專(zhuān)利名稱(chēng)：一種智能型大流量壓電液壓閥的制作方法
一種智能型大流量壓電液壓閥技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于流體驅(qū)動(dòng)與控制領(lǐng)域的液壓閥，具體涉及一種智能型大流量壓電液壓 閥。
背景技術(shù)：
利用壓電疊堆振子在電壓作用下產(chǎn)生伸縮變形的特性，國(guó)內(nèi)外均已開(kāi)發(fā)出了多種 類(lèi)型的壓電疊堆式液壓閥，因其具有響應(yīng)快、無(wú)電磁干擾、精度高、可控性好等諸多優(yōu)勢(shì)而 被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外所提出的壓電疊堆式液壓閥大都為直推式結(jié)構(gòu)，即直接利用壓電 疊堆的伸縮驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，并且均采用單一閥孔進(jìn)行流體控制，如中國(guó)專(zhuān)利02158122. 3、 200710117696. 6,200710100005. 1,200810061138. 7,201010226949. 5 等，由于壓電疊堆在 電壓作用下的變形量很小、僅微米級(jí)，因此目前采用壓電疊堆構(gòu)造的直推式液壓閥的流量 控制范圍極其有限，只能用于流量小、精度高的開(kāi)關(guān)控制或伺服控制，還無(wú)法用于汽車(chē)主動(dòng) 懸架等要求流量或阻尼調(diào)節(jié)范圍較大的場(chǎng)合。為提高壓電疊堆液壓閥的流量及阻尼調(diào)節(jié)能 力，中國(guó)專(zhuān)利200710117696. 6提出了一種采用兩個(gè)壓電疊堆分別驅(qū)動(dòng)閥芯和閥套的高速 開(kāi)關(guān)閥，中國(guó)專(zhuān)利200410004541. 8提出了一種采用兩個(gè)壓電疊堆聯(lián)合控制并通過(guò)柔性鉸 鏈進(jìn)行位移放大的伺服閥，上述兩種方法在一定程度上提高了閥的流量控制范圍，但因多 用了 一個(gè)壓電疊堆而使閥的制造成本大幅度增加。
除了流量調(diào)節(jié)以外，壓電疊堆液壓閥的流量調(diào)節(jié)精度也有待于進(jìn)一步提升。眾 所周知，驅(qū)動(dòng)電壓確定時(shí)壓電疊堆的伸長(zhǎng)量隨負(fù)載的增加而降低，相關(guān)部件的制造及安裝 誤差、實(shí)時(shí)的工作溫度及流體壓力變化對(duì)其實(shí)際變形量都有較大的影響，而且壓電疊堆 變形能力又非常小，從而導(dǎo)致壓電疊堆的實(shí)際變形量與理論計(jì)算值之間產(chǎn)生一定的誤差 并降低控制精度。因此，人們相繼提出了多種形式的自帶傳感器的液壓閥，如中國(guó)專(zhuān)利 200410004541. 8提出的閥芯帶有傳感器的液壓閥、中國(guó)專(zhuān)利200710100005.1提出的壓電 疊堆自帶傳感器的液壓閥等。前者的問(wèn)題在于傳感器置于流體環(huán)境中且隨閥芯運(yùn)動(dòng)，不利 于導(dǎo)線的連接、密封及維護(hù)，且高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下導(dǎo)線易因疲勞斷裂而降低可靠性；而后者采 用的是間接測(cè)量閥芯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法，即實(shí)際測(cè)量的是壓電疊堆所承受的負(fù)載，無(wú)法真實(shí) 反應(yīng)閥芯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如當(dāng)閥芯運(yùn)動(dòng)阻力增加或靜止不動(dòng)時(shí)，壓電疊堆在電壓作用下伸長(zhǎng) 時(shí)傳感器依然會(huì)有較大的信號(hào)輸出。