壓電晶體數字閥的製作方法

2023-05-28 04:40:11 1

專利名稱：壓電晶體數字閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及電液轉換控制元件，尤其是涉及一種壓電晶體數字閥。
背景技術：
高速開關閥是一種新型數字式電液轉換控制元件，採用脈衝流量控制方式，實現高精度的液壓伺服控制，具有體積小、可靠性高、抗汙染能力強和價格低廉等優點，可以替代製造成本高、抗汙染性差的液壓伺服閥，應用範圍廣泛。數字閥以提高響應頻率來實現微量控制。儘管減小閥芯質量和液動力可以提高響應頻率，但是開關閥響應頻率的提高主要依靠增加驅動器作用力及縮小響應時間。高速開關閥的驅動器主要是強力電磁鐵，一般響應時間為幾個毫秒；高電磁力需要較多的安匝數，導致電磁閥發熱，而且結構複雜、體積較大。受安裝空間、電磁力、運動慣性等因素影響，進一步提高電磁閥的響應能力遇到了限制。此外，由於開關閥受開關時間的限制，閥芯行程不能太大，因此數字閥的額定流量受到限制。在相同驅動力下，增加閥的額定流量，將降低開關閥的響應速度。同時隨著高速閥工作壓力的增加，導致閥芯液動力的增加，也將降低開關閥的響應速度。因此，高速開關閥存在高速響應與高壓、大流量之間的矛盾。目前國內外研製的高速電磁開關閥很難同時達到響應時間小於4ms、工作壓力大於20Mpa、流量高於10L/Min，因而通常只能用作先導閥；而使用先導閥控制的數字閥，儘管能夠實現高壓、大流量，其頻率響應卻又大大降低。因此，尋求新型驅動器，以提高直動型高速開關閥的響應能力，解決高速響應與高壓、大流量之間的矛盾是提高數字閥性能、擴大其應用範圍的關鍵。
壓電晶體驅動器是近年來發展起來的一種新型驅動器，具有以下特點1)響應快，可達GHz。
2)輸出力大，可達kN以上。
3)功耗低，比電磁式驅動器低一個數量級。
儘管壓電晶體能夠大幅度提高開關閥的響應速度，但是由於輸出位移只約佔其長度的0.1％，通常為幾十微米，而液壓閥閥芯位移都在幾百微米以上；因此，解決壓電晶體驅動器位移放大的問題，是利用好壓電晶體材料的關鍵。目前國際上採用的槓桿放大、壓曲位移放大、液壓放大等方法都沒有很好地解決壓電晶體微位移放大問題，同時還導致壓電晶體輸出力縮小、輸出頻率降低，因此，造成壓電晶體數字閥的流量都很小。

發明內容
本發明的目的在於提供一種壓電晶體數字閥，它以壓電晶體作為數字閥的驅動器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數字閥高頻響與高壓、大流量間的矛盾，同時克服了壓電晶體輸出位移下，穩定變化下輸出位移部穩定的問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括環形壓電晶體，壓電晶體堆，閥座，壓縮彈簧，閥芯，閥蓋，閥體，閥體旋緊螺帽，鎖緊螺母，調節螺栓；所述的閥芯的結構一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分，中間用小圓柱體連接而成；在閥體腔內的閥體臺肩上設有內裝壓縮彈簧的環形壓電晶體，閥芯大圓柱體一側與環形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過壓縮彈簧孔後，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座的油口上；壓電晶體堆的一端套有軸套，放置在閥芯大圓柱端上，壓電晶體堆的另一端經保護墊片放置在與閥蓋上，閥蓋上的調節螺栓頂在保護墊片，調節螺栓用鎖緊螺母固定。閥體旋緊螺帽與閥體通過螺紋聯接。閥芯錐閥部分的閥體上開有高壓油液進口，閥座與閥體間裝有O型密封圈，閥芯大圓柱體與閥體間裝有密封圈來密封環形壓電晶體內的高壓油腔中的高壓油p1。
所述的閥芯大圓柱體與閥體間裝有密封圈為2個O型密封圈和1個PTFE密封圈。
本發明具有的有益效果是1)體積小，採用壓電晶體作為執行器，節省了閥的使用空間；2)頻響響應高，可達200Hz以上；3)工作壓力高，輸出流量大；4)閥的性能不受溫度變化的影響。


