先導控制伺服閥的製作方法

2023-05-08 21:00:56

專利名稱：先導控制伺服閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶有四個主流口的先導控制伺服閥。
帶有四個主流口的兩級或多級設計的電液伺服閥用作四通閥，以控制液壓缸中直線運動的位置、速度和力，或者控制液壓馬達旋轉運動的位置、轉動速度和扭矩。
四通伺服閥一般設計成板式連接閥，即它們有一個稜形的閥體以便安裝在液壓體的連接區上。閥的四個主流口位於閥體的平面形的連接區上，而且它們通向主控制閥芯的控制孔內的開口設計成對稱。控制腔設置在用法蘭安裝在閥體兩側上的端蓋內。這些控制腔通過控制孔與一先導伺服閥相連接。通過向端部控制腔內的兩個端面施加壓力，平衡的主控制閥芯被液壓驅動。
目前，眾所周知的先導控制四通伺服閥有一個彈簧對中的平衡位置。在大多數情況下，主控制閥芯通過兩個安裝在端部控制腔內的彼此相互作用的反向回復彈簧定位於中心位置。然而，如何通過單個彈簧定中心也是熟知的。單個彈簧被夾在端部彈簧腔內的兩個彈簧座之間。藉助於兩個彈簧座，主控制閥芯上的拉杆能夠軸向地移動。每個彈簧座都有一個位於拉杆上的軸向端部擋塊。當閥處於平衡位置時，彈簧壓著彈簧座頂在拉杆上的端部擋塊上。在這個位置，兩個彈簧座同樣與彈簧腔的殼體接觸。相應地，主控制閥芯由彈簧固定在它所謂的中心位置上。如果主控制閥芯從中心位置向彈簧腔運動，彈簧被在主控制閥芯端部相對一側的彈簧腔中的第一彈簧座壓縮，而產生一個彈簧力，作用在主控制閥芯上。如果主控制閥芯向相反方向運動，彈簧則被拉杆在第二個彈簧座上產生的拉力所壓縮而產生一個相反方向的彈性力，作用在主控制閥芯上。
已知的帶有用以安裝在液壓體的連接區的閥體的先導控制四通伺服閥佔用空間相當多，並且為了作出四個主流口，要求液壓體內有複雜的孔。
本發明的主要目的是提供一種先導控制伺服閥，它可以整體地放置在液壓體內，節約空間，並且該伺服閥在不需要犧牲其良好動態特性的條件下，仍有一個明確限定的中心位置。
為實現上述目的，本發明提供一種先導控制伺服閥，它包含一閥體，它具有主控制閥芯的一個導向孔，在該導向孔內第四主流口和第一主流口之間的第一液壓腔，在該導向孔內第一主流口和第二主流口之間的第二液壓腔，在該導向孔內第二主流口和第三主流口之間的第三液壓腔，在該導向孔內第三主流口和一輔助口腔之間的第四液壓腔；一主控制閥芯，它可在導向孔內沿軸向移動，它具有用於控制第一軸向液壓腔的通過流量的第一控制邊，用於控制第二軸向液壓腔的通過流量的第二控制邊，用於控制第三軸向液壓腔的通過流量的第三控制邊，用於控制第四軸向液壓腔的通過流量的第四控制邊，主控制閥芯在閥體內限定第一控制腔和第二控制腔，並在第一控制腔內形成第一驅動面，在第二控制腔內形成與第一驅動面沿軸向相對的第二驅動面；一固定在一個末端彈簧腔內的回覆彈簧，它與主控制閥芯連接成在主控制閥芯的兩個提升方向上，以其彈力對抗主控制閥芯，並因此確定主控制閥芯的彈簧對中中心位置；一個先導閥，它與兩個控制腔中的至少一個液壓連接；一個用於先導閥的控制器；一個與主控制閥芯連接的位置傳感器，它將主控制閥芯的位置作為反饋信號供給先導閥的控制器；其特徵在於，閥體包括一閥套，其能沿軸向插入液壓體的孔內，並設計成在該孔內限定分別與第一、第二和第三主流口對應的環形開口，一與第四主流口對應的開口沿軸向設置在閥套的末端，主控制閥芯的第一閥芯端面沿軸向與該開口正對著，由主控制閥芯的第二閥芯端面形成位於彈簧腔內的壓力平衡表面，卸壓通道穿過主控制閥芯，使彈簧腔和第四主流口液壓連通，以便壓力平衡面受第四主流口內的壓力作用，以及一使該卸壓通道與輔助口腔液壓連通的橫向孔。
