双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀制造技术

双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀涉及超磁致伸缩材料自传感技术，属于伺服控制领域。两个结构和尺寸完全相同的单超磁致伸缩驱动器通过碟簧对称置于输出组件两侧，形成双相对置结构的自传感驱动器，使用单自由度柔性铰链机构来实现输出位移的放大和传递。通过具有位移放大功能的柔性铰接挡板及反馈杆组件与喷嘴－挡板阀前置级和滑阀功率级构成一个力反馈二级伺服阀。利用驱动器的自传感功能，通过ＤＳＰ单片机控制的实时动态平衡分离信号电路对输出信号进行实时检测，实现对驱动对象的实时控制和精确定位，可用于精密的位移、速度、加速度和力的驱动控制与传感检测系统，集驱动与传感检测功能于一体，适合于水压传动与控制领域。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超磁致伸缩材料自传感技术，属于伺服控制
， 可用于精密的位移、速度、加速度和力的驱动控制与传感检测系统，是一种 集驱动与传感检测功能于一体的液压控制元件，具有很高的动态响应性能， 特别适合应用于深海探测与水下作业

技术介绍
传统电液伺服阀以电磁力矩马达作为驱动方式，结构复杂、体积重量大、 工作频宽窄、能量密度小、分辨率低、抗干扰能力差，难以满足现代工业对 流体控制系统的要求，应用受到很大限制。随着液压伺服阀向高压、大流量、 高频响、高低温环境适应性、抗干扰方向发展以及现代工业如精密位置控制、 航空航天和海洋作业及深海探测等领域对超高速电液伺服阀的需求，传统的力(矩)马达转换器工作频宽一般小于400Hz，很难满足要求，研究和开发 具有新型驱动技术和新型驱动结构的液压伺服阀已成为液压伺服控制技术发 展的前沿课题。随着先进制造技术、现代设计技术和微电子技术的发展以及 新型功能材料的应用，研究和开发具有高频响应的液压伺服阀成为现实，出 现了以新型功能材料为基础的新型驱动器技术和以创新结构设计为基础的新 型驱动结构，奠定了现代液压伺服控制技术发展的基础。其中，以新型功能 材料为基础的电液伺服阀驱动及控制技术是目前提高电液伺服阀整体性能的 主要技术手段，也是当前研究的热点和焦点。稀土超磁致伸缩材料(Giant Magnetostriction Material，简称GMM) TbxDyl-xFe2-y (商品名为Terfenol-D)的磁致伸縮应变是传统的镍基和铁基 磁致伸缩材料的几十到上百倍，是近年刚发展起来的一种新型智能材料，在 电磁场和压应力作用下，能产生较大的体积或长度变化，在低频(5Hz 30kHz)、大行程、低压驱动、大功率、大承载、可非接触式测量与控制等方 面具有更优良的特性，被广泛用于制作驱动器。同时，超磁致伸缩材料还具 有压磁效应一逆磁致伸缩效应，即在外力作用于下材料的磁化状态(磁化强 度)发生变化，可以做成传感器。将传感和驱动功能通过计算机有机的结合 起来，就形成智能结构或智能系统，可以感知力、位移、振动、声、磁等参 量，进而根据需要作出响应，可制成同时具有传感和执行功能于一体的自传 感驱动器(self-sensingactuator, SSA)，以达到无传感器闭环控制和同位控制、提高系统响应速度和控制精度、增强系统可靠性、简化系统和减低成本 等目的，是目前智能材料和结构领域致力发展的一个新方向，已引起人们的 广泛重视。