[发明专利]纯水双向对置压电陶瓷换向阀

说明书

技术领域

本发明涉及阀类，尤其涉及一种纯水双向对置压电陶瓷换向阀。

背景技术

纯水液压技术因其具有环保性和阻燃性的独特优势，正受到世界各国液压界的广泛重视，而纯水液压元件亦成为了研究的重点内容之一。换向阀是液压系统最为关键的阀类元件之一，针对适用于纯水液压系统的换向阀的研究亦成为研究重点。

传统的油压换向阀多为滑阀型、转阀型或锥阀型。滑阀型和转阀型换向阀阀芯所受的不平衡力很小，所需要的操纵力也较小，但阀芯和阀孔间需要保证相对运动的间隙，泄漏往往较大。尤其对于水介质而言，水的粘度低会增大泄漏损失，在间隙和压差相同时，同样规格的水压换向阀的泄漏损失为油压换向阀的数十倍。因而，为减小泄漏就必须把间隙设计的非常小，这必然给加工带来极大困难，同时运动副工作时极易出现堵塞、卡死现象。锥阀型换向阀的泄漏很小，但阀芯受到的轴向液压力不平衡，所需的操纵力也较大。另外，由于水的可压缩性小、刚性大，在纯水换向阀突然切换时所产生的压力冲击更为严重。

此外，水的汽化压力高，使得水极易汽化和沸腾，因而在相同条件下，纯水换向阀遭受的气蚀破坏程度要比油压换向阀强上百倍；与矿物油相比，水介质腐蚀性很强，腐蚀作用的破坏使得现有的油压换向阀材料都不适用于水介质。

因此，如何防止泄漏、减小换向冲击，减小腐蚀及有效抑制气蚀，提高静动态特性，成为纯水换向阀研究的关键所在。

目前纯水换向阀主要的研究方式主要为以下两种：

第一种是采用锥阀式结构。该类阀由对称地安装在阀体上的两组主锥阀、两个设计成端盖法兰的先导控制阀和两个单向可控锥阀组成。该类阀过流能力强、抗气蚀性能好。但其受加工精度的影响，无法完全克服轴向不平衡压力，所需要的操纵力也较大。

第二种是采用滑阀式结构。该类阀为减小泄漏，把阀芯和阀套之间的配合间隙设计的非常小，如此小的间隙给阀的加工工艺提出了非常苛刻的要求，极大的提高了加工难度和加工成本。另外，如此小的间隙也容易被杂质卡阻，因此其应用受到了很大限制。

但是，现有的水液压元件大多是采用电磁驱动，在工作过程中需要耗费大量的保持电流，若采用具有电能-机械能转换效率高、能量传输密度大、响应速度快的压电陶瓷驱动器，不仅可以降低水液压元件成本，而且可以省去保持电流，大大节省能耗，并改善传统电磁驱动器响应速度慢的不足；而且现有的电磁驱动受外界电磁场的干扰较明显，但压电陶瓷驱动器在工作过程中不受外界电磁场的干扰，因而可以改善现有电磁驱动在电磁抗干扰性方面的不足。

日本科研人员研制出了以积层式压电驱动器直接驱动的单级直动式伺服阀。该阀阀芯通过积层式压电驱动器直接驱动，阀芯带有位移反馈，实现闭环控制，但是该压电驱动器输出位移很小，只能控制极小的流量，且压电材料固有的迟滞效应较大，重复性能差，限制了压电伺服阀的应用与发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纯水双向对置压电陶瓷换向阀，用于控制液流回路的切换，实现无泄漏，同时减轻气蚀、腐蚀等现象，提高响应速度、提高电磁抗干扰性和减小功耗，适用于小流量、高响应、电磁场作用较强的水介质环境下。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：