可見(jiàn)，現(xiàn)有的自帶傳感器的壓電疊堆式液壓閥在可靠 性及實(shí)用性方面還都存在一定的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種智能型大流量壓電液壓閥，以解決現(xiàn)有壓電疊堆式液壓閥所存在 的閥流量調(diào)節(jié)及控制范圍小，流量控制精度及可靠性低問(wèn)題。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是閥座上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體和下殼體， 所述閥座上端與上殼體之間壓接有彈性隔膜、下端與下殼體之間壓接有隔板、閥腔中套接 有閥體，所述閥體由閥芯、上頂桿及下頂桿構(gòu)成，所述閥芯上設(shè)有環(huán)槽；所述彈性隔膜上下兩側(cè)分別通過(guò)螺釘固定有頂塊及活塞，頂塊將壓電疊堆壓接在上殼體內(nèi)；活塞置于閥座的上腔內(nèi)，并與閥座、上頂桿以及置于閥座上腔下壁上的單向閥共同構(gòu)成上壓縮腔；閥芯與下頂桿、閥座及隔板共同構(gòu)成下壓縮腔；設(shè)置在閥座上的進(jìn)口與出口通過(guò)閥芯上的環(huán)槽相連通，所述進(jìn)口與出口及閥芯上的環(huán)槽共同構(gòu)成用于流量和阻尼調(diào)節(jié)的閥孔；所述進(jìn)口通過(guò)流道一與下壓縮腔連通、還通過(guò)流道二及單向閥與上壓縮腔連通；閥體的下頂桿通過(guò)隔板上的通孔依次將碟形彈簧及傳感器壓接在下殼體內(nèi)；所述傳感器及壓電疊堆分別通過(guò)導(dǎo)線組一及導(dǎo)線組二與電控單元連接。自然狀態(tài)時(shí)壓電疊堆不通電、也不承受流體力作用，閥處于常開(kāi)狀態(tài)，傳感器因受力恒定而無(wú)電壓生成；壓電疊堆通電伸長(zhǎng)并推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，使上壓縮腔內(nèi)的流體壓力增加、上頂桿及閥芯向下運(yùn)動(dòng)，從而減小閥芯上環(huán)槽與進(jìn)出的重合面積，即閥孔的通流面積減小；如壓電疊堆在電壓作用下的伸長(zhǎng)量為L(zhǎng)=V η，則閥體的移動(dòng)量、即閥孔開(kāi)度的調(diào)節(jié)量
為/=(&)2i=(i):n7，其中V為壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電壓，η為與壓電疊堆、彈性隔膜及頂塊等 rr
的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的系數(shù)，R及r分別為活塞及閥體的上頂桿的半徑；因此，當(dāng)活塞直徑遠(yuǎn)大于上頂桿直徑時(shí)，壓電疊堆的伸長(zhǎng)量將被放大(R/r)2倍，即閥的流量或阻尼的調(diào)節(jié)能力被放大(R/r)2倍；與此同時(shí)，閥體的下頂桿通過(guò)碟形彈簧壓迫傳感器并使其產(chǎn)生電壓，傳感器所生成電壓大小與其所受壓力大小即閥芯的運(yùn)動(dòng)位移成正比，因此，根據(jù)傳感器的輸出電壓調(diào)節(jié)壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電壓即可實(shí)現(xiàn)流量和阻尼的精確調(diào)節(jié)與控制；壓電疊堆斷電后在其自身彈性力及彈性隔膜拉力作用下收縮并使活塞向上運(yùn)動(dòng)，從而使上壓縮腔內(nèi)流體壓力降低、單向閥開(kāi)啟，流體從進(jìn)口經(jīng)流道二及單向閥進(jìn)入上壓縮腔、還經(jīng)流道一進(jìn)入下壓縮腔，閥體在流體壓力及彈簧推力的作用下向上運(yùn)動(dòng)，直至使閥孔開(kāi)度最大，壓電疊堆及傳感器也都恢復(fù)至初始狀態(tài)。與現(xiàn)有的壓電疊堆式液壓閥相比，本發(fā)明顯著特色及優(yōu)勢(shì)在于①在壓電疊堆與閥芯之間增加一個(gè)可自行填充流體的壓縮腔，通過(guò)大活塞與小閥芯頂桿相結(jié)合的增加閥芯位移量，閥流量調(diào)節(jié)及控制范圍大采用固定的傳感器直接測(cè)量閥芯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，流量控制精度及可靠性高。