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有传统电液伺服阀存在的缺陷，利用超磁致 伸縮材料集传感与驱动功能于一体的特性，提出了双相对置超磁致伸縮自传 感力反馈二级伺服阀，由双相对置超磁致伸缩自传感驱动器、喷嘴一挡板阀前置级和滑阀功率级组成，双相对置超磁致伸縮自传感驱动器由壳体3和端 盖2组成的外套、由线圈骨架7和调节螺钉1组成的内套以及输出组件10组 成。喷嘴一挡板阀前置级包括柔性铰接挡板ll、反馈杆12、左端喷嘴22和 右端喷嘴21，柔性铰接挡板11和反馈杆12为一体结构，柔性铰接挡板11固 定在壳体3上。滑阀功率级包括阀体13、阀套14、阀芯15，阔芯15内置于 阀套14，阀套14固定于阀体13内，阀芯15通过所述的反馈杆12、柔性铰接挡板11与输出组件10相联系；DSP单片机控制的实时动态平衡分离信号 电路包括运放电路/q24、运放电路/C,25、乘法器27、减法器28、传感器调 理电路29、 DSP控制电路26。运放电路/C,24分别与减法器28、传感器调理 电路29相连；运放电路/q25分别与乘法器27、传感器调理电路29相连， 乘法器27与减法器28相连；传感器调理电路29通过DSP控制电路26与乘 法器27连接。其特征在于一对碟簧9套在输出组件10上，并置于壳体3内的中间位置，两个结构 和尺寸完全相同的单超磁致伸縮自传感驱动器通过碟簧9对称置于输出组件 IO两侧，形成双相对置结构；所述的单超磁致伸縮自传感驱动器包括超磁致伸縮棒4、驱动线圈5、偏 置线圈6、线圈骨架7、微位移放大机构8，并构成闭合磁路，使线圈中产生 的磁通基本上都被约束在由磁性材料构成的磁路内，漏磁很小，不仅提高了 螺线管内磁场的均匀性，而且在励磁电流相同的条件下，螺线管内磁场强度 也有提高，更接近闭合回路的磁场强度。超磁致伸縮棒4置于空心线圈骨架7 空心部分，其长度小于线圈骨架7长度，直径略小于线圈骨架7空心部分的 内径，改善超磁致伸縮棒4中磁场的均匀度，避免边端效应。线圈骨架7外 绕有驱动线圈5、驱动线圈5外绕有偏置线圈6，驱动线圈5、偏置线圈6和 线圈骨架7安装在壳体3内，驱动线圈5通交流电产生交流驱动磁场，偏置线圈6通直流电产生偏置磁场，以消除倍频。超磁致伸縮棒4外侧连接调节 螺钉1，调节螺钉1与端盖2通过螺纹连接，超磁致伸縮棒4内侧连接微位移放大机构8。调节螺钉1和碟簧9产生所需的预压应力，旋转调节螺钉1可调 整预压应力的大小，合适的预压力可使GMM磁畴在零磁场时尽可能地沿着 与轴向应力垂直地方向排列，在外加驱动磁场作用时就可获得较大的伸縮应变。滑阀功率级两端采用静压支承结构，开有左静压工作腔19、右静压工作 腔17，并分别通过左节流孔20、右节流孔18与进油口 Ps连通；阀芯15端 部与阀套14之间存在间隙，左静压工作腔19经过左阀芯端部腔23与左端喷 嘴22相通，右静压工作腔17经过右阀芯端部腔16与右端喷嘴21相通，有 效的减小了流量损失，使阀的非线性工作状态得到明显衰减和抑制，同时间 隙中所存在的水介质构成喷嘴一挡板阀前置级的固定液阻和阀芯的静压支 承。双相对置超磁致伸縮自传感驱动器的外套由壳体3和端盖2组成，材料 采用热胀系数小于1.23X 10-7的不锈殷钢材料，因其热胀系数仅为铁的1/100， 可视为是没有热变形的"固定"件；内套由线圈骨架7和调节螺钉1组成， 材料采用导磁率小于1.03的不锈钢，其热胀系数与超磁致伸縮材料相当，超 磁致伸縮棒4热变形由内套热致伸长补偿。在外套的固定下，内套和超磁致 伸縮棒4产生大小基本相等、方向均朝驱动器内部的热变性，从而保证输出 位移不受热变形的影响，提高了自传感驱动器的精度。