圖1是本發明壓電晶體數字閥的結構原理圖。
圖2是數字閥閥芯運動阻力與閥芯位移示意圖。
圖3是本發明的一種壓電晶體數字閥結構裝配圖。
圖中1、環形壓電晶體，2、壓電晶體堆，3、閥座，4、壓縮彈簧，5、閥芯，6、閥蓋，7、閥體，8、閥體旋緊螺帽，9、鎖緊螺母，10、調節螺栓，11、保護墊片，12、密封圈，13、O型密封圈，14、O型密封圈，15、閥體臺肩，16、軸套，A、高壓油液進口，B、數字閥油液出口，C、高壓油腔，5-1、閥芯大圓柱體，5-2、閥芯小圓柱體，5-3、閥芯錐閥部分。a、b分別為壓電晶體堆的正負接線端，c、d分別為環形壓電晶體正負接線端。
具體實施例方式
圖1是本發明壓電晶體數字閥的結構原理圖。本發明包括環形壓電晶體1，壓電晶體堆2，閥座3，壓縮彈簧4，閥芯5，閥蓋6，閥體7；所述的閥芯5的結構一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分，中間用小圓柱體連接而成；在閥體7腔內的臺肩上設有內裝壓縮彈簧4的環形壓電晶體1，閥芯5大圓柱體一側與環形壓電晶體1端面接觸，閥芯5小圓柱體通過壓縮彈簧4孔後，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座3的油口上，壓電晶體堆2放置在閥芯5大圓柱端與閥蓋6之間。
圖2是數字閥閥芯運動阻力與閥芯位移示意圖。閥芯在打開或關閉瞬間，作用在閥芯上的運動阻力(包括液動力和液壓力)最大；隨著閥芯位移的增加，閥芯運動阻力迅速降低。本發明利用壓電晶體高頻響、高輸出力特性提出一種的數字閥結構，採用2個壓電晶體來分別打開和關閉閥芯。工作原理如下高壓油p1從高壓油液進口A口流入，在壓高壓油p1的作用下，閥芯5被壓在閥座3上，數字閥油液出口B口被關閉，沒有油液從數字閥油液出口B口流出。打開閥芯，如圖1a所示當環形壓電晶體1得電，壓電晶體堆2失電，環形壓電晶體1輸出1kN以上的瞬時力FPZT1推動閥芯，推動閥芯5加速運動，並在壓縮彈簧4輸出的力Fs的推動下繼續運動，直至閥芯5運行到壓電晶體堆2的位置，數字閥油液出口B口全部打開；關閉閥芯，如圖1b所示環形壓電晶體1失電，壓電晶體堆2得電，壓電晶體堆2輸出2kN以上的瞬時力FPZT2推動閥芯5，使閥芯5加速運動，並在高壓p1的作用下繼續運行，直到數字閥油液出口B口關閉。該數字閥利用壓電晶體瞬時產生的高輸出力，推動閥芯在高壓下高速運行，輸出大的流量(閥芯位移可達0.2mm以上)。由於利用的是壓電晶體高輸出力的衝擊特性，其輸出位移對數字閥功能的實現不產生影響，因此克服了壓電晶體輸出位移小和溫度變化下輸出位移不穩定的缺陷，同時解決了數字閥高頻響、高壓、大流量間的矛盾。
圖3是本發明的一種壓電晶體數字閥結構裝配圖。包括環形壓電晶體1，壓電晶體堆2，閥座3，壓縮彈簧4，閥芯5，閥蓋6，閥體7，閥體旋緊螺帽8，鎖緊螺母9，調節螺栓10；所述的閥芯5的結構一端為大圓柱體5-1，另一端為閥芯錐閥部分5-3，中間用小圓柱體5-2連接而成；在閥體7腔內的閥體臺肩15上設有內裝壓縮彈簧4的環形壓電晶體1，閥芯大圓柱體5-1一側與環形壓電晶體1端面接觸，閥芯小圓柱體5-2通過壓縮彈簧4孔後，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分5-3能夠壓在閥座3的油口上，B為數字閥油液出口；壓電晶體堆2的一端套有軸套16，放置在閥芯5大圓柱端上，壓電晶體堆2的另一端經保護墊片11放置在與閥蓋6上，閥蓋6上的調節螺栓10頂在保護墊片11，調節螺栓10用鎖緊螺母9固定；閥體旋緊螺帽8與閥體7通過螺紋聯接。閥芯錐閥部分5-3的閥體7上開有高壓油液進口A，閥座3與閥體7間裝有O型密封圈13，閥芯大圓柱體5-1與閥體7間裝有2個O型密封圈14和1個PTFE密封圈12來密封環形壓電晶體1內的高壓油腔C中的高壓油p1。
