專利名稱：多噴嘴擋板電液伺服閥及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超磁致伸縮材料的應(yīng)用，屬液壓伺服控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電液伺服閥是電液控制系統(tǒng)中的重要控制元件，在系統(tǒng)中起著電液轉(zhuǎn)換和功率放大作用。電液伺服閥按照第一級(jí)液壓放大器結(jié)構(gòu)不同可以分為噴嘴擋板型、射流管型以及滑閥型電液伺服閥，而尤以噴嘴擋板型電液伺服閥應(yīng)用最廣，其中噴嘴擋板液壓放大器又是該型電液伺服閥中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和精度、可靠性等性能的決定因素。目前國內(nèi)外噴嘴擋板型電液伺服閥多為由力矩馬達(dá)作為電-機(jī)轉(zhuǎn)換器，以雙噴嘴擋板閥為液壓前置放大器的典型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)噴嘴擋板伺服閥由于力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)功率小，響應(yīng)慢以及調(diào)試與使用中易產(chǎn)生伺服閥高頻嘯叫等缺點(diǎn)直接制約了噴嘴直徑和噴嘴至擋板零位間隙等關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)，致使噴嘴擋板閥最小結(jié)構(gòu)尺寸偏小，從而導(dǎo)致伺服閥控制流量小、可靠性低、響應(yīng)慢及頻響低，已經(jīng)無法適應(yīng)目前以及未來高性能電液伺服系統(tǒng)的要求。雙噴嘴擋板力反饋兩級(jí)電液伺服閥是噴嘴擋板型電液伺服閥的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如文獻(xiàn) 1 (電液伺服閥技術(shù)，田源道著，航空工業(yè)出版社，2008. 1 :pll)所述，它由力矩馬達(dá)、噴嘴擋板構(gòu)成第一級(jí)電液轉(zhuǎn)換與功率放大和第二級(jí)滑閥功率放大器組成。力矩馬達(dá)由永磁體、上下導(dǎo)磁體、控制線圈及將彈簧管、反饋桿、擋板、銜鐵組合在一起的銜鐵組件組成。反饋桿小球插在閥芯中間的槽內(nèi)。噴嘴擋板級(jí)由一個(gè)回油節(jié)流孔、兩個(gè)固定節(jié)流孔和兩個(gè)噴嘴擋板可變節(jié)流孔組成。當(dāng)給控制線圈輸入正負(fù)電流信號(hào)時(shí)，在力矩馬達(dá)的固定磁通和控制磁通相互作用下，力矩馬達(dá)將輸出成比例的正或負(fù)力矩，擋板輸出一定位移，從而使兩個(gè)可變節(jié)流孔液阻發(fā)生變化，噴嘴擋板級(jí)向閥芯兩端輸出相應(yīng)的負(fù)載流量和負(fù)載壓力，驅(qū)動(dòng)閥芯向相應(yīng)的方向運(yùn)動(dòng)。閥芯運(yùn)動(dòng)將帶動(dòng)反饋桿運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的反饋力矩反饋到力矩馬達(dá)上，直到反饋桿反饋力矩、噴嘴擋板的液壓力矩和輸入電流信號(hào)產(chǎn)生的電磁力矩相平衡時(shí)，閥芯將停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)在負(fù)載壓力為定值時(shí)，閥芯位移或閥的輸出流量與輸入電流信號(hào)成比例。文獻(xiàn)2 (基于GMM轉(zhuǎn)換器噴嘴擋板伺服閥的研究，王傳禮著，中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2005. 10 :p37 38)所述，提供了一種由超磁致伸縮執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的新型單噴嘴擋板單級(jí)電液伺服閥的機(jī)構(gòu)形式。當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈通入一定電流引起磁場變化，驅(qū)動(dòng)GMM桿產(chǎn)生相應(yīng)的輸出位移，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器電磁能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，致動(dòng)桿也是擋板，噴嘴與擋板之間的間隙由GMM桿的輸出位移調(diào)節(jié)。預(yù)壓力機(jī)構(gòu)由前端蓋、預(yù)壓彈簧、調(diào)節(jié)螺釘?shù)冉M成，作用是給GMM 施加一定的預(yù)壓力，同時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘可以方便進(jìn)行噴嘴與擋板之間的零位間隙的調(diào)節(jié)。溫度實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由熱補(bǔ)償管、后端蓋、致動(dòng)桿、線圈架與保護(hù)襯間油液通道組成。無論是早期雙噴嘴擋板力反饋兩級(jí)電液伺服閥還是后來的超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)的新型單噴嘴擋板單級(jí)電液伺服閥，其最大缺點(diǎn)是控制流量小，最小間隙偏小致使閥可靠性低，克服這些缺點(diǎn)的根本途徑是提高噴嘴直徑尺寸設(shè)計(jì)，這樣可有效提高伺服閥抗污染能力、可靠性及控制流量，但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用時(shí)，提高噴嘴直徑尺寸將增大噴嘴處液流流動(dòng)的雷諾數(shù)，從而使噴嘴處液流流動(dòng)從層流過渡到紊流，這往往會(huì)激起伺服閥振蕩并發(fā)生高頻嘯叫，
5并最終導(dǎo)致伺服閥無法正常工作，即傳統(tǒng)雙噴嘴擋板閥控制流量提高會(huì)受到力矩馬達(dá)輸出功率以及伺服閥高頻嘯叫的制約。本發(fā)明將著眼于多噴嘴擋板電液伺服閥設(shè)計(jì)，以期通過不提高噴嘴直徑尺寸而設(shè)計(jì)多分布噴嘴的方法提高其控制流量，同時(shí)可保證噴嘴附近油液流動(dòng)處于層流狀態(tài)以避免伺服閥高頻嘯叫的影響。稀土超磁致伸縮材料(Giant Magnetosrtictive Material，簡寫為GMM)是繼稀土永磁，稀土磁光和稀土高溫超導(dǎo)材料之后的又一種重要的新型功能材料，被譽(yù)為21世紀(jì)戰(zhàn)略性高科技功能材料，能有效的實(shí)現(xiàn)電磁能一機(jī)械能的可逆轉(zhuǎn)化，具有應(yīng)變大，響應(yīng)速度快，能量傳輸密度高和輸出力大等優(yōu)異性能。