專利名稱：壓電晶體數(shù)字閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電液轉(zhuǎn)換控制元件，尤其是涉及一種壓電晶體數(shù)字閥。
背景技術(shù)：
高速開關(guān)閥是一種新型數(shù)字式電液轉(zhuǎn)換控制元件，采用脈沖流量控制方式，實現(xiàn)高精度的液壓伺服控制，具有體積小、可靠性高、抗污染能力強和價格低廉等優(yōu)點，可以替代制造成本高、抗污染性差的液壓伺服閥，應(yīng)用范圍廣泛。數(shù)字閥以提高響應(yīng)頻率來實現(xiàn)微量控制。盡管減小閥芯質(zhì)量和液動力可以提高響應(yīng)頻率，但是開關(guān)閥響應(yīng)頻率的提高主要依靠增加驅(qū)動器作用力及縮小響應(yīng)時間。高速開關(guān)閥的驅(qū)動器主要是強力電磁鐵，一般響應(yīng)時間為幾個毫秒；高電磁力需要較多的安匝數(shù)，導(dǎo)致電磁閥發(fā)熱，而且結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)能力遇到了限制。此外，由于開關(guān)閥受開關(guān)時間的限制，閥芯行程不能太大，因此數(shù)字閥的額定流量受到限制。在相同驅(qū)動力下，增加閥的額定流量，將降低開關(guān)閥的響應(yīng)速度。同時隨著高速閥工作壓力的增加，導(dǎo)致閥芯液動力的增加，也將降低開關(guān)閥的響應(yīng)速度。因此，高速開關(guān)閥存在高速響應(yīng)與高壓、大流量之間的矛盾。目前國內(nèi)外研制的高速電磁開關(guān)閥很難同時達到響應(yīng)時間小于4ms、工作壓力大于20Mpa、流量高于10L/Min，因而通常只能用作先導(dǎo)閥；而使用先導(dǎo)閥控制的數(shù)字閥，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)高壓、大流量，其頻率響應(yīng)卻又大大降低。因此，尋求新型驅(qū)動器，以提高直動型高速開關(guān)閥的響應(yīng)能力，解決高速響應(yīng)與高壓、大流量之間的矛盾是提高數(shù)字閥性能、擴大其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵。
壓電晶體驅(qū)動器是近年來發(fā)展起來的一種新型驅(qū)動器，具有以下特點1)響應(yīng)快，可達GHz。
2)輸出力大，可達kN以上。
3)功耗低，比電磁式驅(qū)動器低一個數(shù)量級。
盡管壓電晶體能夠大幅度提高開關(guān)閥的響應(yīng)速度，但是由于輸出位移只約占其長度的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(qū)動器位移放大的問題，是利用好壓電晶體材料的關(guān)鍵。目前國際上采用的杠桿放大、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(dǎo)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(shù)字閥的流量都很小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種壓電晶體數(shù)字閥，它以壓電晶體作為數(shù)字閥的驅(qū)動器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數(shù)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(wěn)定變化下輸出位移部穩(wěn)定的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括環(huán)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(diào)節(jié)螺栓；所述的閥芯的結(jié)構(gòu)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(nèi)的閥體臺肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧的環(huán)形壓電晶體，閥芯大圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過壓縮彈簧孔后，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(jīng)保護墊片放置在與閥蓋上，閥蓋上的調(diào)節(jié)螺栓頂在保護墊片，調(diào)節(jié)螺栓用鎖緊螺母固定。閥體旋緊螺帽與閥體通過螺紋聯(lián)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(huán)形壓電晶體內(nèi)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(fā)明具有的有益效果是1)體積小，采用壓電晶體作為執(zhí)行器，節(jié)省了閥的使用空間；2)頻響響應(yīng)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(fā)明壓電晶體數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是數(shù)字閥閥芯運動阻力與閥芯位移示意圖。
圖3是本發(fā)明的一種壓電晶體數(shù)字閥結(jié)構(gòu)裝配圖。
圖中1、環(huán)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(diào)節(jié)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(shù)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(fù)接線端，c、d分別為環(huán)形壓電晶體正負(fù)接線端。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明壓電晶體數(shù)字閥的結(jié)構(gòu)原理圖。本發(fā)明包括環(huán)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(jié)構(gòu)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(nèi)的臺肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧4的環(huán)形壓電晶體1，閥芯5大圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體1端面接觸，閥芯5小圓柱體通過壓縮彈簧4孔后，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(shù)字閥閥芯運動阻力與閥芯位移示意圖。閥芯在打開或關(guān)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(fā)明利用壓電晶體高頻響、高輸出力特性提出一種的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)，采用2個壓電晶體來分別打開和關(guān)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(shù)字閥油液出口B口被關(guān)閉，沒有油液從數(shù)字閥油液出口B口流出。