒以下，甚至達(dá)到微秒級(jí)。因此把超磁致伸縮材料引入電液伺服閥中，可以從根本上提高電液伺服閥的響應(yīng)速度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)電液伺服閥存在的缺陷，利用超磁致伸縮材料的特性，提出一種新型的兩級(jí)電液伺服閥，以期提高電液伺服閥的響應(yīng)速度、頻寬和簡(jiǎn)化伺服閥的機(jī)體結(jié)構(gòu)等。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于超磁致伸縮電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于由超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、噴嘴一擋板閥前置級(jí)和滑閥功率級(jí)組成，所述的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器由對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘、左端蓋、對(duì)中彈簧、密封圈、端蓋、蝶形彈簧、輸出桿、線圈骨架、驅(qū)動(dòng)線圈、偏置線圈、超磁致伸縮棒、殼體、后端蓋和調(diào)節(jié)螺釘組成；所述對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘表面涂有一層密封膠與左端蓋螺紋連接，螺釘凸臺(tái)上套有對(duì)中彈簧；超磁致伸縮棒置于工字型線圈骨架中心孔內(nèi)，線圈骨架外繞有驅(qū)動(dòng)線圈，驅(qū)動(dòng)線圈外繞有偏置線圈，線圈骨架、驅(qū)動(dòng)線圈和偏置線圈都安裝在殼體內(nèi)部，所述的偏置線圈通入電流產(chǎn)生可調(diào)偏置磁場(chǎng)，保證超磁致伸縮棒工作在線性區(qū)域，消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長(zhǎng)量；驅(qū)動(dòng)線圈通入電流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，使超磁致伸縮棒磁化并產(chǎn)生磁致伸縮；超磁致伸縮棒右端與調(diào)節(jié)螺桿連接，調(diào)節(jié)螺桿與后端蓋螺紋連接，超磁致伸縮棒的左端連接輸出桿，輸出桿的凸臺(tái)連接蝶形彈簧小徑端，蝶形彈簧大徑端連接端蓋；[0006]所述的噴嘴一擋板閥前置級(jí)由鉸接擋板、反饋桿、左噴嘴、右噴嘴組成；反饋桿與鉸接擋板為一體結(jié)構(gòu)，鉸接擋板的上端鉸接在殼體上，鉸接擋板中端連接輸出桿；所述的滑閥功率級(jí)由閥體、閥芯；閥芯置于閥體內(nèi)，閥體與殼體固定連接，反饋桿的下端與閥芯無(wú)縫隙嚙合；功率級(jí)滑閥閥芯開(kāi)有左閥芯端部腔和右閥芯端部腔，并分別通過(guò)左節(jié)流孔、右節(jié)流孔與進(jìn)油口 Ps連通，左閥芯端部腔與左噴嘴連通，右閥芯端部腔與右噴嘴連通。本發(fā)明所述的調(diào)節(jié)螺桿、輸出桿、蝶形彈簧、端蓋和右端蓋構(gòu)成預(yù)壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，預(yù)壓力的施加可以讓GMM棒內(nèi)磁疇垂直于軸線方向，可以增加磁致伸縮應(yīng)變，提高GMM電一機(jī)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率；所述的鉸接擋板和反饋桿構(gòu)成位移放大機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)位移的放大輸出；所述的超磁致伸縮棒的長(zhǎng)度小于線圈骨架的長(zhǎng)度，可以提高GMM棒軸向磁場(chǎng)的均勻度，減小邊緣效應(yīng)；·本發(fā)明電液伺服閥的工作過(guò)程，可通過(guò)機(jī)械調(diào)節(jié)方式和電子調(diào)節(jié)方式進(jìn)行鉸接擋板的零位調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)鉸接擋板與左噴嘴、右噴嘴之間的零位間隙。機(jī)械調(diào)節(jié)可以通過(guò)對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘和調(diào)節(jié)螺釘改變鉸接擋板的初始位置，從而調(diào)節(jié)噴嘴與擋板之間的零位間隙；電子調(diào)節(jié)時(shí)，改變偏置線圈的輸入電流的大小，調(diào)節(jié)偏置磁場(chǎng)的大小，使輸出桿產(chǎn)生預(yù)伸長(zhǎng)量，進(jìn)而調(diào)節(jié)鉸接擋板的初始位置。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益的效果是I、提供了一種由超磁致伸縮轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)的新型兩級(jí)電液伺服閥，相比于傳統(tǒng)的動(dòng)圈式力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電液伺服閥，其電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器不是采用傳統(tǒng)的永磁力馬達(dá)，而是采用新型的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器，相比于傳統(tǒng)的力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，具有響應(yīng)速度快、頻響高等特占.2、提供了一種機(jī)械輸出調(diào)節(jié)和電子輸出調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方式，通過(guò)對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘、對(duì)中彈簧、輸出桿、蝶形彈簧、調(diào)節(jié)螺釘、前端蓋和后端蓋可實(shí)現(xiàn)超磁致伸縮棒的預(yù)壓力施加和伺服閥零位的精確調(diào)節(jié)。