稀土超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器(Giant Magnetostrictive Actuator，簡寫為GMA)是基于GMM的新型電-機(jī)轉(zhuǎn)換器，也是GMM應(yīng)用研究的基礎(chǔ)性器件，由GMM研制的新型電-機(jī)轉(zhuǎn)換器較傳統(tǒng)電-機(jī)轉(zhuǎn)換器以及其他智能材料驅(qū)動(dòng)的電-機(jī)轉(zhuǎn)換器而言具有響應(yīng)快、輸出力大、能量轉(zhuǎn)換密度高、輸出位移精度高等顯著優(yōu)點(diǎn)。就其驅(qū)動(dòng)方式而言，其驅(qū)動(dòng)磁場通常由線圈、永磁體或兩者的組合產(chǎn)生。其驅(qū)動(dòng)形式也與壓電和形狀記憶合金等不同，一般分為兩種雙線圈式(即驅(qū)動(dòng)線圈和偏置線圈的組合)和永磁單線圈式(即驅(qū)動(dòng)線圈與永磁體的組合)。在雙線圈式驅(qū)動(dòng)(即驅(qū)動(dòng)線圈和偏置線圈的組合)形式中，如參考文獻(xiàn)2所述，導(dǎo)磁體和GMM棒組成閉合磁路，通過改變可控恒流源的輸入電流，來調(diào)節(jié)GMM棒的磁化狀態(tài)， 以產(chǎn)生相應(yīng)的輸出位移，偏置磁場由偏置線圈產(chǎn)生。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、偏置磁場和驅(qū)動(dòng)磁場調(diào)節(jié)方便，磁場的非線性較小。缺點(diǎn)是由于偏置線圈的存在，體積相對較大，發(fā)熱現(xiàn)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，由GMM棒熱膨脹導(dǎo)致的GMA執(zhí)行器輸出位移精度大大下降，通常需要對其熱變形進(jìn)行抑制。在永磁單線圈驅(qū)動(dòng)(即驅(qū)動(dòng)線圈與永磁體的組合)形式中，偏置磁場由永磁體提供，這種驅(qū)動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)熱比較小、結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小。但磁路分析比較復(fù)雜，磁場的非線性較大，偏置場不可調(diào)，成本較高。此種驅(qū)動(dòng)形式具體布置時(shí)根據(jù)驅(qū)動(dòng)線圈、永磁體和 GMM棒的布置關(guān)系自外向內(nèi)不同又分為3種布置形式，即MCG(永磁體、驅(qū)動(dòng)線圈和GMM棒)， CGM (驅(qū)動(dòng)線圈、GMM棒和永磁體)，CMG (驅(qū)動(dòng)線圈、永磁體和GMM棒)。與GMC型相比，GCM 型布置方式特點(diǎn)是線圈用線少，磁場不均勻性小，磁場耦合效果好，因此GCM型布置方式為最常用的形式。MGC型GMM棒為空心的，其特點(diǎn)是要求更大的靜態(tài)磁場，轉(zhuǎn)換器體積較大，僅用于一些特殊場合。綜上所述，在現(xiàn)有的電液伺服閥用超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)方式中，雙線圈驅(qū)動(dòng)雖然具有驅(qū)動(dòng)磁場調(diào)節(jié)方便但具有體積大、發(fā)熱嚴(yán)重，GMA輸出精度低等缺點(diǎn)，永磁單線圈驅(qū)動(dòng)雖然具有發(fā)熱小，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小等優(yōu)點(diǎn)，但驅(qū)動(dòng)磁場調(diào)節(jié)不便，尤其是由于永磁體磁性下降導(dǎo)致的退磁現(xiàn)象無法及時(shí)調(diào)整以至影響GMA控制精度。本發(fā)明將著眼于超磁致伸縮材料驅(qū)動(dòng)的新型智能型多噴嘴擋板伺服閥的設(shè)計(jì)，并提供一種新型伺服閥用超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)方式及其智能化實(shí)現(xiàn)措施，該新型驅(qū)動(dòng)方式具有驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，發(fā)熱小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其驅(qū)動(dòng)磁場可在一定范圍內(nèi)正負(fù)調(diào)節(jié)，即可有效對轉(zhuǎn)換器偏置磁場做增磁與減磁調(diào)節(jié)，對永磁體的退磁引起的精度下降可及時(shí)調(diào)整，并可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)零位的精密電子調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，該驅(qū)動(dòng)思想亦可廣泛應(yīng)用于其他電磁驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器與電控器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供針對現(xiàn)有單噴嘴擋板閥與雙噴嘴擋板閥控制流量小，響應(yīng)速度慢，可靠性低，易于出現(xiàn)高頻振蕩等技術(shù)缺陷，提出一種控制流量大，響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)余度控制，可靠性高且不易出現(xiàn)高頻振蕩的多噴嘴擋板電液伺服閥新結(jié)構(gòu)。一種多噴嘴擋板電液伺服閥，由多噴嘴擋板閥和超磁致伸縮執(zhí)行器組成，其特征在于上述多噴嘴擋板閥包括上油路塊、左油路塊以及右油路塊，左油路塊與右油路塊固定，上油路塊分別與左油路塊、右油路塊固定；上述左油路塊和右油路塊接觸面設(shè)有擋板腔，左油路塊上具有與擋板腔垂直且連通的致動(dòng)桿腔，致動(dòng)桿腔安裝有致動(dòng)桿，致動(dòng)桿末端安裝有擋板，右油路塊具有與擋板腔垂直且連通的傳感器安裝腔，傳感器安裝腔內(nèi)安裝有非接觸式位移傳感器；上述上油路塊中加工有進(jìn)油油道及位于進(jìn)油油道中部的進(jìn)油口，進(jìn)油油道的左、右兩端分別安裝有左固定節(jié)流孔和右固定節(jié)流孔；左油路塊加工有左控制腔油道，左控制腔油道上端通過左固定節(jié)流孔與進(jìn)油油道相連通；左控制腔油道末端至少安裝有一個(gè)左上噴嘴和一個(gè)左下噴嘴；右油路塊加工有右控制腔油道，右控制腔油道上端通過右固定節(jié)流孔與進(jìn)油油道相連通；右控制腔油道末端至少安裝有一個(gè)右上噴嘴和一個(gè)右下噴嘴；左油路塊還設(shè)有與左控制腔油道相連通的左輸出油道與左下輸出油口，右油路塊還設(shè)有與右控制腔油道相連通的右輸出油道與右下輸出油口 ；上述噴嘴與致動(dòng)桿軸線在同一平面上，且噴嘴沿?fù)醢遄笥覍ΨQ，沿致動(dòng)桿軸線上下對稱。該布置方式可保證噴嘴擋板閥零位噴嘴射流液動(dòng)力平衡。由于傳統(tǒng)噴嘴擋板伺服閥噴嘴直徑較小，而提高噴嘴直徑則提高噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)，使油液流動(dòng)更趨復(fù)雜且易于發(fā)生高頻嘯叫與振蕩，因此致使傳統(tǒng)噴嘴擋板伺服閥控制流量較小，可靠性較低，響應(yīng)也較慢。