打開閥芯，如圖1a所示當(dāng)環(huán)形壓電晶體1得電，壓電晶體堆2失電，環(huán)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，并在壓縮彈簧4輸出的力Fs的推動下繼續(xù)運動，直至閥芯5運行到壓電晶體堆2的位置，數(shù)字閥油液出口B口全部打開；關(guān)閉閥芯，如圖1b所示環(huán)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，并在高壓p1的作用下繼續(xù)運行，直到數(shù)字閥油液出口B口關(guān)閉。該數(shù)字閥利用壓電晶體瞬時產(chǎn)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)。由于利用的是壓電晶體高輸出力的沖擊特性，其輸出位移對數(shù)字閥功能的實現(xiàn)不產(chǎn)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(wěn)定的缺陷，同時解決了數(shù)字閥高頻響、高壓、大流量間的矛盾。
圖3是本發(fā)明的一種壓電晶體數(shù)字閥結(jié)構(gòu)裝配圖。包括環(huán)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(diào)節(jié)螺栓10；所述的閥芯5的結(jié)構(gòu)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(nèi)的閥體臺肩15上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧4的環(huán)形壓電晶體1，閥芯大圓柱體5-1一側(cè)與環(huán)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孔后，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(shù)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(jīng)保護墊片11放置在與閥蓋6上，閥蓋6上的調(diào)節(jié)螺栓10頂在保護墊片11，調(diào)節(jié)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(lián)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(huán)形壓電晶體1內(nèi)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(nèi)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(guān)閉數(shù)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，始終位于軸心位置；保護墊片11用來保護電晶體堆2來自調(diào)節(jié)螺栓10的預(yù)緊力；調(diào)節(jié)螺栓10通過螺紋與閥蓋6聯(lián)接，來調(diào)節(jié)閥芯5的位移；鎖緊螺母9通過螺紋與調(diào)節(jié)螺桿10聯(lián)接，用來鎖緊調(diào)節(jié)螺栓10；閥蓋6的一端與閥體7的上端面相接觸，并通過閥體臺肩15來定位，閥蓋6的另一端與閥體旋緊螺帽8的內(nèi)端面相接觸；閥體旋緊螺帽8與閥體7通過螺紋聯(lián)接。
工作原理如下閥芯關(guān)閉壓電晶體堆2得電，輸出2kN以上的沖擊力，推動閥芯5加速下行，并在高壓油液p1的作用下，關(guān)閉數(shù)字閥油液出口B。
閥芯打開壓電晶體堆2失電，環(huán)形壓電晶體1得電，輸出1kN以上的沖擊力，推動閥芯5加速上行，并在壓縮彈簧4和高壓油液p1的作用下，打開數(shù)字閥油液出口B。
本發(fā)明的數(shù)字閥采用螺紋插裝安裝形式，可以很好地應(yīng)用到工程實際中。
本發(fā)明采用閥體旋緊螺帽8與閥體7通過螺紋聯(lián)接，而不是采用4個螺栓將閥蓋6與閥體7聯(lián)接，節(jié)省了閥的空間。
a、b分別為壓電晶體堆的正負(fù)接線端，c、d分別為環(huán)形壓電晶體正負(fù)接線端，分別接到壓電晶體電源控制器的正負(fù)極。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.壓電晶體數(shù)字閥，其特征在于包括環(huán)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(diào)節(jié)螺栓(10)；所述的閥芯(5)的結(jié)構(gòu)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(nèi)的閥體臺肩(15)上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧(4)的環(huán)形壓電晶體(1)，閥芯大圓柱體(5-1)一側(cè)與環(huán)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)孔后，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(jīng)保護墊片(11)放置在與閥蓋(6)上，閥蓋(6)上的調(diào)節(jié)螺栓(10)頂在保護墊片(11)，調(diào)節(jié)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(lián)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(huán)形壓電晶體(1)內(nèi)的高壓油腔(C)中的高壓油p1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電晶體數(shù)字閥，其特征在于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(fā)明公開了一種壓電晶體數(shù)字閥。其閥芯的結(jié)構(gòu)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(nèi)的臺肩上設(shè)有內(nèi)裝壓縮彈簧的環(huán)形壓電晶體，閥芯大圓柱體一側(cè)與環(huán)形壓電晶體端面接觸，閥芯小圓柱體通過壓縮彈簧孔后，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(shù)字閥的驅(qū)動器，利用其高頻響和高輸出力的特性，解決數(shù)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(wěn)定變化下輸出位移部穩(wěn)定的問題。體積小，采用壓電晶體作為執(zhí)行器，節(jié)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(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者歐陽小平, 楊華勇 申請人:浙江大學(xué)