根據本發明的先導控制四通伺服閥有一個可直接安裝在液壓體中的臺階孔中的閥套。該閥套有幾個相應於液壓體中第一、第二和第三橫向工作腔的開口。對應地，第四主流口通向閥套的開口設置在閥套的前端，使第四主流口的末端在閥套的軸向方向上。閥套插入其中的液壓體有三個橫向孔，分別與第一、第二和第三主流口相對應。但是，對於與第四主流口對應的液壓體孔的布置，可以有最大可能的自由度。例如，與第四主流口對應的液壓體孔可以沿著閥套的臺階孔軸向延伸的方向布置，而這種方式在以前有兩個以上主流口的一般先導控制伺服閥中是不可能的。在液壓體中，各個主流口之間所需的搭橋溝通也可以不需要了。因此按照本發明的伺服閥可提供與一般伺服閥相比更為緊湊的控制閥體結構。即使在更為複雜的液壓控制系統中，根據本發明的伺服閥可與各種附加的閥(例如兩通內裝閥)一起放入到液壓體中，達到節省空間的目的。直接安裝在較大液壓缸的缸蓋上也是可能的。
本發明的閥的主控制閥芯可在閥套內軸向移動。主控制閥芯的兩個端面中的一個在軸向上與第四個軸向工作口相對。主控制閥芯的第二端面形成活塞的壓力平衡表面，該表面上產生的靜壓力作用與在閥套的延伸方向的彈簧腔中的第一活塞端面上的靜壓力作用是相對的。彈簧腔通過主控制閥芯中的卸壓通道與第四主流口液壓連接。卸壓管也將一個軸向開口腔連接到第四主流口上。回復彈簧固定在彈簧腔內並且通過彈簧座與主控制閥芯相連接，以便在閥芯的兩個提升方向上，回復彈簧與控制腔內的液動作用力方向相反，該彈簧力與閥芯行程成比例，並且在控制腔不受壓力情況下，可確定主控制閥芯的壓力對中中心位置。一個帶有控制器的先導閥可以採用液壓的方法與兩個控制腔相連接。主控制閥芯的位置傳感器可以把反饋信號供給先導閥控制器。
在本發明的閥中，主控制閥芯受到的不平衡的靜壓力負荷可以通過選擇主控制閥芯的壓力平衡表面適當的尺寸加以補償。這種靜壓補償減小了主控制閥芯所需的驅動力，結果是控制腔內的壓力作用表面可以更小。因此，需要的控制油量也小，亦即對同樣大小的先導閥，可以獲得較短的調節時間。對主控制閥芯的靜壓補償也可以毫無問題地使用單向回復彈簧，為主控制閥芯在兩個提升方向上進行彈簧對中。結果，保證了在各個提升方向上相同信號產生相同偏移。而且，主控制閥芯的中心位置可以通過主控制閥芯上的回覆彈簧的直接機械作用可靠地定位。
伺服閥口最好按如下方式分配
第一主流口液壓上與用戶第一排量腔連接，這樣形成第一工作口(A)。
第二主流口液壓上與一個油箱連接，這樣形成一個回油箱口(T)，第三主流口液壓上與用戶第二排量腔連接，這樣形成第二工作口(B)，第四主流口液壓上與一個泵連接，這樣形成一個泵出口(P)。
在這種設計中，泵出口(P)能沿軸向被通入閥套中；回油箱口(T)位於第一和第二工作口之間。然而，在不犧牲本發明伺服閥最重要的優點的條件下，主流口其它的分配方式也是可能的。
一般地，泵是一個液壓源，油箱是一個沒有明顯反壓力的容器或導管，用戶是一個帶有兩個排量腔的液壓消耗裝置(例如旋轉或直線驅動裝置)。
在伺服閥的優選實施例中，主控制閥芯在具有彈簧對中的中心位置的情況下，控制邊具有如下位置第一軸向液壓腔被第一控制邊封閉，第二軸向液壓腔是打開的，第三軸向液壓腔是打開的，第四軸向液壓腔被第四控制邊封閉。