本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)單噴嘴與雙噴嘴擋板液壓放大器，該新型噴嘴擋板閥采用噴嘴擋板閥采用4或8噴嘴對稱分布。上述多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述左上噴嘴、左下噴嘴、右上噴嘴、右下噴嘴均為一個(gè)，即整體為4噴嘴結(jié)構(gòu)，4噴嘴結(jié)構(gòu)具體采用下列形式之一第一種左上噴嘴和左下噴嘴連通共同形成一個(gè)控制壓力腔，右上噴嘴和右下噴嘴連通共同形成另一個(gè)控制壓力腔；共形成兩個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩級(jí)電液伺服閥控制或直接用于液壓執(zhí)行元件的控制；該結(jié)構(gòu)形式由于噴嘴直徑不變而噴嘴數(shù)量增加，故每個(gè)噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)不變，而噴嘴數(shù)量的增加一倍提高了噴嘴擋板閥控制流量，即在避免噴嘴擋板閥高頻振蕩的前提下提高了控制流量；第二種左上噴嘴、左下噴嘴、右上噴嘴、右下噴嘴互不連通分別獨(dú)立；共形成四個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其可靠性。該結(jié)構(gòu)形式由于噴嘴直徑不變而噴嘴數(shù)量增加，故每個(gè)噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)不變，針對每個(gè)控制壓力腔而言，較傳統(tǒng)單/雙噴嘴擋板閥性能相當(dāng)，但該結(jié)構(gòu)形成了四個(gè)控制壓力腔，其中左右各取一個(gè)控制壓力腔可實(shí)現(xiàn)單個(gè)執(zhí)行元件的雙余度控制或兩個(gè)執(zhí)行元件的同步控制。上述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述左上噴嘴、左下噴嘴、右上噴嘴、 右下噴嘴均為兩個(gè)，即整體為8噴嘴結(jié)構(gòu)，8噴嘴結(jié)構(gòu)具體采用下列形式之一第一種兩個(gè)左上噴嘴和兩個(gè)左下噴嘴均連通共同形成一個(gè)控制壓力腔，兩個(gè)右上噴嘴和兩個(gè)右下噴嘴均連通共同形成另一個(gè)控制壓力腔；共形成兩個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩級(jí)電液伺服閥控制或直接用于液壓執(zhí)行元件的控制；該結(jié)構(gòu)形式由于噴嘴直徑不變而噴嘴數(shù)量增加，故每個(gè)噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)不變，而噴嘴數(shù)量的增加兩倍提高了噴嘴擋板閥控制流量，即在避免噴嘴擋板閥高頻振蕩的前提下提高了控制流量；第二種兩個(gè)左上噴嘴相連通、兩個(gè)左下噴嘴相連通、兩個(gè)右上噴嘴相連通、兩個(gè)右下噴嘴相連通；共形成四個(gè)控制壓力腔， 用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其可靠性；該結(jié)構(gòu)由于噴嘴直徑不變而噴嘴數(shù)量增加，故每個(gè)噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)不變， 但該結(jié)構(gòu)形成了四個(gè)控制壓力腔，且每個(gè)控制腔控制流量較傳統(tǒng)單/雙噴嘴擋板閥提高一倍，其中左右各取一個(gè)控制壓力腔可實(shí)現(xiàn)單個(gè)執(zhí)行元件的雙余度控制或兩個(gè)執(zhí)行元件的同步控制。第三種兩個(gè)左上噴嘴、兩個(gè)左下噴嘴、兩個(gè)右上噴嘴、兩個(gè)右下噴嘴相互間均不相連通；共形成八個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)四個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制，或者兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其控制流量與可靠性，或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的四余度冗余控制以提高其可靠性。該結(jié)構(gòu)由于噴嘴直徑不變而噴嘴數(shù)量增加，故每個(gè)噴嘴處液體流動(dòng)雷諾數(shù)不變，每個(gè)控制腔控制流量較傳統(tǒng)單/雙噴嘴擋板閥相當(dāng)，但該結(jié)構(gòu)形成了八個(gè)控制壓力腔，其中左右各取一個(gè)控制壓力腔可實(shí)現(xiàn)單個(gè)執(zhí)行元件的四余度控制，或兩個(gè)執(zhí)行元件的雙余度同步控制，或四個(gè)執(zhí)行元件的同步控制。上述超磁致伸縮執(zhí)行器包括外罩、安裝于外罩兩端的左端蓋和右端蓋、安裝于外罩內(nèi)的線圈骨架，線圈骨架一端與右端蓋固定，另一端與左端蓋留有間隙；線圈骨架上安裝有偏置磁場發(fā)生單元和驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元；上述超磁致伸縮棒靠近左端蓋一端為磁致固定端，磁致固定端安裝有滑塊，靠近右端蓋一端為磁致輸出端，磁致輸出端通過致動(dòng)桿向外輸出位移，致動(dòng)桿與右端蓋之間安裝有預(yù)壓彈簧；線圈骨架通過螺紋方式與調(diào)節(jié)螺釘連接，調(diào)節(jié)螺釘同時(shí)與上述滑塊接觸；線圈骨架的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積相等于超磁致伸縮棒的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積；上述線圈骨架與超磁致伸縮棒之間留有內(nèi)流道；所述的一種多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于包括預(yù)壓力施加過程與初始位移調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘一端旋轉(zhuǎn)，另一端通過滑塊推動(dòng)超磁致伸縮棒軸向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)致動(dòng)桿初始位移及預(yù)壓彈簧的預(yù)壓縮力。