一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构制造技术

本发明专利技术公开了属于液体变容式机械领域的一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构；其中每个动力耦合作动器外均固接有两个阀组和柱塞腔配流块，两个阀组和柱塞腔配流块并排安装在动力耦合作动器阀体侧外，柱塞腔配流块位于两个阀组之间，且柱塞腔配流块的三个出口分别与两个阀组中部以及活塞腔相连；穿过动力耦合作动器且与动力耦合作动器中作动器壳体转动连接的传动轴的一端与驱动设备相连。本发明专利技术中两组励磁单元设置于驱动转盘的两侧，可实现对一对开关阀的驱动，恰好配合柱塞腔配流块形成一个数字配流单元，并可以利用驱动轴串接多阀紧凑叠加的阀组结构，理想地适配数字排量泵的多柱塞配流单元。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构
本专利技术属于液体变容式机械
，具体为一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构。
技术介绍
在变量柱塞泵领域，传统的斜盘式或斜轴式柱塞泵通过改变斜盘或斜轴倾角改变排量，从而大幅减少节流损失，但这种变量泵在工作过程中，柱塞与腔内壁具有间隙造成能量损失，配流阀盘与圆柱泵体间也因流体剪切与泄露存在额外的能量消耗，另外柱塞腔内存在无法工作的死区容积，上述因素导致传统柱塞变量泵的能量效率随着排量的减小而显著降低。基于模拟量控制方式的传统柱塞泵对工作环境比较敏感，其工作性能容易受到温度、压强等环境条件的影响，其高可靠性对制造技术提出了苛刻的要求。例如传统的高性能变量柱塞泵和伺服阀就具有很高的制造技术门槛，而我国许多具有战略意义的整机装备中的这些核心液压元件现今仍依赖进口，处于被卡脖子的状态。继续通过提高我国的液压元件制造技术水平，自然是改变上述现状的一种方式，但通过开发新型的、节能可靠的数字液压元件，突破传统模拟量液压技术发展的内卷，则是意义更为深远的解决方式。本专利技术提出的新型数字排量泵则是解决上述问题有效手段。在现有所使用的使用数字变排量技术的数字泵中，数字排量泵仅在所采用的电磁开关阀组仅能在阀口压差较小情况下完成阀的主动驱动，供油端的开关阀更多情况下类似于单向止回阀，利用柱塞运动变化产生的阀口压差被动地控制阀的开关，这导致其较难应对压差较大的回路或者液压马达工作模式，限制了应用范围。同时美国普渡大学的Holland和Merrill合作开发了一种轴向行列式的三柱塞数字排量泵，利用商用电磁开关阀组完成了数字泵和数字马达模式的单元配流，其在超过50％排量时能量效率达到85％。上海交通大学的齐礼东和施光林等针对随机低转速工况，开发了径向式五柱塞数字排量泵，他们设计了基于电磁开关阀组的数字配流机构,针对径向柱塞泵的运动规律，并结合静动态数学建模仿真给出了该泵流量的具体控制方法。但由于目前的数字排量技术依赖于主动控制高速开关阀组，但现有电磁开关阀本身的性能却限制了数字排量泵的发展。当高速开关阀的切换时间不超过5ms且额定流量超过90L/min，数字排量泵才能发挥明显的能效优势，而无论是普渡大学轴向行列式三柱塞数字排量泵还是上海交通大学的径向式五柱塞数字排量泵，均采用了商用电磁阀，且开关响应时间分别为50ms和25ms，同时额定流量均不超过40L/min，限制了原型样机的性能。同时，为了应对更复杂的压差环境(高压差，或作为液压马达)，数字排量泵要求提供给高速开关阀驱动力更大。国内外学者们为提高高速开关阀综合性能也进行了诸多探索，其他常规的高速开关阀的性能虽然较商用电磁阀有了显著的提高，但缺乏适用于数字排量泵工况的针对性设计，与理想的高速开关阀仍有差距。