因此，當主控制閥芯處於彈簧對中的中心位置時，工作口(A)和(B)就與油箱口(T)連接起來。換句話說，當主控制閥芯處於彈簧對中的中心位置時，一個與它連接的用戶的兩個排量腔的壓力卸載。在這種設計中，主控制閥芯的四個控制邊最好是零開口的。其結果是，例如，當閥用於液壓缸的位置控制迴路中時，可以獲得很好的定位精度，當閥用於壓力控制時，可獲得良好的動態性能。而且，控制邊的其它布置方式也是可能的。例如，當主控制閥芯在彈簧對中中心位置時，控制邊可將所有的口關閉。
彈簧對中最好按如下方式設計主控制閥芯在彈簧腔內有一個軸向延伸軸。第一和第二彈簧座可在延伸軸上沿軸向移動。當閥在靜止位置時，回復彈簧把第一彈簧座壓到主控制閥芯上的止動區上，並把第二彈簧座壓到延伸軸的自由端的止動區上。彈簧腔的大小做成在平衡位置時，彈簧腔內的兩個彈簧座沿軸向接近。
下面結合附圖詳細描述本發明的優選實施例，附圖中

圖1表示本發明的伺服閥的縱向剖面圖；圖2是圖1的局部放大圖。
在圖1中，本發明的伺服閥用標號10代表。閥套12插入液壓體16的臺階孔14內。閥套12形成一個軸嚮導向孔，主控制閥芯18在其中軸向移動。
圖中所示的伺服閥10是一個四通伺服閥，它有一個泵口(P)、油箱口(T)、第一工作口(A)和第二工作口(B)。泵口(P)用液壓的方法單獨地與一個壓力管(未示出)相連接。油箱口(T)液壓上與一個無壓力管(未示出)相連接。工作口(A和B)分別在液壓上與液壓線性或旋轉驅動裝置(未示出)的第一和第二排量腔連接。
液壓體16內分別相應於油箱口(T)，第一工作口(A)和第二工作口(B)的三個液壓體孔22、20和24設置成與臺階孔14成90℃角並且其末端在臺階孔14的側面上。在臺階孔14內，閥套12在對應於液壓體孔22、20、24的區域內形成環形開口22′，20′和24′。這些開口22′、20′和24′每個都有幾個貫穿閥套12的壁的橫向孔25，每個橫向孔形成與主控制閥芯18的導向孔的液壓連接。對應於泵口(P)的第四體孔26設置在臺階孔14的軸向延伸部分上。閥套12對應於第四體孔26有一個前開口26′。
在閥套12內，第一軸向液壓腔28把對應於泵口(P)的前開口26′和對應於工作口(A)的橫向開口20′連接起來，第二軸向液壓腔30把對應於油箱口(T)的開口22′和對應於工作口(A)的開口20′連接起來，第三軸向液壓腔32把對應於油箱口(T)的開口22′和對應於工作口(B)的開口24′連接起來，第四軸向液壓腔34把對應於工作口(B)的開口24′和通過主控制閥芯18限定在閥套12中的輔助腔36連接起來。由於環形開口22′、20′、24′的結構，在第二和第三軸向液壓腔(30和32)之間的軸向距離遠遠大於第一和第二(28和30)或第三和第四(32和34)軸向液壓腔之間的軸向距離。
主控制閥芯18有第一個同軸閥肩38，它控制工作口(A)，能在第一和第二軸向液壓腔28和30內沿軸向移動，主控制閥芯18還有第二閥肩40，它控制工作口(B)，能在第三和第四軸向液壓腔32和34之間沿軸向移動。第一閥肩38形成了控制第一液壓腔28的第一控制邊28′和控制第二液壓腔30的第二控制邊30′。兩個控制邊28′和30′均為零開口。第二閥肩40形成控制第三液壓腔32的第三控制邊32′和控制第四液壓腔34的第四控制邊34′。這兩個控制邊32′和34′也均為零開口。輔助口腔36形成了一個環繞閥套內的主控制閥芯18的環形封閉空間。它沿軸向方向一端由閥肩40密封，另一端由閥肩42密封。
