一种超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式射流管伺服阀，属液压伺服控制技术领域。包括阀体（１６）、配流器（８）、一对电－机转换器、一对位于电－机转换器与配流器（８）之间的微位移放大器，上述电－机转换器包括热补偿罩（５）、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒（１０）、位于热补偿罩（５）外侧的线圈骨架（２），还包括依次绕于线圈骨架（２）外侧的驱动线圈（４）和偏置线圈（３）；上述微位移放大器包括缸体、安装于缸体一端与上述对应的超磁致伸缩棒（１０）相联的大活塞（９）、缸体另一端与上述配流器（８）相连；该射流管伺服阀具有响应快、驱动功率和控制流量大等显著特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超磁致伸缩材料的应用，属液压伺服控制
技术背景射流管伺服阔的传统结构一般以力矩马达、射流管、喷嘴、双接受器等构成， 力矩马达用于带动射流管偏转，射流管的偏转可改变双接收器中的压力和流量， 其压力和流量变化可用于驱动滑阀或中小功率液压伺服系统中的液压执行元件， 通过对力矩马达输出力和位移的控制便可实现对滑阀或液压执行元件的控制。早期射流管伺服阀由于力矩马达的输出功率小，多釆用两级式结构，文献l (液压控制系统的分析与设计，卢长耿，李金良编，煤炭工业出版社，1991.2: pl99 200 )所述，力反馈式两级射流管伺服阀主要由力矩马达、射流管、双接 受器、功率级滑阀、力反馈杆等组成，伺服阀工作时由力矩马达带动射流管偏转， 双接受器与功率级滑阀阀芯两端相通，射流管上有一力反馈杆与阀芯相连，信号 电流使力矩马达的衔铁偏转，衔铁与射流管相连。如果偏向左则使滑阀阀芯左端 压力升高，阀芯向右移动，同时也带动反馈杆向右移动；当射流管在反馈杆带动 下移动至双接受器中间时，射流管放大器两侧输出的压力相等，阀芯停止运动， 但阀芯移动了一定距离，伺服阀具有相应流量输出。文献2(液压伺服系统，曹鑫铭编，冶金工业出版社，1991.5: pl49~150) 所述，20世纪60年代美国摩格公司研制出新型偏转板式射流管伺服阀，该伺服 阀由力矩马达、偏转板射流放大器和滑阀组成，滑阀位移通过反馈杆以力矩反馈 至力矩马达的衔铁上。偏转板射流放大器由射流盘和开有导流窗口的偏转板组 成，射流盘上开有射流槽道和两条对称相同的接受槽道，而偏转板上开有V型导 流窗口。当射流盘在中间位置时，射流槽道的流体在两个接受孔中间流动；因此 在两个接受槽道内形成相等的恢复压力，所以滑阀阀芯不动。当偏转板偏移时， 一个接受槽道内压力降低， 一个接受槽道压力升高，所形成的控制压差推动滑阀阀芯运动。滑阀阀芯位移又带动反馈杆产生变形，以力矩的形式反馈到力矩马达 的衔铁上，此力矩与输入电流信号产生的电磁力矩相平衡。但此时滑阀阀芯已有 一确定位移，并输出相应流量。无论是早期普通射流管伺服间还是后来的偏转板式射流管伺服阀其工作可 靠性和工作效率远远高于喷嘴挡板伺服阀，但其最大缺点是射流管惯性大，导致力矩马达部分的固有频率低，从而响应慢；偏转板式射流管伺服阀由于减小了偏 转部分的惯量其响应速度大为提高，但由于受力矩马达输出功率的限制使其响应 速度进一步提高及其直接控制负载的能力受到限制，同时其控制流量也较小。超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料，具有应变大，响应速度快，能量传 输密度高和输出力大等优异性能。目前该材料已在世界各先进国家引起广泛的注 意，首先被用于水声换能器件的开发，并在海军、航海、海洋工程等领域的水下 通信、海底油田探测、及跟踪定位等方面已得到了应用。随后逐步开始应用于声 纳、微位移控制、蠕动机械、超精密机床加工控制、新型电动机、机器人、传感 器等新型器件中。在流体控制元件中也有大量的应用，日本住友轻金属工业公司在柱塞式流体 泵上利用超磁致伸縮执行器直接驱动活塞，现已制成形似一节电池那样的密闭型 GMM 泵 (Dariusz A.Bushko,James H Goldie.High performance magnetostrictive actuators.IEEE,AES Systems Magazine,November, 1991: 21_25 ),该泵具有响应快和高精度控制流量等特点。