另外，由于数字排量泵需要多个高速开关阀组，在保证高速开关阀具有良好的综合性能的同时，如何使其设计结构更易于适配数字排量泵同样是一个亟待解决的问题。动力耦合作动器的原理是在作旋转运动能量源和作线性运动的阀芯之间构建基于磁流变液剪切模式的动力耦合装置，通过控制耦合的建立与解除来驱动一对高速开关阀，因此急需一种基于动力耦合作动器的数字配流单元结构的数字排量机构，用到的磁流变液动力耦合具有快速且无机械磨损的特点，能有效减少数字排量泵的开关阀组高频地工作时产生的磨损与疲劳失效。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构，其特征在于，包括：至少一个动力耦合作动器，一个驱动设备、一根传动轴，且每个动力耦合作动器外均固接有两个阀组和柱塞腔配流块，其中两个阀组和柱塞腔配流块并排安装在动力耦合作动器阀体侧外，柱塞腔配流块位于两个阀组之间，且柱塞腔配流块的三个出口分别与两个阀组中部以及活塞腔相连；穿过动力耦合作动器且与动力耦合作动器中作动器壳体转动连接的传动轴的一端与驱动设备相连；所述动力耦合作动器包括两块驱动转盘、两个励磁单元、作动器壳体、磁流变液、两根轴承侧连接杆和两根阀体侧连接杆，其中内部充满磁流变液的作动器壳体的外观呈扁矩形体，作动器壳体内设有两块驱动转盘，驱动转盘安装于传动轴上且与传动轴一同转动；两块驱动转盘之间形成一个扁平的容纳空间，两个励磁单元面设置于容纳空间中且分布于传动轴的两侧；励磁单元中线性平动件的两端分别固接有轴承侧连接杆和阀体侧连接杆，轴承侧连接杆通过线性轴承安装在作动器壳体内，阀体侧连接杆穿过作动器壳体与所对应阀组中的阀体接触连接；两个阀组的阀体上分别开有供油端接口以及吸油端接口以分别和供油端组件以及吸油端组件相连。所述励磁单元由跑道型的线性平动件、跑道型的导磁线圈铁芯以及设置在外导磁线圈铁芯和线性平动件之间的励磁线圈组成。所述线性平动件的厚度为4mm-6mm，所述励磁线圈的厚度为2mm-4mm。所述阀组包括：阀体、阀芯、复位弹簧、供油端或吸油端接口和柱塞腔接口；阀体内设有滑动的阀芯，复位弹簧的两端分别与阀芯和阀体相连，阀体侧壁的一侧开有供油端或吸油端接口，阀体侧壁的中部开有柱塞腔接口。所述两根阀体侧连接杆与所述作动器壳体之间设有密封圈。所述驱动转盘的厚度为10mm，驱动转盘与励磁单元间的距离均为0.5mm-1mm。所述两个励磁单元相对于驱动转盘过传动轴的径面面对称设置。所述驱动转盘不停旋转，控制系统对所述两个励磁单元中的一个进行通电从而控制相应的阀门组开启。本专利技术的有益效果在于：1.基于磁流变液构建的动力耦合装置应用于高速液压阀的驱动。磁流变液的传动装置各项优势在此专利技术中也得到了充分的体现：瞬时(毫秒之内)并可逆的流变响应；大范围可控(50kPa以上)的流变应力；磁化能耗较低；对温度等外部环境条件具有很强的抗干扰能力；无磨损性避免了机械传动件的冲击和振动，能有效减少数字排量泵的开关阀组高频地工作时产生的磨损与疲劳失效；且达到快速的动力耦合响应的效果，保证了更好的环境适应性。2.采用两块驱动转盘，两块驱动转盘之间形成容纳空间，从而使置入其中导磁线圈铁芯前后表面之间形成两个磁流变液动力耦合界面，这样通电后驱动转盘和线性平动件之间的产生的剪切驱动力将会加倍，进一步增加驱动系统提供的驱动力，进而提供大范围无级调控的驱动力。3.驱动转盘耦合线性平动件进而驱动液压阀阀芯运动的方式，使得液压阀具有短时间内获得长距离阀芯冲程的潜力，因为一旦驱动转盘与线性运动的阀芯耦合起来，其冲程就由耦合时间与转速决定，而更大的阀芯冲程则意味着更大的额定流量。4.励磁单元与传统的螺线管式电磁阀中呈长圆柱状的线圈和电枢铁芯有所不同，其励磁线圈和导磁电芯都非常轻薄，厚度仅需几个毫米，这样就使整个驱动件的质量显著减小，从而进一步缩短液压阀的开关响应时间。