輔助口腔36藉助於一穿過主控制閥芯18的軸向孔44和一橫向孔46與泵口(P)相連接。因此，主控制閥芯可以有選擇地藉助於同軸閥肩38把第一工作口(A)與泵口(P)連接或藉助於同軸閥肩40把第二工作口(B)與油箱口(T)連接起來，相應的液壓液體的通過流量由四個控制邊28′、30′、32′、34′調節。
閥芯端面48上的壓力向主控制閥芯18施加了一個不平衡的靜壓力負荷。為了平衡主控制閥芯上的靜壓作用力，同軸向孔44延伸到主控制閥芯的另一端，其末端通過閥芯橫向孔50終止在壓力平衡腔或彈簧腔52內。下面參照圖1中局部的放大2，詳細描述閥的上部。
彈簧腔52設置在閥套12軸向延伸方向上的閥蓋54內。閥蓋54安裝在液壓體16上，並將閥套12固定在臺階孔14內。主控制閥芯18的第二末端沿軸向被襯套56密封，並且與彈簧腔52相通，形成一個壓力平衡突起部分58。後者在壓力平衡腔52內有一壓力平衡表面60，它在靜壓力上與閥芯的第一端面48相對。壓力平衡表面60與閥芯端部表面48面積相等，以便使得泵壓力與全部靜壓力平衡。
通過向附著在主控制閥芯18上的同軸驅動閥肩62的環形的第一或第二驅動表面64、66施加合適的壓力可驅動主控制閥芯18。在閥套內的閥肩42和驅動表面64之間形成第一環形控制腔68，在密封襯套56和驅動表面66之間形成第二環形控制腔70。第一控制腔68通過閥蓋54內的控制口72和一個用凸緣安裝的四通先導控制伺服閥76的工作口(A′)相連接，第二控制腔70通過閥蓋54內的控制口74和工作口(B′)相連接。驅動表面64和66的尺寸選擇成使得在控制邊28′、32′或30′、34′溢流的時候產生的液動力可以可靠地克服。結果是，控制油量是十分的少，並且平衡調節時間也是非常的短。
在彈簧腔52內，回復彈簧沿軸向夾持在第一和第二彈簧座80和82之間。延伸軸84與主控制閥芯18的第二端牢固地連接。彈簧座80和82可在軸84上沿軸向移動。軸84在它的自由端有一個對應於第二彈簧座82的軸向止動面86。閥芯的第二端面60形成了一個對應於第一彈簧座80的軸向止動面。在圖2中，回復彈簧78把第一彈簧座80壓到止動面60上，把第二彈簧座82壓到止動面86上。在這個位置，第一彈簧座80也和密封襯套56處的殼體接觸，第二彈簧座82與軸向相對著的閥蓋54的止動表面88處的殼體接觸。因此，兩彈簧座80和82都與殼體接觸，並且主控制閥芯18通過在兩個彈簧座80和82之間的延伸軸84被固定住，主控制閥芯受到回復彈簧沿兩相反方向的彈性力作用。換句話說，主控制閥芯處於彈簧對中的平衡位置，這也被稱作中心位置。
如果通過給第一控制腔68施加壓力，主控制閥芯18從它的中心位置向彈簧腔52移動時，回復彈簧78受到彈簧腔52中緊靠在主控制閥芯18端部60上的第一彈簧座80的壓縮。這樣，回復彈簧就向主控制閥芯18上產生一個彈性力，以對抗這樣的運動，並且力的量值是與主控制閥芯18的行程成比例的。如果通過給第二控制腔70施加壓力，主控制閥芯18從它的中心位置向泵口26運動時，延伸軸84在第二彈簧座產生一個拉力，結果回復彈簧78在彈簧腔52中被第二彈簧座82壓縮。彈性力阻礙主控制閥芯18運動，並且力的量值是與主控制閥芯18的行程成比例的。使用在兩個提升方向象一壓縮彈簧一樣動作的單個回復彈簧78，可以確保主控制閥芯18在兩個方向上都具有同樣的回覆力。
