超磁致伸缩执行器驱动的大流量射流伺服阀制造技术

一种超磁致伸缩执行器驱动的高频大流量射流伺服阀，属液压伺服控制技术领域。包括引磁杆（８），左端盖（７），右端盖（１５），热补偿罩（４）、热补偿滑块（６），安装于热补偿罩（４）和热补偿滑块（６）内的超磁致伸缩棒（１０）、输出滑块（２），预压弹簧（１３），位于热补偿罩（４）和热补偿滑块（６）外侧的线圈骨架（５），还包括依次绕于线圈骨架（５）外侧的驱动线圈（２３）和偏置线圈（１１）；该射流伺服阀具有响应快、驱动功率和控制流量大等显著特点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超磁致伸縮材料的应用，属液压伺服控制

技术介绍
射流管伺服阀的传统结构一般以力矩马达、射流管、喷嘴、双接受器等构成，力矩 马达用于带动射流管偏转，射流管的偏转可改变双接收器中的压力和流量，其压力和流量 变化可用于驱动滑阀或中小功率液压伺服系统中的液压执行元件，通过对力矩马达输出力 和位移的控制便可实现对滑阀或液压执行元件的控制。 早期射流管伺服阀由于力矩马达的输出功率小，多采用两级式结构，文献l(液压 控制系统的分析与设计，卢长耿，李金良编，煤炭工业出版社，1991.2 :pl99 200)所述，力反馈式两级射流管伺服阀主要由力矩马达、射流管、双接受器、功率级滑阀、力反馈杆等组 成，伺服阀工作时由力矩马达带动射流管偏转，双接受器与功率级滑阀阀芯两端相通，射流 管上有一力反馈杆与阀芯相连，信号电流使力矩马达的衔铁偏转，衔铁与射流管相连。如果 偏向左则使滑阀阀芯左端压力升高，阀芯向右移动，同时也带动反馈杆向右移动；当射流管 在反馈杆带动下移动至双接受器中间时，射流管放大器两侧输出的压力相等，阀芯停止运 动，但阀芯移动了一定距离，伺服阀具有相应流量输出。 文献2 (液压伺服系统，曹鑫铭编，冶金工业出版社，1991. 5 :pl49 150)所述，20 世纪60年代美国摩格公司研制出新型偏转板式射流管伺服阀，该伺服阀由力矩马达、偏转 板射流放大器和滑阀组成，滑阀位移通过反馈杆以力矩反馈至力矩马达的衔铁上。偏转板 射流放大器由射流盘和开有导流窗口的偏转板组成，射流盘上开有射流槽道和两条对称相 同的接受槽道，而偏转板上开有V型导流窗口 。当射流盘在中间位置时，射流槽道的流体在 两个接受孔中间流动；因此在两个接受槽道内形成相等的恢复压力，所以滑阀阀芯不动。当 偏转板偏移时，一个接受槽道内压力降低，一个接受槽道压力升高，所形成的控制压差推动 滑阀阀芯运动。滑阀阀芯位移又带动反馈杆产生变形，以力矩的形式反馈到力矩马达的衔 铁上，此力矩与输入电流信号产生的电磁力矩相平衡。但此时滑阀阀芯已有一确定位移，并 输出相应流量。 无论是早期普通射流管伺服阀还是后来的偏转板式射流管伺服阀其工作可靠性 和工作效率远远高于喷嘴挡板伺服阀，但其最大缺点是射流管惯性大，导致力矩马达部分 的固有频率低，从而响应慢；偏转板式射流管伺服阀由于减小了偏转部分的惯量其响应速 度大为提高，但由于受力矩马达输出功率的限制使其响应速度进一步提高及其直接控制负 载的能力受到限制，同时其控制流量也较小。 超磁致伸縮材料是一种新型的功能材料，具有应变大，响应速度快，能量传输密度 高和输出力大等优异性能。目前该材料已在世界各先进国家引起广泛的注意，首先被用于 水声换能器件的开发，并在海军、航海、海洋工程等领域的水下通信、海底油田探测、及跟踪 定位等方面已得到了应用。随后逐步开始应用于声纳、微位移控制、蠕动机械、超精密机床 加工控制、新型电动机、机器人、传感器等新型器件中。 在流体控制元件中也有大量的应用，日本住友轻金属工业公司在柱塞式流体泵 上利用超磁致伸縮执行器直接驱动活塞，现已制成形似一节电池那样的密闭型G匪泵 (Dariusz A. Bushko， James H Goldie. High performancemagnetostrictive actuators. IEEE， AES Systems Magazine, November, 1991 :21-25)，该泵具有响应快和高精度控制流 量等特点。