5.两组励磁单元(导磁线圈铁芯、励磁线圈及线性平动件)设置于驱动转盘的两侧，可实现对一对开关阀的驱动，恰好配合柱塞腔配流块形成一个数字配流单元，并可以利用驱动轴串接多阀紧凑叠加的阀组结构，理想地适配数字排量泵的多柱塞配流单元。6.驱动转盘通过传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构，其特征在于，包括：至少一个动力耦合作动器(8)，一个驱动设备(14)、一根传动轴(1)，且每个动力耦合作动器(8)外均固接有两个阀组和柱塞腔配流块(12)，其中两个阀组和柱塞腔配流块(12)并排安装在动力耦合作动器(8)阀体侧外，柱塞腔配流块(12)位于两个阀组之间，且柱塞腔配流块(12)的三个出口分别与两个阀组中部以及活塞腔相连；穿过动力耦合作动器(8)且与动力耦合作动器(8)中作动器壳体(16)转动连接的传动轴(1)的一端与驱动设备(14)相连；/n所述动力耦合作动器(8)包括两块驱动转盘(2)、两个励磁单元、作动器壳体(16)、磁流变液(3)、两根轴承侧连接杆(4)和两根阀体侧连接杆(15)，其中内部充满磁流变液(3)的作动器壳体(16)的外观呈扁矩形体，作动器壳体(16)内设有两块驱动转盘(2)，驱动转盘(2)安装于传动轴(1)上且与传动轴(1)一同转动；两块驱动转盘(2)之间形成一个扁平的容纳空间，两个励磁单元面设置于容纳空间中且分布于传动轴(1)的两侧；励磁单元中线性平动件的两端分别固接有轴承侧连接杆(4)和阀体侧连接杆(15)，轴承侧连接杆(4)通过线性轴承(7)安装在作动器壳体(16)内，阀体侧连接杆(15)穿过作动器壳体(16)与所对应阀组中的阀体接触连接；两个阀组的阀体上分别开有供油端接口(94)以及吸油端接口(104)以分别和供油端组件以及吸油端组件相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构，其特征在于，包括：至少一个动力耦合作动器(8)，一个驱动设备(14)、一根传动轴(1)，且每个动力耦合作动器(8)外均固接有两个阀组和柱塞腔配流块(12)，其中两个阀组和柱塞腔配流块(12)并排安装在动力耦合作动器(8)阀体侧外，柱塞腔配流块(12)位于两个阀组之间，且柱塞腔配流块(12)的三个出口分别与两个阀组中部以及活塞腔相连；穿过动力耦合作动器(8)且与动力耦合作动器(8)中作动器壳体(16)转动连接的传动轴(1)的一端与驱动设备(14)相连；
所述动力耦合作动器(8)包括两块驱动转盘(2)、两个励磁单元、作动器壳体(16)、磁流变液(3)、两根轴承侧连接杆(4)和两根阀体侧连接杆(15)，其中内部充满磁流变液(3)的作动器壳体(16)的外观呈扁矩形体，作动器壳体(16)内设有两块驱动转盘(2)，驱动转盘(2)安装于传动轴(1)上且与传动轴(1)一同转动；两块驱动转盘(2)之间形成一个扁平的容纳空间，两个励磁单元面设置于容纳空间中且分布于传动轴(1)的两侧；励磁单元中线性平动件的两端分别固接有轴承侧连接杆(4)和阀体侧连接杆(15)，轴承侧连接杆(4)通过线性轴承(7)安装在作动器壳体(16)内，阀体侧连接杆(15)穿过作动器壳体(16)与所对应阀组中的阀体接触连接；两个阀组的阀体上分别开有供油端接口(94)以及吸油端接口(104)以分别和供油端组件以及吸油端组件相连。


2.根据权利要求1所述的一种基于动力耦合作动阀的新型数字配流机构...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊绍平，冯翔宇，杨锦琨，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11