法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-05-20
公开
发明专利申请公布
技术领域
本发明属于液压换向阀技术领域，特别是涉及一种由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀。
背景技术
现在国内外的传统理论认为，行程制动只能用于工作台的低速范围，目前行程制动都在低速范围内应用。
现有电液步进马达，其液压阀为滑阀，步进电机是旋转运动，要通过螺纹将旋转运动转化成轴向运动，这样造成精度降低和反向空程量加大，应用很少。
现在的数控机床离不开滚珠丝杠，滚珠丝杠结构复杂，存在着对安装精度要求高，螺母发热量大，热量传给丝杠使丝杠温度升高而伸长影响精度。当滚动丝杠停转时，温度又快速下降，对精度影响更大。
现在液压传动是用油缸带动工作台，具有运动和换向平稳推动力大等优点，但是换向精度差，换向速度慢，被认为不可能用于数控机床。
发明内容
本发明供了一种由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀，实现了用伺服电机精准快速的对油缸进行控制。使运动、换向平稳和推动力更大的液压传动系统，实现能够启动速度大小和制动停止位置都可准确快速得到控制的效果。
为了实现上述技术问题，本发明提供了一种由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀，包括伺服电机、PT阀、AB阀、阀体和反馈装置；所述伺服电机设置在阀体一端，通过联轴器与设置在阀体内腔中的PT阀外侧端连接；所述AB阀设置在阀体内腔中与PT阀端面相对设置；所述AB阀和PT阀的外端与阀体的口部各设置一个用于限位的轴承；阀体内侧壁上设置有四条槽孔；四条槽孔向内分别与PT阀和AB阀端面上的P、T、A、B阀口相连，向外分别与P油路、T油路、A油路、B油路连通；所述PT阀和AB阀为端面转阀；所述AB阀的外侧端与设置在阀体另一端的反馈装置连接。
进一步的，所述AB阀的A阀口和B阀口为相对设置的腰形；所述PT阀的T阀口为腰形缺口，P阀口为圆形；在PT阀转动过程中T阀口首先与A阀口和B阀口接触的位置还设置有小阀口，所述小阀口为60°缺口。
进一步的，AB阀与PT阀相对的端面上有一个小腰形槽，所述小腰形槽与PT阀相对端面上的圆柱销配合，用以限制两阀的活动范围。
进一步的，反馈装置为反馈齿轮，AB阀与反馈齿轮通过平键连接；反馈齿轮通过与工作台底部的齿条齿合实现反馈。
进一步的，AB阀与液压马达轴连为一体，液压马达的转动直接带动AB阀实现反馈。
进一步的，反馈装置包括反馈伺服电机和直线编码器；反馈伺服电机通过与AB阀连接后再通过与工作台上设置的直线编码器连接实现反馈。
本发明相比现有技术的有益效果是：结构简单，控制精度更高。通过液压油缸为工作台提供强大的推力，通过电液伺服阀来控制工作台的精度，从而将推力的提供与精度控制分开，使控制精度不受液压油缸的影响。
附图说明
图1是本发明所述由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀的竖切剖视图。
图2是采用齿轮、齿条反馈时与工作台、油缸运动关系的示意图。
图3是伺服电机控制行程制动的电液伺服阀在不同工作状态，AB阀与PT阀阀口关系变化图。
附图标记说明：1、伺服电机；2、联轴器；3、PT阀；3.1、圆柱销；P、P阀口；T、T阀口；4、AB阀；4.1、小腰型槽；A、A阀口；B、B阀口；5、阀体；5.1、第一轴承；5.2、第二轴承；6、反馈齿轮；7、槽孔；8、齿条；9、工作台；10、小阀口。
具体实施方式
本发明实施例，所述由伺服电机控制的行程制动的电液伺服阀(一下简称“本阀”)，他能够对油缸或液压马达等执行机构的启动、速度、制动、停止的全过程实施快速准确的控制。尤其是它能够做到在无冲击的前提下，进行快速行程制动和各种速度在同一地点停止。它可望实现用油缸替代滚珠丝杠对数控机床进行控制，能够用小功率的伺服电机控制大型数控机床。
本发明实施例，利用现在精度高，能够精准控制转速，转角的伺服电机来控制液压阀，实施对液压执行元件的控制，提高液压机械的功能和精度。由于伺服电机是旋转运动，因此液压阀也选用转阀，转阀有两种，一种是径向转阀，转起来很费劲,因此本阀采用新设计的转动轻松均匀的端面转阀，在端面上设计不同形状的阀口，使液压传动中的许多难题迎刃而解。