閥芯5的閥芯大圓柱體5-1可以在閥體7內滑動，閥芯5的閥芯錐閥部分5-3可以和閥座3的油口相接觸，來關閉數字閥油液出口B。閥芯5的閥芯大圓柱體5-1通過2個O型密封圈14和1個PTFE密封圈12來密封高壓油腔C的高壓油p1；壓電晶體堆2一端與閥芯上端相接觸，一端與保護墊片11的下端面相接觸；軸套16用來保證壓電晶體堆2在運動過程中，始終位於軸心位置；保護墊片11用來保護電晶體堆2來自調節螺栓10的預緊力；調節螺栓10通過螺紋與閥蓋6聯接，來調節閥芯5的位移；鎖緊螺母9通過螺紋與調節螺杆10聯接，用來鎖緊調節螺栓10；閥蓋6的一端與閥體7的上端面相接觸，並通過閥體臺肩15來定位，閥蓋6的另一端與閥體旋緊螺帽8的內端面相接觸；閥體旋緊螺帽8與閥體7通過螺紋聯接。
工作原理如下閥芯關閉壓電晶體堆2得電，輸出2kN以上的衝擊力，推動閥芯5加速下行，並在高壓油液p1的作用下，關閉數字閥油液出口B。
閥芯打開壓電晶體堆2失電，環形壓電晶體1得電，輸出1kN以上的衝擊力，推動閥芯5加速上行，並在壓縮彈簧4和高壓油液p1的作用下，打開數字閥油液出口B。
本發明的數字閥採用螺紋插裝安裝形式，可以很好地應用到工程實際中。
本發明採用閥體旋緊螺帽8與閥體7通過螺紋聯接，而不是採用4個螺栓將閥蓋6與閥體7聯接，節省了閥的空間。
a、b分別為壓電晶體堆的正負接線端，c、d分別為環形壓電晶體正負接線端，分別接到壓電晶體電源控制器的正負極。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.壓電晶體數字閥，其特徵在於包括環形壓電晶體(1)，壓電晶體堆(2)，閥座(3)，壓縮彈簧(4)，閥芯(5)，閥蓋(6)，閥體(7)，閥體旋緊螺帽(8)，鎖緊螺母(9)，調節螺栓(10)；所述的閥芯(5)的結構一端為大圓柱體(5-1)，另一端為閥芯錐閥部分(5-3)，中間用小圓柱體(5-2)連接而成；在閥體(7)腔內的閥體臺肩(15)上設有內裝壓縮彈簧(4)的環形壓電晶體(1)，閥芯大圓柱體(5-1)一側與環形壓電晶體(1)端面接觸，閥芯小圓柱體(5-2)通過壓縮彈簧(4)孔後，小圓柱體底端的閥芯錐閥部分(5-3)能夠壓在閥座(3)的油口上；壓電晶體堆(2)的一端套有軸套(16)，放置在閥芯(5)大圓柱端上，壓電晶體堆(2)的另一端經保護墊片(11)放置在與閥蓋(6)上，閥蓋(6)上的調節螺栓(10)頂在保護墊片(11)，調節螺栓(10)用鎖緊螺母(9)固定；閥體旋緊螺帽(8)與閥體(7)通過螺紋聯接，閥芯錐閥部分(5-3)的閥體(7)上開有高壓油液進口(A)，閥座(3)與閥體(7)間裝有O型密封圈(13)，閥芯大圓柱體(5-1)與閥體(7)間裝有密封圈來密封環形壓電晶體(1)內的高壓油腔(C)中的高壓油p1。
2.根據權利要求1所述的壓電晶體數字閥，其特徵在於所述的閥芯大圓柱體(5-1)與閥體(7)間裝有密封圈為2個O型密封圈(14)和1個PTFE密封圈(12)。
全文摘要
本發明公開了一種壓電晶體數字閥。其閥芯的結構一端為大圓柱體，另一端為閥芯錐閥部分，中間用小圓柱體連接而成；在閥體腔內的臺肩上設有內裝壓縮彈簧的環形壓電晶體，閥芯大圓柱體一側與環形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過壓縮彈簧孔後，其底端的閥芯錐閥部分能夠壓在閥座的油口上，壓電晶體堆放置在閥芯大圓柱端與閥蓋之間。它以壓電晶體作為數字閥的驅動器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數字閥高頻響與高壓、大流量間的矛盾，克服了壓電晶體輸出位移下，穩定變化下輸出位移部穩定的問題。體積小，採用壓電晶體作為執行器，節省閥的使用空間；頻響200Hz以上；工作壓力高，輸出流量大；閥的性能不受溫度變化的影響。
文檔編號F15B13/044GK101021224SQ20071006773
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月22日 優先權日2007年3月22日
發明者歐陽小平, 楊華勇 申請人:浙江大學