磁致位移輸出過程偏置磁場發(fā)生單元產(chǎn)生偏置磁場以保證超磁致伸縮棒工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長量；驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場，使超磁致伸縮棒磁化并產(chǎn)生磁致伸縮；熱致位移補(bǔ)償過程當(dāng)超磁致伸縮棒溫度上升時(shí)，其熱量很快傳至線圈骨架內(nèi)側(cè)，線圈骨架由于右端與右端蓋固定，只能向左端蓋方向產(chǎn)生熱膨脹，并帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘向左端蓋方向運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)螺釘向左端蓋方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，超磁致伸縮棒在預(yù)壓彈簧的作用下實(shí)時(shí)向左端蓋方向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)由于超磁致伸縮棒也產(chǎn)生熱膨脹并且熱膨脹量與線圈骨架熱膨脹量相等且方向相反，故磁致輸出端沒有由于熱膨脹產(chǎn)生的熱致位移輸出，只有磁致位移輸出；冷卻與散熱過程上述線圈骨架與超磁致伸縮棒之間的液體間隙充滿流動(dòng)液體，用于冷卻線圈骨架和超磁致伸縮棒，同時(shí)也保證了線圈骨架與超磁致伸縮棒溫度相等以保證熱補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)。本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)單噴嘴與雙噴嘴擋板伺服閥采用力矩馬達(dá)或力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而采用超磁致伸縮執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，超磁致伸縮執(zhí)行器較力矩馬達(dá)或力馬達(dá)而言具有輸出力大、響應(yīng)速度快、輸出位移精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明采用調(diào)節(jié)螺釘進(jìn)行機(jī)械式預(yù)壓力施加調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以采用偏置線圈電子調(diào)節(jié)預(yù)壓力以及機(jī)械與電子復(fù)合式預(yù)壓力調(diào)節(jié)，具有調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)精確的優(yōu)點(diǎn)；采用線圈骨架熱補(bǔ)償方式可有效分離開超磁致伸縮執(zhí)行器磁致位移與熱致位移，具有執(zhí)行器位移輸出精度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)與其他熱補(bǔ)償罩補(bǔ)償方式比較，省去了熱補(bǔ)償罩等元件，縮小了執(zhí)行器徑向尺寸，進(jìn)而在提供同等驅(qū)動(dòng)磁場前提下減小了驅(qū)動(dòng)線圈用量，降低了線圈發(fā)熱量，有利于獲得高精度執(zhí)行器位移輸出；同時(shí)結(jié)合噴嘴擋板閥泄露油液循環(huán)進(jìn)行超磁致伸縮棒與線圈骨架冷卻與散熱，可顯著降低執(zhí)行器熱膨脹，進(jìn)一步提高超磁致伸縮執(zhí)行器輸出位移精度。上述多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述滑塊左側(cè)安裝有霍爾元件，超磁致伸縮棒側(cè)面安裝有應(yīng)變片，線圈骨架內(nèi)側(cè)安裝有鉬電阻。本發(fā)明采用以上布置方式，即采用霍爾元件可以實(shí)時(shí)測量磁路磁感應(yīng)強(qiáng)度，并評估伺服閥驅(qū)動(dòng)磁場漏磁與退磁狀況；應(yīng)變片可實(shí)時(shí)測量超磁致伸縮棒變形用于分析磁致伸縮輸出力，溫度傳感器用于測量油液循環(huán)通道油溫監(jiān)測，用于評估伺服閥流量受溫度影響與熱補(bǔ)償特性分析，因此，本電液伺服閥具有工作狀態(tài)智能監(jiān)控的作用。上述偏置磁場發(fā)生單元為偏置調(diào)節(jié)線圈和永磁體；上述驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元為驅(qū)動(dòng)線圈。上述偏置磁場發(fā)生單元為偏置調(diào)節(jié)線圈和永磁體；上述驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元為驅(qū)動(dòng)線圈。永磁體產(chǎn)生恒定偏置磁場；偏置調(diào)節(jié)線圈通入電流產(chǎn)生可調(diào)偏置磁場；由恒定偏置磁場和可調(diào)偏置磁場共同保證超磁致伸縮棒工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長量。驅(qū)動(dòng)線圈通入電流使超磁致伸縮棒磁化并產(chǎn)生磁致伸縮；上述線圈骨架上的驅(qū)動(dòng)線圈、偏置調(diào)節(jié)線圈和永磁體排布順序由內(nèi)向外依次為驅(qū)動(dòng)線圈、偏置調(diào)節(jié)線圈、永磁體。
本發(fā)明多噴嘴擋板電液伺服閥驅(qū)動(dòng)部分采用永磁體、調(diào)整線圈與驅(qū)動(dòng)線圈的復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式，即采用永磁體提供大部分偏置磁場，而采用調(diào)整線圈對偏置磁場進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，驅(qū)動(dòng)磁場采用驅(qū)動(dòng)線圈提供，該方式較全線圈驅(qū)動(dòng)具有發(fā)熱小，熱膨脹小，位移輸出精度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，較永磁體與驅(qū)動(dòng)線圈驅(qū)動(dòng)而言，可有效克服永磁體漏磁與退磁后的精度下降的缺點(diǎn)。同時(shí)本專利多噴嘴擋板液壓電液伺服閥閥芯輸出位移零位與預(yù)壓力調(diào)節(jié)由調(diào)整螺釘?shù)臋C(jī)械調(diào)節(jié)和調(diào)整線圈的電子調(diào)節(jié)構(gòu)成復(fù)合式調(diào)節(jié)方式，即首先由調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)壓縮預(yù)壓彈簧產(chǎn)生預(yù)壓力以及致動(dòng)桿初始輸出位移，然后由調(diào)整線圈的輸入電流大小與方向的改變精細(xì)調(diào)節(jié)超磁致伸縮棒與致動(dòng)桿的初始輸出力與位移。所述的多噴嘴擋板電液伺服閥的工作過程，其特征在于可通過機(jī)械調(diào)節(jié)方式和 /或電子調(diào)節(jié)方式進(jìn)行預(yù)壓力施加及致動(dòng)桿零位調(diào)節(jié)電子調(diào)節(jié)時(shí)，由偏置調(diào)節(jié)線圈的輸入電流大小與方向的改變調(diào)節(jié)偏置磁場的大小和方向，進(jìn)而調(diào)節(jié)致動(dòng)桿初始位移及預(yù)壓彈簧的預(yù)壓縮力。