因此，本發(fā)明的壓電液壓閥除了用于開(kāi)關(guān)及伺服控制外，更適于大范圍的精密流量及阻尼調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例壓電疊堆未通電時(shí)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例壓電疊堆通電后的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例閥座的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式閥座7上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體I和下殼體10，所述閥座7上端與上殼體I之間壓接有彈性隔膜4、下端與下殼體10之間壓接有隔板11、閥腔C2中套接有閥體9，所述閥體9由閥芯902、上頂桿901及下頂桿903構(gòu)成，所述閥芯902上設(shè)有環(huán)槽904 ;所述彈性隔膜4上下兩側(cè)分別通過(guò)螺釘固定有頂塊3及活塞5，頂塊3將壓電疊堆2壓接在上殼體I內(nèi)；活塞5置于閥座7上腔Cl內(nèi)，并與閥座7、上頂桿901以及置于閥座7的上腔Cl下壁上的單向閥6共同構(gòu)成上壓縮腔Cll ;閥芯902與下頂桿903、閥座7及隔板11共同構(gòu)成下壓縮腔C21 ;設(shè)置在閥座7上的進(jìn)口 701與出口 701’通過(guò)閥芯902上的環(huán)槽904相連通，所述進(jìn)口 701與出口 701’及閥芯902上的環(huán)槽904共同構(gòu)成用于流量和阻尼調(diào)節(jié)的閥孔；所述進(jìn)口 701通過(guò)流道一 703與下壓縮腔C21連通、還通過(guò)流道二 702及單向閥6與上壓縮腔Cll連通；閥體9的下頂桿903通過(guò)隔板11上的通孔依次將碟形彈簧12及傳感器13壓接在下殼體10內(nèi)；所述傳感器13及壓電疊堆2分別通過(guò)導(dǎo)線組一 14及導(dǎo)線組
二8與電控單元15連接。自然狀態(tài)時(shí)壓電疊堆2不通電，因頂塊3上端面與上殼體I的內(nèi)壁相接觸，壓電疊堆2也不承受流體力作用；上壓縮腔Cll及下壓縮腔C21因均與進(jìn)口 701相連通而具有相等的流體壓力，因閥芯902下端面面積大于上頂桿901的面積，故使閥體9承受向上的推力作用、并使閥芯902的上端面與閥座7上的閥腔C2的上壁相接觸，從而確保閥芯902上的環(huán)槽904進(jìn)口 701及出口 701’完全連通、即閥孔的通流面積最大，閥處于常開(kāi)狀態(tài)；此時(shí)傳感器13受力恒定，并無(wú)電壓生成。 壓電疊堆2通電后開(kāi)始伸長(zhǎng)、并通過(guò)頂塊3及彈性隔膜4推動(dòng)活塞5向下運(yùn)動(dòng)，從而使單向閥6關(guān)閉、上壓縮腔Cll內(nèi)的流體壓力增加，上壓縮腔Cll內(nèi)不斷增加的流體壓力使上頂桿901所受的流體作用力增加并帶動(dòng)閥芯902向下運(yùn)動(dòng)、同時(shí)還迫使下壓縮腔C21內(nèi)的流體經(jīng)流道一 703進(jìn)入進(jìn)口 701 ;閥芯902向下運(yùn)動(dòng)使得其上環(huán)槽904與進(jìn)口 701及出口 701’的重合面積減小，即閥孔的通流面積減小；如壓電疊堆2在電壓作用下的伸長(zhǎng)量
為L(zhǎng)=V η，則閥體的移動(dòng)量、即閥孔開(kāi)度的調(diào)節(jié)量為/=(1)Υ=(!):Γ/7，其中V為壓電疊堆2
VV