具有預(yù)壓力大小和伺服閥零位調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)；3、提供了一種新型的位移放大方式，利用杠桿原理將位移放大，具有位移放大倍數(shù)高，響應(yīng)快，控制流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；因此本發(fā)明可應(yīng)用于高頻響、大流量的液壓伺服控制系統(tǒng)中。

圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中1、左節(jié)流口，2、左閥芯端部腔，3、閥體，4、閥芯，5、反饋桿，6、左噴嘴，7、右噴嘴，8、對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘，9、左端蓋，10、對(duì)中彈簧，11、鉸接擋板，12、密封圈，13、端蓋，14、蝶形彈簧，15、輸出桿，16、線圈骨架，17、驅(qū)動(dòng)線圈，18、偏置線圈，19、超磁致伸縮GMM棒，20、殼體，21、右端蓋，22、調(diào)節(jié)螺釘，23、右閥芯端部腔，24、右節(jié)流口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖所示，超磁滯伸縮電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥由超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、噴嘴一擋板閥前置級(jí)、滑閥功率級(jí)三大部分組成。超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成噴嘴擋板式液壓放大器的擋板的偏移。首先通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘22對(duì)超磁致伸縮GMM棒 19施加預(yù)壓力，偏置線圈18中通入一定大小的電流，消除倍頻現(xiàn)象，使超磁致伸縮GMM棒19磁致伸縮應(yīng)變處于線性區(qū)域，并保證超磁致伸縮GMM棒19工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，此時(shí)鉸接擋板11可通過(guò)對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘8和對(duì)中彈簧10調(diào)節(jié)以保證滿足噴嘴擋板的零位間隙要求。如附圖所示，在超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)線圈17中通入一定頻率的交流電i，當(dāng)電流i的方向與偏置線圈18通入的電流方向一致時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加，使超磁致伸縮GMM棒19被磁化，在有預(yù)伸長(zhǎng)量的基礎(chǔ)上發(fā)生長(zhǎng)度變化，因超磁致伸縮GMM棒19右端被調(diào)節(jié)螺釘22固定，則向左端伸長(zhǎng)輸出，推動(dòng)位移放大機(jī)構(gòu)鉸接擋板11偏移，實(shí)現(xiàn)位移的放大輸出，此時(shí)輸出桿15通過(guò)壓縮蝶形彈簧14和對(duì)中彈簧10輸出向左的位移Xd和力Fd。鉸接擋板11與反饋桿5為一體結(jié)構(gòu)，鉸接擋板11的偏移使得反饋桿5發(fā)生變形，產(chǎn)生與Fd相反的回復(fù)力Fd。當(dāng)輸出桿15的輸出力Fd大小與反饋桿5的回復(fù)力Fd大小相等時(shí)，鉸接擋板停止偏移，并保持在此位置。如附圖所示，鉸接擋板11的兩側(cè)分別是左噴嘴6和右噴嘴7，鉸接擋板11的向左偏移偏移使得噴嘴擋板閥右側(cè)間隙增大，左側(cè)間隙減小，從動(dòng)力源來(lái)的工作介質(zhì)經(jīng)左節(jié)流孔I和右節(jié)流口 24、閥芯端部腔2和23及噴嘴擋板間的節(jié)流縫隙流回油箱時(shí)，在左噴嘴6和右噴嘴7的前腔中形成壓力差Pc=P1-P215閥芯4在壓力差P。的作用下向右偏移，同時(shí)帶動(dòng)反饋桿5小球右移，反饋桿5繼續(xù)變形，同時(shí)鉸接擋板11也被部分的被拉回中位，起到一定的負(fù)反饋?zhàn)饔?。隨著反饋桿5端部右移進(jìn)一步變形，鉸接擋板11的偏移減小，趨于中位，這時(shí)控制壓力P1減小，P2增大，當(dāng)閥芯4兩端的液壓力與反饋桿5變形對(duì)閥芯4產(chǎn)生的反作用力以及滑閥的液動(dòng)力相平衡時(shí)，閥芯4停止運(yùn)動(dòng)。閥芯4的偏移輸出對(duì)應(yīng)的負(fù)載壓力為P1=Pb - Pa的工作介質(zhì)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈17中通入的電流為i = O時(shí),輸出桿15在蝶形彈簧14和對(duì)中彈簧10的作用下，重新回到平衡位置，此時(shí)輸出的負(fù)載壓力匕也為零。而當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈13中通入與偏置線圈14相反的電流時(shí)，同理產(chǎn)生向右的位移
