[发明专利]带静压支撑的插装式二维磁悬浮伺服比例阀

说明书

带静压支撑的插装式二维磁悬浮伺服比例阀，由比例电磁铁、磁悬浮斜翼节和二维阀构成；二维阀部分包括一个阀芯、一个阀套和右端盖组件，阀芯可转动并可滑动地放置在阀套的内孔中，阀芯左端有加长端，用以连接磁悬浮斜翼节装置。右端盖组件与阀套连接，并且右端盖上的P口、2个T口分别对应阀套的高压油道P、低压油道T；磁性弹簧包括左、右环形磁铁，安装在比例电磁铁和磁悬浮斜翼节之间。二维阀的左端通过磁悬浮斜翼节与电—机械转换器固连。磁悬浮斜翼节的外动子套在右端盖组件的两根引流管上；外动子和引流管之间预留了间隙，以便形成静压支撑所需的油膜，所述的间隙连通中间连接端盖和右端盖所形成的容腔。

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域中电液比例控制技术用的流量和换向控制阀，尤其涉及一种带静压支撑的插装式二维磁悬浮伺服比例阀。

背景技术

电液伺服/比例控制系统由于其功率重量比高的核心优势，以及动态响应快和与电子技术融合后的信号传递处理方便等优点，在航空航天、武器、船舶、大型电站和材料试验机等领域得到了广泛的应用。电液伺服/比例阀作为其核心部件，对整个系统的性能起着关键性的影响作用。为了进一步提升功率重量比，从而获得相对于电气传动的竞争优势，电液伺服/比例阀自诞生之初就努力向高压大流量方向发展。而为了克服高压大流量工况下带来的大液动力，则需要以液压力来驱动主阀芯，也就是必须将电液控制元件设计成导控式结构。在众多的导控阀结构创新之中，阮健等提出的基于阀芯双运动自由度理论的二维阀(two dimensional valve，2D)将独立的先导级和功率级合二为一，集成于单个阀芯上，具有功率重量比特别高、结构简单和抗污染能力强的优点，在军工和航空航天等场合得到了具体的应用。

从电液伺服控制理论角度而言，二维阀实质为一机液位置直接反馈系统，其核心部分是反馈机构，早先的方案采用在阀套内表面加工空间螺旋槽的方式与节流口构成位置直接反馈，这种方式没有机械接触带来的摩擦磨损问题，对阀静态特性不构成影响，性能优异，但内空间螺旋槽加工难度较大，一般需要三轴以上的进口电火花机床，且加工效率低，故而该种阀较为适合军工、航空航天等高端场合使用，在工业领域内推广难度较大。为解决此问题，将反馈机构从阀芯阀套移出，在电—机械转换器和流量放大机构本体之间设计了特殊的联轴节作为反馈和运动转换环节，同时将推力放大，滚轮—滑楔式联轴节是这种机械反馈放大机构的典型代表，该种阀结构简单，制造成本低，且可以与任意直动式电—机械转换器对接，但主要缺陷在于其滚轮—滑楔摩擦副产生的摩擦磨损等对阀静态精度(滞环和分辨率)的影响较为明显，实验显示即便在叠加颤振的情况下，阀的滞环依然达到了13.9％。后续又尝试了滚珠丝杠型等其他机械反馈放大机构的方案，但受困于机械接触的本质，摩擦带来的问题始终难以解决。磁悬浮压扭机构虽然在斜面处采用了非接触式的“磁悬浮”设计，避免了机械反馈放大机构因间隙、摩擦磨损对阀的线性度、重复度和滞环等静态特性带来的影响，但是该机构中的直线轴承处还是存在着滑动摩擦的影响。此外，还尝试了永磁直线导轨式磁悬浮压扭机构的方案，该机构沿用了磁悬浮压扭机构在斜面处采用的“磁悬浮”设计，并利用永磁直线导轨来实现压扭机构的轴向移动，消除了直线轴承处的摩擦，但是由于其磁刚度不足导致该压扭机构发生旋转，从而给阀带来了工作死区。

发明内容

为了解决机械式压扭机构对二维阀线性度、重复度和滞环等静态特性所造成的影响、磁悬浮压扭机构中存在着滑动摩擦的影响以及永磁直线导轨式磁悬浮压扭机构因磁刚度不足所引起二维阀工作死区的问题，本发明提供一种带静压支撑的插装式二维磁悬浮伺服比例阀。