[发明专利]基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀

说明书

技术领域

本发明属于液压气动伺服控制技术领域，涉及一种新型的基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀。

背景技术

电液伺服系统在航空、航天、工业及国防应用等方面有着举足轻重的地位和不可替代的作用。电液伺服阀作为电液伺服系统中的核心控制元件，其性能及可靠性对整个伺服系统影响巨大。传统的先导级伺服阀难以取得高的动态响应，对油液的清洁度要求较高。现有的压电陶瓷直接驱动伺服阀一般阀芯位移很小，控制流量很小，难以满足实际应用的要求。

发明内容

本发明为解决现有伺服阀工作当中存在的问题，针对压电陶瓷驱动器输出位移很小、输出力大的特点，设计了一种液压微位移放大结构，并在此基础上设计了压电陶瓷直接驱动阀，实现了大流量、高频响的要求。具有很高的应用价值。

本发明的技术方案：

本发明设计的基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动阀采用压电陶瓷驱动器驱动液压微位移放大结构，推动伺服阀阀芯运动，同时压缩蝶形弹簧，为反向运动时提供回复力。阀芯装有位移传感器，实现阀芯位置的闭环控制，具有很高的精度和分辨率。

所设计的液压微位移放大结构是基于容积控制的原理。该结构由大活塞、小活塞、密闭容腔和压力调节及测量装置组成。大活塞端输入一定的位移，改变密闭容腔内油液的体积和压力形态，在小活塞端就会产生与大活塞端输入位移成一定比例的放大的位移输出。放大倍数接近大、小活塞的面积比。通过设计和调节密闭容腔的初始压力及初始体积，可以使液压微位移结构获得合适的输入、输出刚度以及很高的动态特性。

所设计的液压微位移放大结构的大活塞采用膜片式的结构，避免了采用传统活塞结构形式带来的大质量、大负载的问题。而柔性铰链式的膜片结构可以在保证强度的同时，使刚度更小，从而取得较大的输入位移。

本发明的优点是：

1.结构简单，加工精度低，控制方式灵活，便于实现余度。

2.液压位移放大结构的设计放大了压电陶瓷驱动器的输出位移，放大倍数接近大小活塞的面积比，使阀的控制流量增加。

3.整体结构采取非固连式结构，避免了压电陶瓷与运动件连接时，由于拉伸或扭转带来的故障和损坏。

4.膜片式结构相比传统的活塞结构，降低了质量、惯性力负载和摩擦力。提高了压电陶瓷输出能力，同时提高了密封性能。

5.柔性铰链膜片相比刚性膜片，解决了刚度和强度矛盾的问题。同时具有很高的动态频率。

附图说明

图1是本发明基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动阀整体结构图。

图2是本发明液压微位移放大结构的原理图。

图3是本发明柔性铰链膜片式大活塞的结构图和剖视图。

图4是本发明动密封式小活塞的结构图和剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的液压微位移放大式压电陶瓷直接驱动阀做进一步详细说明。

本发明设计了一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动阀，其结构图如图1所示，该伺服阀主要包括电涡流式位移传感器、功率滑阀、液压微位移放大结构和压电陶瓷四部分。

图1中，压电陶瓷驱动液压微位移放大结构的大面积活塞运动，在小面积活塞上得到与面积比成比例的放大的位移输出，驱动功率滑阀阀芯运动。功率滑阀另一端有电涡流式位移传感器，用来采集阀芯位置信号，对阀芯位移进行闭环控制。

图2为液压位移放大结构的原理图。大面积活塞运动一段位移，改变密闭腔内流体的压力及体积形态，同时压力的变化将驱动小面积活塞产生与大面积活塞运动位移成一定比例的放大了的位移输出。

图3左中所示为柔性铰链膜片式大活塞的结构图。与传统的刚性活塞不同，采用的是膜片式的活塞结构，若采用传统的刚性活塞，由于动密封的要求，活塞的厚度和质量不能做到很小，高速运动时，压电陶瓷驱动器需要克服很大的惯性力以及密闭腔内流体作用在活塞上的压力。该负载合力过大会大大降低压电陶瓷驱动器的输出位移和动态响应速度。采用膜片式的结构，降低了活塞的质量，消除摩擦力，同时膜片初始位置的弹性变形力可以有效的抵消作用其上面的密闭腔内流体的压力。最终降低压电陶瓷驱动器的负载，同时提高密闭腔的密封性能。