采用機(jī)械與電子復(fù)合調(diào)節(jié)超磁致伸縮棒預(yù)壓力與初始位移，具有調(diào)節(jié)靈活、方便以及易于實(shí)現(xiàn)預(yù)壓力與初始位移的精確調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為多噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為多噴嘴擋板電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理圖3為噴嘴擋板閥泄露油腔與超磁致伸縮執(zhí)行器循環(huán)冷卻油道連通示意圖； 圖4為控制電路原理圖； 圖5為霍爾元件布置結(jié)構(gòu)9圖6為固定節(jié)流孔結(jié)構(gòu)原理圖； 圖7為噴嘴擋板結(jié)構(gòu)原理圖中標(biāo)號(hào)名稱1左油路塊2左固定節(jié)流孔3長螺栓4進(jìn)油口 5進(jìn)油通道6上油路塊7右固定節(jié)流孔8密封塊9擋板腔10右上噴嘴11長螺栓12非接觸位移傳感器13右控制腔油道14右下噴嘴15右輸出油道16右油路塊17右下輸出油口 18擋板19左下輸出油口 20左下噴嘴21左輸出油道22致動(dòng)桿23左上噴嘴M左控制腔油道25連接螺釘沈左端蓋27外罩28 0型密封圈四永磁體30霍爾元件31應(yīng)變片32偏置調(diào)節(jié)線圈33驅(qū)動(dòng)線圈34連接螺釘35 0型密封圈36連通油道37預(yù)壓彈簧38超磁致伸縮棒 39中間支撐環(huán)40鉬電阻41線圈骨架42滑塊43 0型密封圈44線纜出口 45調(diào)節(jié)螺釘46 輸出油口
具體實(shí)施例方式
如圖1 7所示，該多噴嘴擋板電液伺服閥，由多噴嘴擋板閥和超磁致伸縮執(zhí)行器組成，其特征在于
上述多噴嘴擋板閥包括上油路塊6、左油路塊1以及右油路塊16，左油路塊1與右油路塊16固定，上油路塊6分別與左油路塊1、右油路塊16固定；
上述左油路塊1和右油路塊16接觸面設(shè)有擋板腔9，左油路塊1上具有與擋板腔9垂直且連通的致動(dòng)桿腔，致動(dòng)桿腔安裝有致動(dòng)桿22，致動(dòng)桿末端安裝有擋板18，右油路塊16 具有與擋板腔9垂直且連通的傳感器安裝腔，傳感器安裝腔內(nèi)安裝有非接觸式位移傳感器 12 ；
上述上油路塊6中加工有進(jìn)油油道5及位于進(jìn)油油道中部的進(jìn)油口 4，進(jìn)油油道的左、 右兩端分別安裝有左固定節(jié)流孔2和右固定節(jié)流孔7 ；
左油路塊1加工有左控制腔油道對，左控制腔油道M上端通過左固定節(jié)流孔2與進(jìn)油油道5相連通；左控制腔油道M末端至少安裝有一個(gè)左上噴嘴23和一個(gè)左下噴嘴20 ；
右油路塊16加工有右控制腔油道13，右控制腔油道13上端通過右固定節(jié)流孔7與進(jìn)油油道5相連通；右控制腔油道13末端至少安裝有一個(gè)右上噴嘴10和一個(gè)右下噴嘴14 ； 左油路塊1還設(shè)有與左控制腔油道M相連通的左輸出油道21與左下輸出油口 19，右油路塊16還設(shè)有與右控制腔油道13相連通的右輸出油道15與右下輸出油口 17 ；
上述噴嘴與致動(dòng)桿22軸線在同一平面上，且噴嘴沿?fù)醢?8左右對稱，沿致動(dòng)桿22軸線上下對稱；
上述超磁致伸縮執(zhí)行器包括外罩27、安裝于外罩27兩端的左端蓋沈和右端蓋1、安裝于外罩內(nèi)的線圈骨架41，線圈骨架41 一端與右端蓋1固定，另一端與左端蓋沈留有間隙； 線圈骨架41上安裝有偏置磁場發(fā)生單元和驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元；
上述超磁致伸縮棒38靠近左端蓋一端為磁致固定端，磁致固定端安裝有滑塊42，靠近右端蓋一端為磁致輸出端，磁致輸出端通過致動(dòng)桿22向外輸出位移，致動(dòng)桿22與右端蓋之間安裝有預(yù)壓彈簧37 ；線圈骨架41通過螺紋方式與調(diào)節(jié)螺釘45連接，調(diào)節(jié)螺釘45同時(shí)與上述滑塊42接觸；線圈骨架41的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積相等于超磁致伸縮棒38的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積；上述線圈骨架41與超磁致伸縮棒38之間留有內(nèi)流道； 上述超磁致伸縮執(zhí)行器中的右端蓋即為噴嘴擋板閥中的左油路塊1。
如圖1 7所示，該多噴嘴擋板電液伺服閥新結(jié)構(gòu)提供了一種新型噴嘴擋板伺服閥結(jié)構(gòu)形式與超磁致伸縮執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方式并提供了解決伺服閥閥芯零位調(diào)節(jié)、伺服閥用電-機(jī)轉(zhuǎn)換器預(yù)壓力施加與調(diào)節(jié)、伺服閥用電-機(jī)轉(zhuǎn)換器冷卻與熱補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵問題的新方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器的中間變量測試與補(bǔ)償控制的智能化，具體如下所述
多噴嘴擋板閥工作原理如圖1，6，7所示，系統(tǒng)進(jìn)油油液自進(jìn)油口經(jīng)過進(jìn)油通道左側(cè)再經(jīng)過左固定節(jié)流孔進(jìn)入左控制腔隙油道，左控制腔隙油道油液一側(cè)流入左上噴嘴和左下噴嘴，另一側(cè)流入左輸出油道及左輸出油口 ；同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)油油液自進(jìn)油口經(jīng)過進(jìn)油通道右側(cè)再經(jīng)過右固定節(jié)流孔進(jìn)入右控制腔隙油道，右控制腔隙油道油液一側(cè)流入右上噴嘴和右下噴嘴，另一側(cè)流入右輸出油道及右輸出油口 ；
