一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀制造技术

本发明专利技术公开了一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，在电液伺服阀两侧的控制腔内分别安装一个高速开关阀形成先导级；数字式伺服控制器利用负反馈对两个高速开关阀进行控制；通过高速开关阀的控制使得阀芯两控制腔形成压力差，控制阀芯移动；电液伺服阀的阀套采用全周式节流开槽，阀套上每个节流口边沿设计成面积梯度连续可变的形状，使节流口面积梯度随着阀芯位移的增大而增大。可见，本发明专利技术先导级采用两个型号相同的高速开关阀，结合数字控制器实现阀芯位移控制，既具有良好的动态特性，又提高了伺服阀抗污染能力，进而降低了故障率；通过阀套的节流口边沿的设计能够提高零位分辨率和流量控制精度，同时又能实现较大额定流量。

A Pilot-stage Digital Electro-hydraulic Servo Valve with Variable Area Gradient

【技术实现步骤摘要】
一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀
本专利技术涉及流体传动与控制
，具体是一种变节流口面积梯度的先导级数字式两级电液伺服阀。
技术介绍
传统电液伺服阀阀套上采用全周式节流开槽，节流槽圆环半径一定，其节流口面积和阀芯位移呈线性关系，即节流口面积梯度是一定的，这也意味着伺服阀流量和阀芯位移呈线性关系，即流量增益是一定的。作伺服控制时，阀芯主要工作在零位附近，因此，零位分辨率将影响跟踪控制精度。当阀芯最大位移一定时，如果阀的额定流量大，则节流口面积梯度和流量增益大，零位分辨率低，在零位附近控制量微小的变化将引起较大的流量变化，严重影响控制精度；而较小的节流口面积梯度，阀的流量增益小，零位分辨率高，虽然可提高控制精度，但带来的问题是阀的额定流量小。因此，这种流量和阀芯位移呈线性关系的电液伺服阀存在着大流量和高零位分辨率之间的矛盾。目前电液伺服阀实现变节流口面积梯度(流量和阀芯位移非线性关系)的方式为凸肩上采用非全周开口，即在阀芯凸肩上开异形节流槽，比如V形槽、U形槽等。目前还没有在阀套上通过开节流槽实现变流量增益的电液伺服阀，且理论上在同样尺寸规格(阀芯凸肩直径和最大阀芯位移相同)下，阀套上全周节流开槽的方式可以实现更大的额定流量。此外，传统的两级电液伺服阀主要有喷嘴挡板式和射流管式两种。喷嘴挡板式伺服阀对油液清洁度要求高，抗污染能力差，喷嘴容易堵塞；而射流管式伺服阀虽然抗污染能力较好，但模型比较复杂，阀特性难以预测，主要靠实验确定，调试难度大，且射流管惯量较大，动态特性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，通过阀套节流口开槽形状的设计，使电液伺服阀的节流口面积梯度可变，提高了零位分辨率和流量控制精度，同时又能实现较大额定流量；而且先导级采用两个高速开关阀，结合数字控制器实现阀芯位移控制，既具有良好的动态特性，又提高了伺服阀抗污染能力，进而降低了故障率。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，在电液伺服阀两侧的控制腔内分别安装一个高速开关阀形成先导级，且两个高速开关阀的型号相同；数字式伺服控制器利用负反馈对两个高速开关阀进行控制；通过高速开关阀的控制使得阀芯两控制腔形成压力差，控制阀芯移动；电液伺服阀的阀套采用全周式节流开槽，阀套上每个节流口边沿设计成面积梯度连续可变的形状，使节流口面积梯度随着阀芯位移的增大而增大。优选地，在过阀芯轴线截面中，阀套上节流口边沿的形状为斜直线形、幂函数形、或指数形。优选地，采用PWM脉宽调制方式控制两个高速开关阀，从而控制阀芯移动；设左右两腔高速开关阀的PWM信号占空比分别为λ1和λ2；当控制λ1>λ2时，阀芯向左运动；当控制λ1<λ2时，阀芯向右运动；当控制λ1＝λ2时，阀芯停止运动。优选地，阀芯带有位移传感器，用于检测阀芯位移；位移传感器连接数字伺服控制器形成位置闭环控制。优选地，数字式伺服控制器包括嵌入式CPU，以及与嵌入式CPU相连的A/D采集模块、和PWM模块；A/D采集模块连接位移传感器，PWM模块连接两个高速开关阀。优选地，设电液伺服阀中左控制口和右控制口的直径为L1，两个供油口的直径为L2，两个负载节流口的直径为L3，回油口的直径为L4；阀芯具有三个凸肩，从左到右为第一凸肩、第二凸肩和第三凸肩；第一凸肩和第三凸肩的宽度为L5，第二凸肩的宽度为L6，第一凸肩与第二凸肩之间的间距为L7，同样第二凸肩与第三凸肩之间的间距也为L7；阀套左内壁距离第一凸肩的距离为L8，同样阀套右内壁距离第三凸肩的距离也为L8，回油口与第一供油口之间的间距为L9，同样回油口与第二供油口之间的间距也为L9，阀芯位移最大值为h；则上述设计参数相互关系设计为：L6＝L4L9＝L7L8-L1≥hL5-L2≥h有益效果：(1)本专利技术提出的电液伺服阀，通过对电液伺服阀结构优化，即对阀套上每个节流口开槽形状的设计，使电液伺服阀的节流口面积梯度可变，进而使其流量增益可变，使该电液伺服阀在零位附近具有较小的节流口面积梯度和流量增益，提高了零位分辨率，进而提高了电液伺服阀的跟踪控制的精度；同时，相较于传统的在阀芯凸肩上开异形槽的方法，在同样尺寸规格(凸肩直径和最大阀芯位移相同)下，可实现更大的额定流量。(2)本专利技术采用两个高速开关阀，抗污染度高，模型不复杂，降低了调试难度。(3)本专利技术提出的电液伺服阀，先导级为数字式，阀芯上带有位移传感器，通过嵌入式数字控制器采集主阀芯位移，采用PWM脉宽调制方式控制高速开关阀，实现阀芯位移的精确控制。既具有良好的动态特性，又提高了伺服阀抗污染能力，进而降低了故障率，这是传统喷嘴挡板式和射流管式伺服阀所不及的。该方案适用于快速响应、精确跟踪的场合，可用于导弹发射车快速调平起竖、飞机机翼和尾翼控制、冶金钢板HAGC等多个系统中，本专利技术的电液伺服阀可实现阀控缸位置精准控制，且具有很高的抗油液污染能力。附图说明图1是本专利技术一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀结构原理图；图2是本专利技术一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀滑阀部分结构图；图3是本专利技术一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀滑阀部分尺寸图；图4是本专利技术电液伺服阀先导级原理示意图；图5是本专利技术电液伺服阀的控制腔压力和高速开关阀PWM信号占空比关系图；图6是本专利技术电液伺服阀节流口斜直线形开槽过轴线截面示意图；图7是本专利技术电液伺服阀节流口幂函数形或指数形开槽过轴线截面示意图；图8是本专利技术电液伺服阀节流口开槽尺寸示意图；图9是本专利技术电液伺服阀节流口面积与阀芯位移关系示意图；图10是本专利技术电液伺服阀流量与阀芯位移关系示意图；图11是本专利技术电液伺服阀阀芯工作状态1示意图；图12是本专利技术电液伺服阀阀芯工作状态2示意图；图13是本专利技术电液伺服阀阀芯工作状态3示意图；1阀套，2固定节流口，3阀芯，4高速开关阀A，5高速开关阀B，6位移传感器，7伺服控制器，8A/D采集模块，9嵌入式CPU，10PWM模块，11左控制腔，12右控制腔，13第一供油口，14第二供油口，15第一负载节流口，16第二负载节流口，17回油口，18左控制口，19右控制口，20第一凸肩，21第二凸肩，22第三凸肩，23回油腔，24阀套截面节流开槽边沿。具体实施方式本专利技术提供了一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，其改进点有几方面：一是：先导级采用两个型号相同的高速开关阀，结合数字控制器实现阀芯位移控制，既具有良好的动态特性，又提高了伺服阀抗污染能力，进而降低了故障率；二是：通过阀套节流口开槽形状的设计，使电液伺服阀的节流口面积梯度可变，提高了零位分辨率和流量控制精度，同时又能实现较大额定流量；三是：先导级采用PWM脉宽调制方式控制高速开关阀，与连接在阀芯上的位移传感器组成反馈控制，实现阀芯位移的精确控制。下面结合附图并举实施例，对本专利技术优选实施方式进行详细描述。该优选实施方式包含上述三点改进。在实际中，组成闭环控制的反馈物理量的选择，传感器的选择，控制方式的选择均可以采取其他方式。本专利技术面积梯度可变的先导级数字式的两级电液伺服阀，如图1所示，包括阀套1、阀芯3、高速度开关阀A4、高速开关阀B5、位移传感器6和伺服控制器7。其中，伺服控制器7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，其特征在于，在电液伺服阀两侧的控制腔内分别安装一个高速开关阀(4,5)形成先导级，且两个高速开关阀的型号相同；数字式伺服控制器(7)利用负反馈对两个高速开关阀进行控制；通过高速开关阀的控制使得阀芯两控制腔形成压力差，控制阀芯(2)移动；电液伺服阀的阀套(1)采用全周式节流开槽，阀套(1)上每个节流口边沿设计成面积梯度连续可变的形状，使节流口面积梯度随着阀芯位移的增大而增大。