的驅(qū)動(dòng)電壓，η為與壓電疊堆2、彈性隔膜4及頂塊3等的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的系數(shù)，R及r分別為活塞5及閥體9的上頂桿901的半徑；因此，當(dāng)活塞5的直徑遠(yuǎn)大于上頂桿901的直徑時(shí)，壓電疊堆2的伸長(zhǎng)量將被放大(R/r)2倍，即閥的流量或阻尼的調(diào)節(jié)能力被放大(R/r)2倍；與此同時(shí)，閥體9的下頂桿903通過(guò)碟形彈簧12壓迫傳感器13，傳感器13受到外力作用后便產(chǎn)生電壓信號(hào)，且所生成電壓大小與其所受壓力大小即閥芯902的運(yùn)動(dòng)位移成正比，因此，根據(jù)傳感器13的輸出電壓調(diào)節(jié)壓電疊堆2的驅(qū)動(dòng)電壓即可實(shí)現(xiàn)流量和阻尼的精確調(diào)節(jié)與控制。當(dāng)壓電疊堆2斷電后，壓電疊堆2在其自身彈性力及彈性隔膜4的作用下開(kāi)始收縮、帶動(dòng)活塞5向上運(yùn)動(dòng)，從而使上壓縮腔Cll內(nèi)流體壓力降低、單向閥6開(kāi)啟，流體從進(jìn)口701經(jīng)流道二 702及單向閥6進(jìn)入上壓縮腔Cl1、還從進(jìn)口 701經(jīng)流道一 703進(jìn)入下壓縮腔C21，閥體9在流體壓力及彈簧12推力的作用下向上運(yùn)動(dòng)，直至閥芯902的上端面與閥座7上的閥腔C2的上壁相接觸，此時(shí)閥孔開(kāi)度最大，壓電疊堆12及傳感器13也都恢復(fù)至初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種智能型大流量壓電液壓閥，其特征在于閥座上下兩端分別通過(guò)螺釘固定有上殼體和下殼體，所述閥座上端與上殼體之間壓接有彈性隔膜、下端與下殼體之間壓接有隔板、閥腔中套接有閥體，所述閥體由閥芯、上頂桿及下頂桿構(gòu)成，所述閥芯上設(shè)有環(huán)槽；所述彈性隔膜上下兩側(cè)分別通過(guò)螺釘固定有頂塊及活塞，頂塊將壓電疊堆壓接在上殼體內(nèi)； 活塞置于閥座的上腔內(nèi)，并與閥座、上頂桿以及置于閥座上腔下壁上的單向閥共同構(gòu)成上壓縮腔；閥芯與下頂桿、閥座及隔板共同構(gòu)成下壓縮腔；設(shè)置在閥座上的進(jìn)口與出口通過(guò)閥芯上的環(huán)槽相連通，所述進(jìn)口與出口及閥芯上的環(huán)槽共同構(gòu)成用于流量和阻尼調(diào)節(jié)的閥孔；所述進(jìn)口通過(guò)流道一與下壓縮腔連通、還通過(guò)流道二及單向閥與上壓縮腔連通；閥體的下頂桿通過(guò)隔板上的通孔依次將碟形彈簧及傳感器壓接在下殼體內(nèi)；所述傳感器及壓電疊堆分別通過(guò)導(dǎo)線組一及導(dǎo)線組二與電控單元連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能型大流量壓電液壓閥，屬于液壓閥。閥座上固定有上下殼體，閥座與上殼體間壓有彈性隔膜、與下殼體間壓有隔板、閥腔中套有閥體，閥體由閥芯及上下頂桿構(gòu)成；彈性隔膜兩側(cè)固定有頂塊及活塞，頂塊將壓電疊堆壓接在上殼體內(nèi)；活塞與閥座、上頂桿及單向閥構(gòu)成上壓縮腔；閥芯與下頂桿、閥座及隔板構(gòu)成下壓縮腔；進(jìn)出口通過(guò)閥芯環(huán)槽相連通并構(gòu)成閥孔；進(jìn)口與上下壓縮腔連通；下頂桿將碟形彈簧及傳感器壓接在下殼體內(nèi)；傳感器及壓電疊堆分別經(jīng)導(dǎo)線組與電控單元連接。優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)壓縮腔增加閥芯位移量，閥流量及阻尼調(diào)節(jié)范圍大；采用傳感器測(cè)量閥芯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，流量控制精度及可靠性高；尤其適于大范圍的精密流量及阻尼調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F16K31/02GK102996838SQ20121054363
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者闞君武, 王淑云, 陳一峰, 曾平, 程光明 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)