從圖2中的局部剖面可以看出，延伸軸84用螺紋擰到主控制閥芯內並用一銷90固定。閥芯的軸向孔44在延伸軸84中延伸到橫向孔46。另一個橫向孔92位於主控制閥芯18的端部表面60的上面。第二個橫向孔92的目的在於確保彈簧座80上下的壓力平衡。至於第二彈簧座82，其壓力平衡是通過彈簧座82上的孔94實現的。
如圖1所示，通過位置傳感器96，主控制閥芯形成一個閉環的位置控制迴路。位置傳感器96的軸98與主控制閥芯的延伸軸84機械連接。位置傳感器96的輸出信號(對應於控制活塞18的位置)與控制放大器100中的要求值(S)相比較，先導閥76的運動與確定的要求值和實際值之間的差別成比例。先導閥76調節主控制級的控制腔68和70中的控制油的壓力，並克服回復彈簧78的影響，使閥芯行程固定，這樣，一個閉環的電液控制迴路形成了。
圖1也表示了在彈簧對中的平衡或中心位置時的主控制閥芯18。控制邊28′，30′，32′，34′在主控制閥芯18上是這樣布置的，即當閥芯在中心位置時第一控制邊28′封閉泵口(P)和工作口(A)之間的第一液壓腔28；第二控制邊30′打開油箱口(T)和工作口(A)之間的第二液壓腔30；第三控制邊32′打開油箱口(T)和工作口(B)之間的第三液壓腔32；第四控制邊34′封閉工作口(B)和輔助口腔36之間的第四液壓腔，因此，工作口(B)和泵口(P)之間不可能通過閥芯的軸向孔44連通。
因此，在彈簧對中的中心位置，工作口(A)和(B)向油箱卸載，沒有壓力。如果主控制閥芯18從中心位置向泵口(P)移動，工作口(A)保持向油箱卸載狀態，而工作口(B)通過輔助口腔36和閥芯的軸向孔44與泵口(P)液壓連接。如果，相反地，主控制閥芯18從中心位置向彈簧腔52移動，工作口(B)保持向油箱排油狀態。而且工作口(A)通過第二控制邊30′對油箱封閉，並通過第一控制邊28』與泵口(P)液壓連通。如果沒有控制壓力，主控制閥芯18位於它的彈簧對中的中心位置，這時，兩個工作口(A和B)如上所述都向油箱卸載。
權利要求
1.一種帶有四個主流口的先導控制伺服閥，它包含一閥體(12，54)，它具有主控制閥芯(18)的一個導向孔，在該導向孔內第四主流口和第一主流口之間的第一液壓腔(28)，在該導向孔內第一主流口和第二主流口之間的第二液壓腔(30)，在該導向孔內第二主流口和第三主流口之間的第三液壓腔(32)，在該導向孔內第三主流口和一輔助口腔之間的第四液壓腔(34)；一主控制閥芯(18)，它可在導向孔內沿軸向移動，它具有用於控制第一軸向液壓腔(28)的通過流量的第一控制邊(28′)，用於控制第二軸向液壓腔(30)的通過流量的第二控制邊(30′)，用於控制第三軸向液壓腔(32)的通過流量的第三控制邊(32′)，用於控制第四軸向液壓腔(34)的通過流量的第四控制邊(34′)，主控制閥芯(18)在閥體內限定第一控制腔和第二控制腔(68，70)，並在第一控制腔(68)內形成第一驅動面(64)，在第二控制腔(70)內形成與第一驅動面(64)沿軸向相對的第二驅動面(66)；一固定在一個末端彈簧腔(52)內的回覆彈簧(78)，它與主控制閥芯(18)連接成在主控制閥芯(18)的兩個提升方向上，以其彈力對抗主控制閥芯(18)，並因此確定主控制閥芯(18)的彈簧對中中心位置；一個先導閥