德国E. Quandt等人利 用超磁致伸缩薄膜的伸缩效应实现阀口的控制，从而设计出一种超磁致伸缩微型 阀(Quandt E, Seemann L Fabrication and simulation of magnetostrictive thin-film actuator. Sensors and Actuators, 1995, A50: 105 109 ); 日本Urai 等人用G画转换器设计出直动式伺服阀(Hiratsuka, Kazuto, Urai, Takahiro. Magnetic Circuit Design of a Giant Magnetostrictive Actuator and Application to a Direct—Drive Servo—Valve.Nippon.Kikai, Gakkai. Ronbunshu, B.Hen. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part B. 1994 (570): 479—483 ),其最大特点是采用闭环控制，结构 紧凑，精度高，响应快，但其最大输出流量仅为2L/min,频宽650Hz (-3dB),阶 跃响应小于1ms,与同类型的电液伺服阀相比其频响已明显提高。国内浙江大学利用G画对气动喷嘴挡板阀、液压喷嘴挡板伺服阀和内燃机的高速强力电磁阀进 行了机构设计和特性研究，其主要性能指标均高于传统伺服阀。基于以上背景，申请者提出了一种单级直动式射流管伺服阀的新型结构，以 期应用于未来高响应、高可靠性电液伺服阀的驱动部分或直接驱动中小功率液压 伺服系统。该新型射流管伺服阀具有响应快、驱动功率和控制流量大等显著特点。
技术实现思路
本专利技术的目的利用超磁致伸縮材料响应速度快，能量传输密度高和输出力大 等性能设计新型带有微位移放大机构的超磁致伸缩执行器以取代传统射流管伺 服阀的力矩马达，设计出一种新型射流管伺服阀的结构，以期提高传统射流管伺 服阀的频宽、响应速度和控制流量。为实现以上目的，本专利技术中设计了一种超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式 射流管伺服阀，其特征在于包括阀体、配流器、 一对电-机转换器、 一对位于 电-机转换器与配流器之间的微位移放大器。上述电-机转换器包括热补偿罩、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒、位于 热补偿罩外侧的线圈骨架，还包括依次绕于线圈骨架外侧的驱动线圈和偏置线 圈；上述微位移放大器包括缸体、安装于缸体一端与上述对应的超磁致伸缩棒相 联的大活塞、缸体另一端与上述配流器相连；阀体上具有与配流器相连的主供油道和输出油道，还具有与相应缸体相连的 一对单向预压力注油通道；上述阀体还具有泄油冷却通道，该通道与配流器相连。如上所述的超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式射流管伺服闽，其特征在 于上述单向注油通道通过单向阔实现单向注油，单向阀由弹簧座、弹簧、及钢 球组成。如上所述的超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式射流管伺服阀，其特征在 于上述热补偿罩与线圈骨架之间具有间隙，该间隙为上述泄油冷却通道的一部分。本专利技术有益效果之一本专利技术提供了一种新型射流管伺服阀结构，区别于普5通射流管伺服阀，其射流管、喷嘴和接收器均为固定式结构；区别于偏转板式射 流管伺服阀，其配流器不是由力矩马达驱动而是采用新型超磁致伸缩执行器驱 动，该驱动方式充分利用并发挥了超磁致伸缩材料响应快、输出力大的特点，使 该新型射流管伺服阀具有频响高，驱动能力强等特点；区别于偏转板式射流管伺 服阀，该新型射流管伺服闽的核心部件配流器不是偏转式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超磁致伸缩执行器驱动的单级直动式射流管伺服阀，其特征在于： 包括阀体（１６）、配流器（８）、一对电－机转换器、一对位于电－机转换器与配流器（８）之间的微位移放大器， 上述电－机转换器包括热补偿罩（５）、安装于热补偿罩内的超磁 致伸缩棒（１０）、位于热补偿罩（５）外侧的线圈骨架（２），还包括依次绕于线圈骨架（２）外侧的驱动线圈（４）和偏置线圈（３）； 上述微位移放大器包括缸体、安装于缸体一端与上述对应的超磁致伸缩棒（１０）相联的大活塞（９）、缸体另一端与上述 配流器（８）相连； 阀体（１６）上还具有与配流器（８）相连的主供油道（１４）和输出油道（７），还具有与相应缸体相连的一对单向预压力注油通道（１５）； 上述阀体上还具有泄油冷却通道（６），该通道与与配流器（８）相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉川，李跃松，鲍和云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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