擋板與致動(dòng)桿相連，致動(dòng)桿的軸向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)擋板軸向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擋板處于兩噴嘴中間時(shí)， 左右控制腔隙油道中的油液壓力相等，其左右輸出油口油液壓力亦相等，當(dāng)致動(dòng)桿帶動(dòng)擋板向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右側(cè)噴嘴與擋板間阻力增加，右側(cè)控制腔油液壓力增大，從而右側(cè)輸出油口輸出壓力增大，而左側(cè)噴嘴與擋板間阻力降低，則左側(cè)控制腔油液壓力減小，從而左側(cè)輸出油口輸出力減小，即兩輸出油口產(chǎn)生一正比與致動(dòng)桿位移的壓力油液輸出；當(dāng)致動(dòng)桿帶動(dòng)擋板向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，原理相似。多噴嘴擋板電液伺服閥工作原理如圖1，2，6，7所示，供油通道輸入一定壓力和流量的液壓油液，永磁體與偏置線圈中輸入直流電兩者合成以產(chǎn)生一定偏置磁場，保證超磁致伸縮棒工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)線圈中通入交流電，產(chǎn)生變化的磁場使超磁致伸縮棒被磁化，并使其長度發(fā)生變化，超磁致伸縮棒直接驅(qū)動(dòng)致動(dòng)桿，致動(dòng)桿右側(cè)與擋板固定在一起，并帶動(dòng)擋板軸向運(yùn)動(dòng)，擋板軸向運(yùn)動(dòng)將引起噴嘴與擋板之間的間隙變化，并引起噴嘴與擋板之間的液阻變化從而引起各噴嘴對應(yīng)的控制腔油液壓力變化，其中噴嘴與擋板間隙減小的一側(cè)控制腔壓力上升，噴嘴與擋板間隙增大的一側(cè)控制腔壓力下降，其壓力差可用于驅(qū)動(dòng)多級(jí)伺服閥功率級(jí)滑閥也可用于驅(qū)動(dòng)中小功率液壓伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件，擋板運(yùn)動(dòng)通過位移傳感器予以測量并與輸入電流相比較實(shí)現(xiàn)對擋板位移的反饋與定位。超磁致伸縮棒預(yù)壓力施加與伺服閥零位調(diào)節(jié)如圖1，2，7所示，超磁致伸縮棒與致動(dòng)桿直接接觸，致動(dòng)桿通過預(yù)壓彈簧壓在左油路塊上，預(yù)壓彈簧通過計(jì)算選擇滿足預(yù)壓力大小要求的剛度與尺寸，并方便安裝于致動(dòng)桿于左油路塊之間；調(diào)零時(shí)由調(diào)節(jié)螺釘一端旋轉(zhuǎn)，另一端半球形端面作用于滑塊左端面，推動(dòng)滑塊軸向向右運(yùn)動(dòng)，滑塊的軸向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)超磁致伸縮棒以及致動(dòng)桿、擋板一起軸向運(yùn)動(dòng)，并最終將擋板調(diào)節(jié)至某一確定位置，保證其處于中位。超磁致伸縮執(zhí)行器冷卻方法如圖1，2，3，7所示，噴嘴射出的壓力油液經(jīng)過噴嘴與擋板間隙后流入擋板腔隙，且由于擋板腔隙與超磁致伸縮棒與線圈骨架之間的間隙在結(jié)構(gòu)上通過連通油道(36)相互連通，如圖3所示，故噴嘴與擋板間隙油液將流入超磁致伸縮棒與線圈骨架之間的間隙，并從伺服閥左端蓋泄油口流出，然后經(jīng)閥外冷卻器最終流入油箱，此油液循環(huán)過程中由于油液與超磁致伸縮棒和線圈骨架充分接觸，因此可帶走線圈發(fā)熱和超磁致伸縮棒發(fā)熱傳遞的熱量，達(dá)到冷卻超磁致伸縮棒的目的并最終減小超磁致伸縮執(zhí)行器熱致位移對執(zhí)行器輸出位移的影響，提高其輸出精度。超磁致伸縮執(zhí)行器熱位移補(bǔ)償方法如圖1，2，3，7所示，為提高伺服閥控制精度，在執(zhí)行器冷卻基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)對超磁致伸縮棒熱膨脹位移輸出進(jìn)行補(bǔ)償，從而可以獲得更高精度的執(zhí)行器位移輸出精度，以下具體闡述其熱位移補(bǔ)償方法。如圖1所示，線圈骨架右端為固定端，并固定于左油路塊，由于超磁致伸縮棒與線圈骨架之間間隙充滿油液，即超磁致伸縮棒與線圈骨架溫度基本相同，線圈骨架材料選擇不銹鋼，其熱膨脹系數(shù)與超磁致伸縮棒相當(dāng)，同時(shí)其導(dǎo)熱性能非常好，當(dāng)超磁致伸縮棒溫度上升時(shí)，其熱量很快傳至線圈骨架內(nèi)側(cè)，線圈骨架由于右端固定，只能向左端產(chǎn)生熱膨脹，此時(shí)調(diào)節(jié)螺釘與滑塊之間產(chǎn)生間隙，此間隙很快被預(yù)壓彈簧作用下推動(dòng)超磁致伸縮棒反方向移動(dòng)后消除，而在此時(shí)超磁致伸縮棒也產(chǎn)生熱膨脹，由于線圈骨架的膨脹系數(shù)和其長度經(jīng)過設(shè)計(jì)可保證超磁致伸縮棒熱膨脹量與線圈骨架熱膨脹量相等，這樣可保證溫度上升后對超磁致伸縮棒右端位移輸出量不變從而保證執(zhí)行器輸出位移不受超磁致伸縮棒熱變形的影響，從而提高了超磁致伸縮執(zhí)行器和伺服閥的控制精度。超磁致伸縮執(zhí)行器閉合磁路與磁場均勻化方法如圖2所示，超磁致伸縮棒執(zhí)行器工作時(shí)需要閉合磁路，并且在超磁致伸縮棒內(nèi)的磁場分布盡可能均勻，這樣可以最大程度的發(fā)揮超磁致伸縮棒的工作性能，本發(fā)明中閉合磁路通過調(diào)節(jié)螺釘、左端蓋、滑塊、超磁致伸縮棒、致動(dòng)桿、左油路塊、外罩等構(gòu)成，除超磁致伸縮棒外，其余零件材料均選用導(dǎo)磁性能好的金屬材料從而保證磁路閉合以及漏磁小。結(jié)構(gòu)上超磁致伸縮棒軸向尺寸小于驅(qū)動(dòng)磁場的軸向尺寸，這樣可保證經(jīng)過超磁致伸縮棒內(nèi)的磁場均勻。永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器磁場測量電路測試原理如圖4，5 所示，當(dāng)不同驅(qū)動(dòng)電流作用下，GMM棒內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小將發(fā)生變化，當(dāng)霍爾元件周圍的磁場發(fā)生變化時(shí)，霍爾元件輸出電壓也發(fā)生變化，且其輸出電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小成一定的比例關(guān)系；由于磁場變化而引起的霍爾元件的輸出電壓的變化值較小，需通過運(yùn)算放大電路將其放大，然后通過單片機(jī)的A/D接口輸入到單片機(jī)，然后通過顯示器顯示。永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器溫度測量電路測試原理如圖4所示，VRl, VR2為測溫度所用的鉬電阻，當(dāng)其周圍的溫度發(fā)生變化時(shí)，VRl, VR2的阻值將發(fā)生變化，VRl與熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)相固定，VR2與GMM棒固定，VRl與VR2通過橋式電路連接起來，然后通過減法調(diào)理電路將橋式電路的兩輸出電壓相減并進(jìn)行調(diào)理，通過單片機(jī)的A/D輸入到單片機(jī)，然后通過顯示器顯示。由于熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是在一定范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的，當(dāng)熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與GMM 棒的溫差較大時(shí)，熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)將不能有效抵消掉GMM棒的熱膨脹量。此電路可以實(shí)時(shí)測試線圈骨架與GMM棒之間的溫差。