为了解决现有技术中无法对油缸进行数控的难题，本发明提供了一种由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀。下面结合附图对方案进行具体解释。
实施例1，如图1、图2和图3所示，所述由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀，包括伺服电机1、PT阀3、AB阀4、阀体5和反馈齿轮6，AB阀4与反馈齿轮6通过平键连接；所述伺服电机1设置在阀体5一端外侧，通过联轴器2与设置在阀体5内腔中的PT阀3外侧端连接；所述AB阀4设置在阀体5内腔中与PT阀3端面相对设置；所述AB阀4的外侧端与阀体5之间设置第二轴承5.2，PT阀3的外侧端与阀体5之间设置第一轴承5.1，用于对PT阀3和AB阀4进行限位；阀体5内侧壁上设置有四条圆环形槽孔7，具体的PT阀3和AB阀4对应的阀体5的内侧壁上，各有两条圆环形槽孔7，所述槽孔7向内分别与PT阀3和AB阀4端面上的P、T、A、B连通，PT阀和AB阀外圆上的条槽分别与阀体内孔的槽对正，在PT阀和AB阀转动过程中油路始终保持相通。所述PT阀3和AB阀4为端面圆形转阀。AB阀4与PT阀3相对的端面上有一个小腰形槽4.1，所述小腰形槽4.1与PT阀3相对端面上设置的圆柱销3.1配合，用以限制两阀相对的活动范围。
在上述技术方案的基础上，进一步的，为了使得由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀控制精度更高，开启与关闭调节对流量大小控制保持一致性，同时有效防止堵塞；如图3所示，所述AB阀4的A阀口A和B阀口B为相对设置的腰形；所述PT阀3的T阀口T也为腰形，在PT阀3转动过程中T阀口T首先与A阀口A和B阀口B上设置的小阀口10接触。
在本发明的实施例中，AB阀4和PT阀3端面上的阀口形状，可以由技术人员根据液压机械功能的需要进行设计。
示例性的，所述小阀口10为60°缺口。现有技术中的外圆磨床的最低速是0.1m/min,在最低速运行时回阀口的面积很小，液压油中的异物会将小孔堵塞使工作台速度不断降低甚至停止。最低速时阀口的形状与堵塞的机率有关，同样的面积，缝隙形最易堵塞。圆形最不易堵塞，但是大小调节不太容易控制。正三角形也不易堵塞，一个边移动就可调节面积大小。因此本阀在最低速时采用60°的三角小阀口10，它的阀口无论大小都是正三角形。
本阀除了用齿轮齿条反馈外还有许多反馈方法：
在本发明的一个实施例中，反馈装置6包括反馈伺服电机和直线编码器；反馈伺服电机通过与AB阀连接后再通过与工作台上设置的直线编码器连接实现反馈。
示例性的，AB阀4与液压马达轴连为一体，液压马达的转动直接带动AB阀4实现反馈。
优选的，伺服电机1反向运动时，转动角度比工作台9移动距离对应转动角度大所需空程量角度。
在本发明的一个实施例中，所述的由伺服电机控制行程制动的电液伺服阀，阀体5与PT阀3上的P油道和T油道，阀体5与AB阀4上的A油道、B油道形成节流；所述PT阀3处于图3中的a工位时工作台9停止运动，所述PT阀3逆时针旋处于b工位时，高压油从P油道通过B油道进入到油缸右腔，A油道与T油道之间的三角形小阀口用于控制控制速度的快慢，油缸推动工作台9与齿条8向左运动，同时齿条8带动反馈齿轮6逆时针转动，从而带动AB阀4逆时针转动，AB阀4将PT阀3的T阀口和P阀口关闭，工作台9停止；工作台9需要向左移动多少距离，只需控制伺服电机1逆时针转动相应角度，工作台9需要向右移动多少距离，只需控制伺服电机1顺时针转动相应角度即可。
现以齿轮齿条反馈的机床工作台为例说明其工作原理：所述PT阀3处于P、A、B、T互不相通的位置时(图3a)，工作台停止不动。当伺服电机1带动PT阀3向反时针方向以某种速度匀速转动时，开始AB阀并未运动，PT阀3的运动使高压油从P油路通过B油路进入到油缸右腔，推动活塞向左运动，活塞左腔的油通过A油路从T油路流回油箱，工作台9也同时向左运动并通过齿条8和反馈齿轮6反馈到AB阀4向反时针旋转，由于工作台速度启动较晚，速度较慢，造成回油阀口面积逐渐加大，使工作台9速度不断加快，直到工作台9速度快到使AB阀4的转速与PT阀3的转速相同时，AB阀4和PT阀3形成的阀口面积就固定下来(图3b)，工作台9开始由加速运动转为匀速运动。如果伺服电机和PT阀在某处停止，在停止的瞬间，阀口还是原来的大小，AB阀迟后了一段距离，工作台9还要以原来的速度继续向左运动，此运动反馈到AB阀4也还要向反时针旋转，使回油阀口面积由快到慢逐渐减小，直到AB阀转到和PT阀的P、A、B、T互不相通的位置时(图3c)，工作台停止(这是一个行程制动的过程)。在这段运动过程中，伺服电机带动PT阀3转动的角度数与工作台9推动AB阀4转动的角度数是相同的，因此需要让工作台走多少距离，只需让通过伺服电机转相应的角度数即可。由于本阀存在反向空程量，因此在工作台换向的第一次，要将反向空程量的值加进去。
