[发明专利]一种可旋转并联控制的大流量高频响数字阀

说明书

技术领域

本发明涉及流体传动及控制领域的电液伺服阀，尤其涉及一种可并联控制的高频大流量数字伺服阀。

背景技术

电液伺服系统广泛应用在航空航天、冶金、船舶和军事重工等诸多领域，其核心元件是电液伺服阀。电液伺服阀的高频响特点显著提升了高端装备（如大型复合材料压机、摩擦焊机、高频电液振动台、电液伺服转向器和空间模拟器等）的控制性能。传统的电液伺服阀一般采用前置级驱动功率滑阀级，输入信号为模拟信号，其模拟信号抗干扰能力差的特点制约了系统控制精度的进一步提升。随着数字控制技术的发展，抗干扰能力迅速增强，计算机与总线直接参与控制成为可能，这为数字化伺服阀的发展提供了技术支撑；此外，高端装备的迅猛发展，对伺服阀的大流量、高频响、抗污染提出了苛刻的要求，同时也为发展大流量、高频响、数字式、抗污染的伺服阀提供了广阔的市场空间。

当前电液伺服阀的设计，主要围绕着实现数字化和大流量下的高频响两方面展开。（1）在数字化方面：通过伺服电机带动滚珠丝杠和主阀芯实现阀芯的移动，将滚珠丝杠的旋转运动变为阀芯的轴向移动，通过伺服电机的数字控制实现伺服阀的数字化（如参考专利201110332448.X）；或者采用伺服螺旋装置将阀的先导级与主级合并，以实现导控一体，阀芯旋转后产生液压驱动力推动自身移动，数字控制伺服电机带动阀芯旋转实现数字化（如参考专利200910153014.6）；或者采用高速开关阀的先导级控制主级方式，通过控制高速开关阀的通断时间实现主阀的伺服控制，即数字控制高速开关阀实现数字化（如参考专利WO2012112292A1）。（2）在大流量下的高频响方面：采用超磁致伸缩材料制成电机械转换器作为先导级，此电机械转换器频宽大，控制主级可实现大流量下的高频响（如参考专利201310149224.4）；或者针对大流量插装阀，用两个伺服阀作为先导级进行控制，以提高主级的动态响应（如参考专利200810061616.4）。现有专利设计有助于实现大流量阀的数字化，同时提高其频率响应，但存在以下一些不足，主要表现为：

1）数字式伺服阀的频响提升遇到瓶颈。在数字式伺服阀的设计中，一般采用伺服电机带动阀芯旋转，实现对主阀的控制。为了提高控制的分辨率或精度，要求伺服电机每一脉冲对应的转角越小越好。然而随着每一脉冲对应的转角变小，导致伺服电机转动相同角度所需的步数增加，这降低了阀芯的响应速度，限制了高精度情况下伺服阀频响的进一步提升。

2）先导级驱动主级的增益有待提高。伺服螺旋机构的先导级与主级同为一体，增大阀芯直径即可提升主阀的通流能力并提高驱动主级的增益，较适合于作为大流量数字阀的阀芯。目前该类伺服螺旋机构中所采用的单边增益控制方式（如参考专利200910153014.6），未能全面利用阀芯的可控面积，最大程度的提升先导级驱动主级的增益，以进一步提升主阀芯动作的响应速度。

3）终端位置精确控制的适应性有待加强。由于伺服阀在设计时兼顾了大流量和高频响，流量增益大，难以在伺服系统终端位置上实现精确控制，由此制约了其在大型复合材料压机、摩擦焊机等装备中的应用，限制了其高精度控制性能的提升，降低了该阀的工程适应性。

发明内容

本发明目的是提供一种可旋转并联控制的大流量高频响数字阀，通过阀芯和阀套的并联旋转实现大流量伺服阀的数字控制和高频响，同时采用阀套的螺旋槽阵列结构，形成多级增益以实现大流量、高频响及终端位置的精确控制。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可旋转并联控制的大流量高频响数字阀，包括阀体、阀套、阀芯、左伺服电机、右伺服电机、左端盖、右端盖；阀套可旋转的安装在阀体内，阀芯可旋转的安装在阀套内。

左伺服电机通过左端盖安装在阀体上，左伺服电机输出轴固定连接于阀套，右伺服电机通过右端盖安装在阀体上，阀芯连接于右伺服电机输出轴。

阀体和阀套的左侧通过轴承连接，固定套固定连接于阀套右侧并置于阀体内，阀体和固定套通过轴承连接。

阀体和阀套的左侧用左圆锥滚子轴承连接，阀体和固定套之间用右圆锥滚子轴承连接。

阀芯上的左二阀芯轴段的左端面、阀套形成左控制容腔，左二阀芯轴段上开有左上阀芯孔和左下阀芯孔，左二阀芯轴段外的阀套内侧开有左螺旋槽，左螺旋槽与左控制容腔连通，左螺旋槽位于左上阀芯孔和左下阀芯孔之间；阀芯上的右二阀芯轴段的右端面、阀套形成右控制容腔，右二阀芯轴段上开有右上阀芯孔和右下阀芯孔，右二阀芯轴段外的阀套内侧开有右螺旋槽，右螺旋槽与右控制容腔连通，右螺旋槽位于右上阀芯孔和右下阀芯孔之间。