【技术特征摘要】
1.一种面积梯度可变的先导级数字式电液伺服阀，其特征在于，在电液伺服阀两侧的控制腔内分别安装一个高速开关阀(4,5)形成先导级，且两个高速开关阀的型号相同；数字式伺服控制器(7)利用负反馈对两个高速开关阀进行控制；通过高速开关阀的控制使得阀芯两控制腔形成压力差，控制阀芯(2)移动；电液伺服阀的阀套(1)采用全周式节流开槽，阀套(1)上每个节流口边沿设计成面积梯度连续可变的形状，使节流口面积梯度随着阀芯位移的增大而增大。2.如权利要求1所述的先导级数字式电液伺服阀，其特征在于，在过阀芯轴线截面中，阀套上节流口边沿的形状为斜直线形、幂函数形、或指数形。3.如权利要求1所述的先导级数字式电液伺服阀，其特征在于，采用PWM脉宽调制方式控制两个高速开关阀，从而控制阀芯移动；设左右两腔高速开关阀的PWM信号占空比分别为λ1和λ2；当控制λ1>λ2时，阀芯向左运动；当控制λ1<λ2时，阀芯向右运动；当控制λ1＝λ2时，阀芯停止运动。4.如权利要求1所述的先导级数字式电液伺服阀，其特征在于，阀芯带有位移传感器(6)，用于检测阀芯位移；位移传感器连接数字伺服控制器形成位置闭环控制。5.如权利要求4所述的先导级数字式电液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军政，牛善帅，汪首坤，赵江波，沈伟，李金仓，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11