永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器應(yīng)變測量電路測試原理如圖4所示，VR3，VR4為應(yīng)變片，VR3與GMM棒固定，VR4為補(bǔ)償片，用來補(bǔ)償因系統(tǒng)溫度變化而引起的應(yīng)變片阻值變化，VR3，VR4通過橋式電路連接起來，然后通過減法調(diào)理電路將橋式電路的兩輸出電壓相減并進(jìn)行調(diào)理，通過單片機(jī)的A/D 口輸入到單片機(jī)，然后通過顯示器顯示。由于對溫度變化而引起的應(yīng)變片阻值變化進(jìn)行了補(bǔ)償，所以輸入到單片機(jī)的信號(hào)為GMM棒的應(yīng)變信號(hào)。此電路可以實(shí)現(xiàn)對不同驅(qū)動(dòng)電流下，GMM棒的應(yīng)變測量。永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器位移測量電路測試原理如圖4所示，通過電渦流傳感器可以實(shí)現(xiàn)GMA輸出位移的測量，測量信號(hào)通過單片機(jī)的A/D 口輸入到單片機(jī)，然后通過顯示器顯示。永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器控制電路工作原理如圖4所示，驅(qū)動(dòng)電路由D/A轉(zhuǎn)化芯片PCF8591和由限流電阻R15、功率型運(yùn)算放大器LM12clk、采樣電阻
RS、平衡電阻R4、反饋電阻RF構(gòu)成得恒流型功放電路構(gòu)成，單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)，通
過D/A轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，然后通過恒流型功放電路驅(qū)動(dòng)伺服閥線圈。 永磁雙線圈驅(qū)動(dòng)智能超磁致伸縮電-機(jī)轉(zhuǎn)換器鍵盤及顯示電路工作原理如圖4
所示，鍵盤及顯示器電路構(gòu)成人機(jī)交互界面，鍵盤用來輸入控制量，顯示器用來顯示所處控
制信號(hào)下的GMM棒磁感應(yīng)強(qiáng)度、應(yīng)變、熱補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與GMM棒之間的溫差、以及GMA的輸出位移。
權(quán)利要求
1.一種多噴嘴擋板電液伺服閥，由多噴嘴擋板閥和超磁致伸縮執(zhí)行器組成，其特征在于上述多噴嘴擋板閥包括上油路塊(6)、左油路塊(1)以及右油路塊(16)，左油路塊(1) 與右油路塊(16)固定，上油路塊(6)分別與左油路塊(1)、右油路塊(16)固定；上述左油路塊(1)和右油路塊(16)接觸面設(shè)有擋板腔(9)，左油路塊(1)上具有與擋板腔(9)垂直且連通的致動(dòng)桿腔，致動(dòng)桿腔安裝有致動(dòng)桿(22)，致動(dòng)桿末端安裝有擋板(18)， 右油路塊(16)具有與擋板腔(9)垂直且連通的傳感器安裝腔，傳感器安裝腔內(nèi)安裝有非接觸式位移傳感器(12)；上述上油路塊(6)中加工有進(jìn)油油道(5)及位于進(jìn)油油道中部的進(jìn)油口(4)，進(jìn)油油道的左、右兩端分別安裝有左固定節(jié)流孔(2)和右固定節(jié)流孔(7)；左油路塊(1)加工有左控制腔油道(24)，左控制腔油道(24)上端通過左固定節(jié)流孔 (2)與進(jìn)油油道(5)相連通；左控制腔油道(24)末端至少安裝有一個(gè)左上噴嘴(23)和一個(gè)左下噴嘴(20)；右油路塊(16)加工有右控制腔油道(13)，右控制腔油道(13)上端通過右固定節(jié)流孔 (7)與進(jìn)油油道(5)相連通；右控制腔油道(13)末端至少安裝有一個(gè)右上噴嘴(10)和一個(gè)右下噴嘴(14)；左油路塊(1)還設(shè)有與左控制腔油道(24)相連通的左輸出油道(21)與左下輸出油口 (19)，右油路塊(16)還設(shè)有與右控制腔油道(13)相連通的右輸出油道(15)與右下輸出油口(17)；上述噴嘴與致動(dòng)桿(22)軸線在同一平面上，且噴嘴沿?fù)醢?18)左右對稱，沿致動(dòng)桿 (22)軸線上下對稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述左上噴嘴(23)、左下噴嘴(20)、右上噴嘴(10)、右下噴嘴(14)均為一個(gè)，即整體為4噴嘴結(jié)構(gòu)，4噴嘴結(jié)構(gòu)具體采用下列形式之一第一種左上噴嘴(23)和左下噴嘴(20)連通共同形成一個(gè)控制壓力腔，右上噴嘴(10) 和右下噴嘴(14)連通共同形成另一個(gè)控制壓力腔；共形成兩個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩級(jí)電液伺服閥控制或直接用于液壓執(zhí)行元件的控制；第二種左上噴嘴(23)、左下噴嘴(20)、右上噴嘴(10)、右下噴嘴(14)互不連通分別獨(dú)立；共形成四個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其可靠性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述左上噴嘴(23)、左下噴嘴(20)、右上噴嘴(10)、右下噴嘴(14)均為兩個(gè)，即整體為8噴嘴結(jié)構(gòu)，8噴嘴結(jié)構(gòu)具體采用下列形式之一第一種兩個(gè)左上噴嘴(23)和兩個(gè)左下噴嘴(20)均連通共同形成一個(gè)控制壓力腔，兩個(gè)右上噴嘴(10)和兩個(gè)右下噴嘴(14)均連通共同形成另一個(gè)控制壓力腔；共形成兩個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩級(jí)電液伺服閥控制或直接用于液壓執(zhí)行元件的控制；第二種兩個(gè)左上噴嘴(23)相連通、兩個(gè)左下噴嘴(20)相連通、兩個(gè)右上噴嘴(10)相連通、兩個(gè)右下噴嘴(14)相連通；共形成四個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其可靠性；第三種兩個(gè)左上噴嘴(23)、兩個(gè)左下噴嘴(20)、兩個(gè)右上噴嘴(10)、兩個(gè)右下噴嘴 (14)相互間均不相連通；共形成八個(gè)控制壓力腔，用于實(shí)現(xiàn)四個(gè)液壓執(zhí)行元件的同步控制， 或者兩個(gè)液壓執(zhí)行元件的雙余度冗余控制以提高其控制流量與可靠性，或者一個(gè)液壓執(zhí)行元件的四余度冗余控制以提高其可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述超磁致伸縮執(zhí)行器包括外罩(27)、安裝于外罩(27)兩端的左端蓋(26)和右端蓋(1)、安裝于外罩內(nèi)的線圈骨架(41)，線圈骨架(41) 一端與右端蓋(1)固定，另一端與左端蓋(26)留有間隙；線圈骨架(41)上安裝有偏置磁場發(fā)生單元和驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元；上述超磁致伸縮棒(38)靠近左端蓋一端為磁致固定端，磁致固定端安裝有滑塊(42)， 