本阀的回油口是由AB阀4的腰形槽和PT阀3的腰形缺口共同形成的，是一条圆弧形的缝隙详细见(图3b)所示，它的最大面积要能够满足工作台最高速所需的面积。它的宽度决定着制动速度的快慢，宽度小制动速度慢，制动距离长，停止速度慢。宽度大制动速度快，制动距离短，停止速度快。但是宽度大到一定程度就会产生冲击，这是不允许的。最佳宽度是不产生冲击的最大宽度。
反馈齿轮的节圆半径也与制动速度有关，节圆半径大，制动速度慢，制动距离长；节圆半径小，制动速度快，制动距离短，但半径太小，制动速度太快也会会产生冲击。加大反馈齿轮节圆半径。和减小回油口的宽度都可使冲击消失。
如果伺服电机1一直向某方向转动，工作台9也跟着向某方向运动，工作台速度低时，回油阀口的面积就会由小变大，工作台9速度会一直加快，直到回油阀口加大到使工作台速度与伺服电机1相应的转速，此时工作台9跟随伺服电机1一起作匀速运动，阀口的大小便固定下来，只是工作台9迟后了一段距离，这段距离长短与工作台速度有关，工作台速度高,迟后的距离大，阀口打开的面积也大，工作台速度低，迟后的距离小，阀口打开的面积也小。当伺服电机1在某位置停止时，PT阀3停止转动，此时回油阀口是打开的，因此工作台还会前进，工作台9前进，使反馈齿轮6带动AB阀4转动，让阀口减小，迟后量也在减小，当迟后量减小到零，阀口也同时关闭，工作台9停止。以上工作台9停止的过程，是一个完美的行程制动的过程。现在的行程制动的液压操纵箱，在行程制动开始时阀口的通流面积是非常大的，甚至比本机床的油管通流面积都大，以M9120多用磨床为例，整个制动过程工作台需要走14mm的行程，但是在最高速时实际制动距离只有不到3mm。工作台在最低速0.1m/min运行时，的实际制动距离只有0.1mm。但工作台每次制动读要走14mm行程。绝大部分的制动行程是无效制动行程，因此制动距离长，换向速度慢。本阀经过反馈过程能够做到，阀口的大小与工作台速度相一致，一旦伺服电机1停止转动，实际制动立即开始。各种速度都没有无效制动行程，因此换向速度极快。
同时，工作台9在匀速运动时，工作台9的迟后量与速度有关。速度快迟后量大阀口开的也大，速度低迟后量小阀口开的也小，因此在制动时高速制动行程长，低速制动行程短，高、中、低速制动到最后都停止在回油阀口的关闭的同一点。因此不存在时间制动的冲出量，也不存在行程制动的异速差。
如果工作台9向左运动进行多次停留，都是齿条8齿的左面与反馈齿轮9紧靠，每次停留的位置都是AB阀4将回油阀口从反时针方向关闭阀口的位置，因此工作台每次行走的距离都是与伺服电机1的转角相同的一段反馈齿轮的节圆弧长。如果工作台向右运动也是一样。但是向左运动和向右运动之间存在一定误差，这是由于齿轮齿条的间隙和阀口的遮盖量造成的，只需在换向时将这个误差从程序上加进去，这在数控上是很容易做到的。还有很多办法可以减小以上误差。
本阀的伺服电机1只给工作台9的运动发出指令，工作台9是靠油压推动。齿条8只是用来推动反馈齿轮6的，传动的力矩很小。全部传动发热很小。本阀的液压只起推动工作台的作用，不参与对精度的控制。油温的变化和少量的泄漏都不会对精度产生影响。例如工作台向左运动时，油缸右面B处有少量泄漏，会使工作台速度降低，反馈速度减慢，回油阀口的面积就会加大，工作台会提速到与伺服电机相应的速度。如果油缸左面的油管A处有少量泄漏，会使工作台速度加快，反馈速度加快，回油阀口的面积就会减小，工作台还会降速到与伺服电机1相应的速度。液压不会影响运动精度。工作台停止的位置与回油阀口关闭的位置决定。与油压、油温，油的少量泄漏无关。因此工作台9的运动速度大小，停止位置只由伺服电机1决定，精度可靠。本阀可望用油缸替代滚珠丝杠用于数控机床，由于油缸推力的大，完全可以用硬轨，这样机床精度还可进一步提高。本阀还可做到用小功率的伺服电机控制大型数控机床。
本发明的技术方案，相比现有技术，结构简单，运行过程中发热量小，控制精度更高，通过电液伺服阀来控制工作台的精度，通过液压油缸来控制工作台的推力，从而将推力大小与精度控制分开，使控制精度不受液压油缸的影响；通过结构的设置使得，阀口的大小与工作台运动速度相关联一致，伺服电机停止转动，制动立马开始，有效消除了无效制动行程，换向速度更快。
