超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀制造技术

一种超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀，属液压伺服控制技术领域。包括阀体（２６）、主阀芯（５）、先导阀芯（６）、超磁致伸缩执行器、位于超磁致伸缩执行器与先导阀芯（６）之间的微位移放大器，上述超磁致伸缩执行器包括热补偿罩（１２）、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒（１３）、位于热补偿罩（１２）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）；该伺服阀具有响应快、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

技术介绍
传统的两级电液伺服阀其前置级多为喷嘴挡板阀，喷嘴挡板的运动一般由力 矩马达进行驱动，该型伺服阀具有动作灵敏，阀芯不易卡阻，线性度好，温度和 压力零漂小等优点，同时有具有抗污染能力差，内泄露大，功率损失大，效率低等缺点；前置级为滑阀的两级电液伺服闽叫做滑阀式两级电液伺服阀，其前置级 控制阀芯一般由动圈式力马达进行驱动，具有结构简单，磁滞小，工作行程大， 抗污染能力强等优点，同时具有驱动部分和运动部分体积和惯量较大，响应较低， 要求驱动功率大等缺点。提高电液伺服阀的综合性能指标，成为改善电液伺服阀控制系统控制特性的关键，并有益于更好地满足曰益提高的巿场需求，进而推动 流体传动及控制技术的发展。文献l(液压控制系统，吴振顺著，高等教育出版社，2008.5: 102 - 103 ) 介绍了一种由动圈式力马达驱动的两级滑间式电液伺服阀结构与工作原理，该阀 主要由动圈式力马达、上下固定节流口、上下控制腔、先导阀芯、主阀芯构成。 当控制信号输入动圈式力马达时，动圈所受的电磁力与支撑弹簧力平衡，产生位 移，带动先导阀芯运动，先导闽芯运动导致一侧可变节流口打开，从而导致该侧 控制腔压力上升，上升的压力推动主阀芯向先导阀芯同向运动直到可变节流口重 新关闭，达到新的平衡。该阀由于釆用动圈式力马达作为电一机转换器驱动先导 阀芯运动，与新型超磁致伸缩执行器比较，其频响较低，响应较慢，由于力马达 输出功率较小，限制了伺服阀的频响和控制流量。超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简写为GMM)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。文献 2 ( Takahiro Urai. Development of a vavle using a giant magnetostrictive actuator. Proceeding of the sencond JHPS international symposium on fluid power. Edited by T. Maeda .Tokyo, 1993: 131 1 35 )所述, 曰本的Takahiro Urai等人用GMM转换器设计出了单级直动式伺服阀。它的原理 是通过线圈中变化的电流产生磁场，使GMM棒伸缩，从而驱动与G腦转换器直接 连接的阀芯产生位移，并且按照其位移量大小来控制阀口流量。此外，对应于G薩 磁场的变形特性为非线性，用差动变压器式位移传感器以及放大级采用PI闭环控 制的方法加以调节和克服。该阀的特点是采用闭环控制，结构紧凑，精度高，响 应快。与同类型的电液伺服阀相比其频响已明显提高，但由于GMM棒没有微位移 放大，其行程较小，故该伺服阀控制流量较小，仅为2L/min。GMM在其它流体控制元件中也有大量的应用，曰本住友轻金属工业公司在柱 塞式流体泵上利用超磁致伸缩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縮效应实现阀口的控制，从而设计出一种超磁致伸縮微型 阀(Quandt E， Seemann K. Fabrication and simulation of magnetostrictive thin—film actuator. Sensors and Actuators, 1995, A50: 105—109 );国内浙 江大学利用G薩对气动喷嘴挡板阀、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，申请者提出由超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服 阀设计方案及其两种结构实现形式，以期应用于未来高响应、高可靠性电液伺服 控制系统。该新型电液伺服阀具有响应快、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缩材料响应速度快，能量传输密度高和输出力大等性能设计带有微位移放大机构的超磁致伸缩执行器，并利用该执行器驱动先导 阀芯和主阀芯，从而设计出新型两级滑阀式电液伺服阀，以期提高传统两级滑阀 式电液伺服阀的频宽、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第 一种单超磁致伸缩执行器驱动的两级滑 阀式电液伺服阀，其特征在于包括阀体、安装于阀腔内的主阀芯和先导阀芯、 位于先导阀芯一侧的超磁致伸缩执行器、位于超磁致伸缩执行器与先导阀芯之间 的微位移放大器、位于先导阀芯另一侧的弹簧复位装置；上述超磁致伸缩执行器包括热补偿罩、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圏骨架，还包括依次绕于线圈骨架外侧的驱动线圈和偏置线圈；上述微位移放大器由 位移放大腔、安装于位移放大腔内与超磁致伸縮棒相连的输出活塞组成，位移放 大腔另一端与上述先导阀芯相连；上述阀体上还具有与阀腔相连的主供油通道、 输出油道及回油冷却循环通道；上述阀体上还具有与位移放大腔相连的通过单向 阀实现单向注油单向预压力注油通道。上述弹簧复位装置可采用以下结构包括与滑阀先导阀芯相连的复位弹簧、 复位弹簧座、密封圈、调节螺钉、防松螺母。第二种双超磁致伸縮执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其特征在于包括阀体、安装于阀腔内的主阀芯和先导阀芯、 一对超磁致伸缩执行器、 一对位于 超磁致伸縮执行器与先导闽芯之间的微位移放大器；上述超磁致伸缩执行器包括 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；上述微位移放大器由位移 放大腔、安装于位移放大腔内与超磁致伸缩棒相连的输出活塞组成，位移放大腔 另一端与上述先导阀芯相连；上述阀体上还具有与阀腔相连的主供油通道、输出 油道及回油冷却循环通道；上述阀体上还具有与位移放大腔相连的通过单向阀实 现单向注油的单向预压力注油通道。如上所述的两种超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其特征在 于上述单向预压力注油通道通过单向阀实现单向注油，单向阀由弹簧座、弹簧、 及圆锥阀芯组成。如上所述的两种超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其特征在 于上述热补偿罩与线圈骨架之间具有间隙，该间隙为伺服阀回油冷却循环通道6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由超磁致伸缩执行器驱动的新型两 级滑阀式电液伺服阀设计方案及其两种结构实现形式，区别于传统动圈式力马达 驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其电机转换器部分不是采用传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超磁致伸缩执行器驱动的两级滑阀式电液伺服阀，其特征在于：　包括阀体（２６）、安装于阀腔（２１）内的主阀芯（５）和先导阀芯（６）、位于先导阀芯（６）一侧的超磁致伸缩执行器、位于超磁致伸缩执行器与先导阀芯（６）之间的微位移放大器、位于 先导阀芯（６）另一侧的弹簧复位装置；　上述超磁致伸缩执行器包括热补偿罩（１２）、安装于热补偿罩内的超磁致伸缩棒（１３）、位于热补偿罩（１２）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）；　 　上述微位移放大器由位移放大腔（９）、安装于位移放大腔（９）内与超磁致伸缩棒（１３）相联的输出活塞（１０）组成，位移放大腔（９）另一端与上述先导阀芯（６）相连；　上述阀体（２６）上还具有与阀腔（２１）相连的主供油通道（２０）、输出油道 （７），及回油冷却循环通道（２２）；　上述阀体（２６）上还具有与位移放大腔（９）相连的通过单向阀实现单向注油单向预压力注油通道（１７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉川，鲍和云，李跃松，
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]