靠近右端蓋一端為磁致輸出端，磁致輸出端通過致動(dòng)桿(22)向外輸出位移，致動(dòng)桿(22)與右端蓋之間安裝有預(yù)壓彈簧(37);線圈骨架(41)通過螺紋方式與調(diào)節(jié)螺釘(45)連接，調(diào)節(jié)螺釘(45)同時(shí)與上述滑塊(42)接觸；線圈骨架(41)的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積相等于超磁致伸縮棒(38)的熱膨脹系數(shù)與其長度乘積；上述線圈骨架(41)與超磁致伸縮棒(38)之間留有內(nèi)流道；上述超磁致伸縮執(zhí)行器中的右端蓋即為噴嘴擋板閥中的左油路塊(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述滑塊(42)左側(cè)安裝有霍爾元件(30)，超磁致伸縮棒(38)側(cè)面安裝有應(yīng)變片(31)，線圈骨架(41)內(nèi)側(cè)安裝有鉬電阻(40)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述偏置磁場發(fā)生單元為偏置調(diào)節(jié)線圈(32)和永磁體(29)；上述驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元為驅(qū)動(dòng)線圈(33)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)線圈(33)、 偏置調(diào)節(jié)線圈(32)和永磁體(29)的由外向內(nèi)按以下順序布置永磁體(29)、偏置調(diào)節(jié)線圈 (32)、驅(qū)動(dòng)線圈(33)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多噴嘴擋板電液伺服閥，其特征在于包括以下過程預(yù)壓力施加過程與初始位移調(diào)節(jié)機(jī)械調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)螺釘(45 )—端旋轉(zhuǎn)，另一端通過滑塊(42 )推動(dòng)超磁致伸縮棒(38 )軸向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)致動(dòng)桿(22)初始位移及預(yù)壓彈簧(37)的預(yù)壓縮力；磁致位移輸出過程偏置磁場發(fā)生單元產(chǎn)生偏置磁場以保證超磁致伸縮棒(38)工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長量；驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場，使超磁致伸縮棒(38)磁化并產(chǎn)生磁致伸縮；熱致位移補(bǔ)償過程當(dāng)超磁致伸縮棒(38)溫度上升時(shí)，其熱量很快傳至線圈骨架(41)內(nèi)側(cè)，線圈骨架(41) 由于右端與右端蓋(1)固定，只能向左端蓋(26)方向產(chǎn)生熱膨脹，并帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘(45)向左端蓋(26)方向運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)螺釘(45)向左端蓋(26)方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，超磁致伸縮棒(38)在預(yù)壓彈簧(37)的作用下實(shí)時(shí)向左端蓋(26)方向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)由于超磁致伸縮棒(38)也產(chǎn)生熱膨脹并且熱膨脹量與線圈骨架(41)熱膨脹量相等且方向相反，故磁致輸出端沒有由于熱膨脹產(chǎn)生的熱致位移輸出，只有磁致位移輸出；冷卻與散熱過程上述線圈骨架(41)與超磁致伸縮棒(38)之間的液體間隙充滿流動(dòng)液體，用于冷卻線圈骨架(41)和超磁致伸縮棒(38)，同時(shí)也保證了線圈骨架(41)與超磁致伸縮棒(38)溫度相等以保證熱補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多噴嘴擋板電液伺服閥的工作方法，其特征在于上述偏置磁場發(fā)生單元為偏置調(diào)節(jié)線圈(32)和永磁體(29)；上述驅(qū)動(dòng)磁場發(fā)生單元為驅(qū)動(dòng)線圈 (33)；永磁體(29)產(chǎn)生恒定偏置磁場；偏置調(diào)節(jié)線圈(32)通入電流產(chǎn)生可調(diào)偏置磁場；由恒定偏置磁場和可調(diào)偏置磁場共同保證超磁致伸縮棒工作在選擇好的靜態(tài)壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預(yù)伸長量；驅(qū)動(dòng)線圈(33)通入電流使超磁致伸縮棒(38)磁化并產(chǎn)生磁致伸縮。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多噴嘴擋板電液伺服閥的工作過程，其特征在于可通過機(jī)械調(diào)節(jié)方式和/或電子調(diào)節(jié)方式進(jìn)行預(yù)壓力施加及致動(dòng)桿零位調(diào)節(jié)電子調(diào)節(jié)時(shí)，由偏置調(diào)節(jié)線圈(32)的輸入電流大小與方向的改變調(diào)節(jié)偏置磁場的大小和方向，進(jìn)而調(diào)節(jié)致動(dòng)桿(22)初始位移及預(yù)壓彈簧(37)的預(yù)壓縮力。
全文摘要
一種多噴嘴擋板電液伺服閥及其工作方法，屬液壓伺服控制技術(shù)領(lǐng)域。包括上多噴嘴擋板閥和超磁致伸縮執(zhí)行器；多噴嘴擋板閥包括上油路塊(6)、左油路塊(1)以及右油路塊(16)，左油路塊(1)與右油路塊(16)固定，上油路塊(6)分別與左油路塊(1)、右油路塊(16)固定；超磁致伸縮執(zhí)行器的致動(dòng)桿(22)穿過致動(dòng)桿腔伸入擋板腔(9)，致動(dòng)桿(22)末端安裝有擋板(18)；上述噴嘴與致動(dòng)桿(22)軸線在同一平面上，且噴嘴沿?fù)醢?18)左右對稱，沿致動(dòng)桿(22)軸線上下對稱；該新型多噴嘴擋板電液伺服閥具有流量大，可靠性高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)線圈發(fā)熱小，偏置磁場可調(diào)，智能化等顯著特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F15B13/02GK102242743SQ201110191998
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者朱玉川, 李躍松, 王曉露, 程清風(fēng) 申請人:南京航空航天大學(xué)