滑阀功率级的阀体(13) 采用不锈钢，所有接触面都采用耐水O型密封圈，螺钉内涂密封胶，使双相 对置超磁致伸縮自传感驱动器和滑阀功率级具有电气防水功能；阀套14采用 整体陶瓷材料，陶瓷材料具有优良的耐磨、抗腐蚀等特性，有助于减小摩擦 力和磨损。微位移放大机构8是采用铍青铜板材一体加工出来的，通过端盖2、线圈 骨架7和壳体3的内的台阶面固定。微位移放大机构8为单自由度圆弧柔性 铰链，由上下对称的四连杆机构组成的封闭结构，结构和工作原理，如附图2、 3所示，位移放大倍数为T^AC/AB，参考马浩全、胡德金、张凯的柔性铰链 位移放大机构在活塞加工中的应用。因为整个机构是封闭的，刚性有较大的 提高，另外由于该机构的对称性，输入的位移同时通过上下两个四连杆机构 向输出端传递，以消除了附加位移，实现精密位移和定位，具有运动平稳、 无间隙、无摩擦及高精度的优点。双相对置超磁致伸縮自传感驱动器具有自动对中回位功能。当驱动线圈5 不通电时，驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
双相对置超磁致伸缩自传感力反馈二级伺服阀，由双相对置超磁致伸缩自传感驱动器、喷嘴－挡板阀前置级和滑阀功率级、ＤＳＰ单片机控制的实时动态平衡信号分离电路组成，双相对置超磁致伸缩自传感驱动器由壳体（３）和端盖（２）组成的外套、由线圈骨架（７）和调节螺钉（１）组成的内套以及输出组件（１０）组成；喷嘴－挡板阀前置级包括柔性铰接挡板（１１）、反馈杆（１２）、左端喷嘴（２２）和右端喷嘴（２１），柔性铰接挡板（１１）和反馈杆（１２）为一体结构，柔性铰接挡板（１１）一端与输出组件（１０）相连，并固定在壳体（３）上；滑阀功率级包括阀体（１３）、阀套（１４）、阀芯（１５），阀芯（１５）内置于阀套（１４），阀套（１４）固定于阀体（１３）内，阀芯通过所述的反馈杆（１２）、柔性铰接挡板（１１）与输出组件（１０）相联系；ＤＳＰ单片机控制的实时动态平衡分离信号电路包括运放电路ＩＣ↓［１］（２４）、运放电路ＩＣ↓［２］（２５）、乘法器（２７）、减法器（２８）、传感器调理电路（２９）、ＤＳＰ控制电路（２６）；运放电路ＩＣ↓［１］（２４）分别与减法器（２８）、传感器调理电路（２９）相连；运放电路ＩＣ↓［２］（２５）分别与乘法器（２７）、传感器调理电路（２９）相连，乘法器（２７）与减法器（２８）相连；传感器调理电路（２９）通过ＤＳＰ控制电路（２６）与乘法器（２７）连接；其特征在于：一对碟簧（９）套在输出组件（１ ０）上，并置于壳体（３）内的中间位置，两个结构和尺寸完全相同的单超磁致伸缩自传感驱动器通过碟簧（９）对称置于输出组件（１０）两侧，形成双相对置结构；所述的单超磁致伸缩自传感驱动器包括超磁致伸缩棒（４）、驱动线圈（５）、偏置线圈（６） 、线圈骨架（７）、微位移放大机构（８）；超磁致伸缩棒（４）置于空心的线圈骨架（７）空心部分，线圈骨架（７）外绕有驱动线圈（５）、驱动线圈（５）外绕有偏置线圈（６），驱动线圈（５）、偏置线圈（６）、线圈骨架（７）均安装在壳体（３）内；超磁致伸缩棒（４）外侧连接调节螺钉（１），调节螺钉（１）与端盖（２）通过螺纹连接，超磁致伸缩棒（４）内侧连接微位移放大机构（８）；该微位移放大机构（８）为单自由度圆弧柔性铰链，由上下对称的四连杆机构组成的封闭结构，并通过端盖（２）、线圈骨架（７）和壳体（３）内的凸台固定；滑阀功率级两端采用静压支承结构，开有左静压工作腔（１９）、右静压工作腔（１７），并分别通过左节流孔（２...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新华，王思民，肖峰，李伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]