力Fd，鉸接擋板向右偏移，使得噴嘴擋板閥左側(cè)間隙增大，右側(cè)間隙減小，右閥芯端部腔腔23壓力P2大于左閥芯端部腔腔2壓力P1，推動(dòng)閥芯左移，輸出對(duì)應(yīng)的負(fù)載壓力Pl。基于超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器的電液伺服閥具有高頻響、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，能滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)流體控制系統(tǒng)的要求。
權(quán)利要求1.一種基于超磁致伸縮電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥，其特征在于包括超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器、噴嘴一擋板閥前置級(jí)和滑閥功率級(jí)，其中 所述的超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器包括對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘(8)、左端蓋(9)、對(duì)中彈簧(10)、密封圈(12)、端蓋(13)、蝶形彈簧(14)、輸出桿(15)、線圈骨架(16)驅(qū)動(dòng)線圈(17)、偏置線圈(18),超磁致伸縮棒(19)、殼體(20)、右端蓋(21)和調(diào)節(jié)螺釘(22);所述對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘(8)表面涂有一層密封膠與左端蓋(9)螺紋連接，螺釘凸臺(tái)上套有對(duì)中彈簧(10);超磁致伸縮棒(19)置于工字型線圈骨架(16)中心孔內(nèi)，線圈骨架(16)外繞有驅(qū)動(dòng)線圈(17)，驅(qū)動(dòng)線圈(17)外繞有偏置線圈(18)，線圈骨架(16)、驅(qū)動(dòng)線圈(17)和偏置線圈(18)都安裝在殼體(20)內(nèi)，所述的偏置線圈(18)通入電流產(chǎn)生可調(diào)偏置磁場(chǎng)，保證超磁致伸縮棒(19)工作在線性區(qū)域，消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長(zhǎng)量；所述驅(qū)動(dòng)線圈(17)通入電流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)，使超磁致伸縮棒(19)磁化并產(chǎn)生磁致伸縮；所述超磁致伸縮棒(19)右端與調(diào)節(jié)螺釘(22)連接，調(diào)節(jié)螺桿(22 )與右端蓋(21)螺紋連接，超磁致伸縮棒的左端連接十字型輸出桿(15 )，輸出桿(15)的凸臺(tái)連接蝶形彈簧(14)小徑端，蝶形彈簧(14)大徑端連接端蓋(13); 所述的噴嘴一擋板閥前置級(jí)包括鉸接擋板(11)、反饋桿(5)、左噴嘴(6)和右噴嘴(7);反饋桿(5)與鉸接擋板(11)為一體結(jié)構(gòu)，鉸接擋板(11)的上端鉸接在殼體(20)上，鉸接擋板(11)中端與輸出桿(15)左端連接； 所述的滑閥功率級(jí)包括閥體(3)和閥芯(4);閥芯(4)置于閥體(3)內(nèi)，閥體(3)與殼體(20)固定連接，反饋桿(5)的下端與閥芯(4)無(wú)縫隙嚙合；功率級(jí)滑閥閥芯(4)兩端開(kāi)有左閥芯端部腔(2)和右閥芯端部腔(23)，并分別通過(guò)左節(jié)流孔(I)、右節(jié)流孔(24)與進(jìn)油Ps連通，左閥芯端部腔(2)與左噴嘴(6)連通，右閥芯端部腔(23)與右噴嘴(7)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于超磁致伸縮電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥，其特征在于所述的超磁致伸縮棒(19)的長(zhǎng)度小于線圈骨架(16)的長(zhǎng)度。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于超磁致伸縮電－機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥，屬于液壓伺服控制技術(shù)領(lǐng)域。包括閥體(3)、閥芯(4)、左噴嘴(6)、右噴嘴(7)、鉸接擋板(11)、反饋桿(5)和超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器。上述超磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器包括左端蓋(9)、對(duì)中調(diào)節(jié)螺釘(8)、對(duì)中彈簧(10)、端蓋(13)、右端蓋(21)、蝶形彈簧(14)、輸出桿(15)、調(diào)節(jié)螺釘(22)和超磁致伸縮棒(19)。所述輸出桿(15)與鉸接擋板(11)相連，通過(guò)一端固定的鉸接擋板(11)實(shí)現(xiàn)位移的放大和傳遞。通過(guò)具有位移放大功能的鉸接擋板(11)及反饋桿(5)與噴嘴－擋板閥前置級(jí)和滑閥功率級(jí)構(gòu)成一個(gè)力反饋二級(jí)伺服閥?；诔胖律炜s電－機(jī)械轉(zhuǎn)換器GMA的兩級(jí)電液伺服閥具有響應(yīng)快、頻響高、控制流量大等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F15B13/02GK202707662SQ201220442708
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月1日
發(fā)明者王傳禮, 周禾清, 鄧海順, 劉浩, 邱大龍 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)