德国E.Quandt等人利用超磁致伸縮薄膜的伸縮效应实现阀口的控制，从而 设计出一种超磁致伸縮微型阀(Quandt E， Seemann K. Fabrication and simulation of magnetostrictivethin_film actuator. Sensors and Actuators,1995， A50 :105-109); 日本Urai等人用G匪转换器设计出直动式伺服阀(Hiratsuka， Kazuto， Urai， Takahiro. Magnetic Circuit Design of a Giant Magnetostrictive Actuator andApplication to a Direct—Drive Servo_Va lve. Nippon. Kikai， Gakkai. Ronb皿shu， B. Hen. Transactions of the J即an Society of MechanicalEngineers， Part B. 1994(570) :479_483)，其最 大特点是采用闭环控制，结构紧凑，精度高，响应快，但其最大输出流量仅为2L/min，频宽 650Hz (-3dB)，阶跃响应小于lms，与同类型的电液伺服阀相比其频响已明显提高。国内浙江 大学利用G匪对气动喷嘴挡板阀、液压喷嘴挡板伺服阀和内燃机的高速强力电磁阀进行了 机构设计和特性研究，其主要性能指标均高于传统伺服阀。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种响应快、驱动功率和控制流量大的超磁致伸縮执 行器驱动的大流量射流伺服阀。 —种超磁致伸縮执行器驱动的高频大流量射流伺服阀，其特征在于 包括左端盖、右端盖、以及加工于右端盖内部的进油通道、射流供油喷嘴、射流接收器工作油道和泄油通道； 左端盖右侧通过引磁杆安装有热补偿滑块，热补偿滑块可在引磁杆表面滑动，右 端盖左侧固定安装有热补偿罩；热补偿滑块最右端和热补偿罩(4)最左端通过螺纹连接； 热补偿罩和热补偿滑块内安装有超磁致伸縮棒，超磁致伸縮棒最右端连接有输出 滑块，输出滑块与右端盖之间安装有预压力弹簧，预压力弹簧与热补偿滑块一起为超磁致 伸縮棒提供轴向压力；输出滑块与右端盖之间还安装有只能使输出滑块在右端盖一端移动 而不能转动的平键； 输出滑块右侧为圆柱形细短状杆结构，该杆上带有锥形调节孔，并一直伸入到射 流喷嘴和射流接收器之间； 左端盖和右端盖之间固定有位于热补偿滑块和热补偿罩外侧的线圈骨架，线圈骨 架外侧依次绕有驱动线圈和偏置线圈。 本技术有益效果之一 本技术提供了一种新型射流管伺服阀结构，区别 于普通射流管伺服阀，其射流管、喷嘴和接收器均为固定式结构；区别于偏转板式射流管伺 服阀，其配流器不是由力矩马达驱动而是采用新型超磁致伸縮执行器驱动，该驱动方式充 分利用并发挥了超磁致伸縮材料响应快、输出力大的特点，使该新型射流管伺服阀具有频 响高，驱动能力强等特点；区别于偏转板式射流管伺服阀，该新型射流管伺服阀的核心部件 配流器不是偏转式工作模式而是由超磁致伸縮执行器直接驱动即直动式工作模式，具有抗 液体冲击能力强，控制精度高等的特点。 本技术有益效果之二 从结构和控制上保证了超磁致伸縮执行器的位移输出 精度。即利用超磁致伸縮执行器的热补偿机构进行超磁致伸縮棒的热补偿，利用伺服阀泄 露油液循环进行线圈骨架与超磁致伸縮棒磁滞发热进行热交换及冷却，将执行器工作时产 生的热量利用射流管伺服阀的泄漏油液循环进行冷却；将执行器工作时产生的热位移由热 补偿罩补偿。热补偿罩的热膨胀系数及长度经过设计保证可以完全补偿超磁致伸縮棒热致 伸长量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超磁致伸缩执行器驱动的高频大流量射流伺服阀，其特征在于：包括左端盖（７）、右端盖（１５）、以及加工于右端盖（１５）内部的进油通道、射流供油喷嘴（１９）、射流接收器工作油道（２１）和泄油通道（２０）；左端盖（７）右侧通过引磁杆（８）安装有热补偿滑块（６），热补偿滑块（６）可在引磁杆（８）表面滑动，右端盖（１５）左侧固定安装有热补偿罩（４）；热补偿滑块（６）最右端和热补偿罩（４）最左端通过螺纹连接；热补偿罩（４）和热补偿滑块（６）内安装有超磁致伸缩棒（３），超磁致伸缩棒（３）最右端连接有输出滑块（２），输出滑块（２）与右端盖（１３）之间安装有预压力弹簧（１４），预压力弹簧（１４）与热补偿滑块（６）一起为超磁致伸缩棒（３）提供轴向压力；输出滑块（２）与右端盖（１３）之间还安装有只能使输出滑块（２）在右端盖（１３）一端移动而不能转动的平键（１）；输出滑块（２）右侧为圆柱形细短状杆结构，该杆上带有锥形调节孔，并一直伸入到射流喷嘴和射流接收器之间；左端盖（７）和右端盖（１５）之间固定有位于热补偿滑块（６）和热补偿罩（４）外侧的线圈骨架（５），线圈骨架（５）外侧依次绕有驱动线圈（２３）和偏置线圈（１１）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃松，朱玉川，鲍和云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]