(76)，它與兩個控制腔(68，70)中的至少一個液壓連接；一個用於先導閥(76)的控制器(100)；一個與主控制閥芯(18)連接的位置傳感器(96)，它將主控制閥芯(18)的位置作為反饋信號供給先導閥(76)的控制器(100)；其特徵在於，閥體包括一閥套(12)，其能沿軸向插入液壓體(16)的孔(14)內，並設計成在該孔(14)內限定分別與第一、第二和第三主流口對應的環形開口(20′，22′，24′)，一與第四主流口對應的開口(26′)沿軸向設置在閥套(12)的末端，主控制閥芯(18)的第一閥芯端面沿軸向與該開口(26′)正對著，由主控制閥芯(18)的第二閥芯端面形成位於彈簧腔(52)內的壓力平衡表面(60)，卸壓通道(44)穿過主控制閥芯(18)，使彈簧腔(52)和第四主流口液壓連通，以便壓力平衡面(60)受第四主流口內的壓力作用，以及一使該卸壓通道與輔助口腔(36)液壓連通的橫向孔(46)。
2.如權利要求1所述的閥，其特徵在於，第一主流口形成第一工作口(A)，第二主流口形成一油箱口(T)，第三主流口形成第二工作口(B)，以及第四主流口形成一泵口(P)。
3.如權利要求1所述的閥，其特徵在於，控制邊設置成當主控制閥芯(18)處於彈簧對中中心位置時，它們處於下述位置第一軸向液壓腔(28)由第一控制邊(28′)封閉，第二軸向液壓腔(30)打開，第三軸向液壓腔(32)打開，以及第四軸向液壓腔(34)由第四控制邊(34′)封閉。
4.如權利要求1至3中任何一項權利要求所述的閥，其特徵在於，第一和第二驅動表面(64，66)是環形面。
5.如權利要求1至4中任何一項權利要求所述的閥，其特徵在於，它還具有一根位於彈簧腔(52)內的主控制閥芯(18)的軸向延伸軸(84)，第一和第二彈簧座(80，82)，其在延伸軸(84)上可沿軸向移動，用於第一彈簧座(80)的主控制閥芯上的一軸向止動面(60)，用於第二彈簧座(82)的延伸軸(84)上的一軸向止動面(86)，回復彈簧(78)，當閥處於平衡位置時，該彈簧對兩彈簧座(80，82)施加作用力，使兩彈簧座分別靠在它們相應的止動表面(60，86)上，以及彈簧腔(52)的大小允許在平衡位置時，兩彈簧座(80，82)在彈簧腔內沿軸向接近。
6.如權利要求5所述的閥，其特徵在於，卸壓通道(44)作為軸向孔通向延伸軸(84)，並且其末端通過第一橫向孔(50)而位於彈簧腔(52)內。
7.如權利要求6所述的閥，其特徵在於，延伸軸(84)有緊鄰第一彈簧座(80)的第一止動表面(60)的第二橫向孔(92)。
全文摘要
一種先導控制伺服閥具有四個主流腔，帶有四個控制邊的軸向滑動主控制閥芯，以及限定主控制閥芯的彈簧對中中心位置的回覆彈簧。一閥套有對應於第一、第二、第三主要流動腔的環形開口，以及對應於第四主要流動腔的前開口。壓力平衡面由位於彈簧腔內的主控制閥芯的第二前表面形成。主控制閥芯將第四主要流動腔內的壓力通過卸壓通道作用在壓力平衡面上。一橫向孔連接卸壓通道和輔助腔。該閥可整個放在液壓體內，節省空間，並具有明確限定的中間位置，具有優良的動態性能。
文檔編號F15B13/04GK1163657SQ95196278
公開日1997年10月29日 申請日期1995年11月13日 優先權日1994年11月16日
發明者阿塞恩·伯克爾, 伯恩德·蘭弗曼恩, 卡爾·特拉特伯格, 卡爾海因茲·波斯特 申請人:哈埃教路士有限公司