[实用新型]一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀

说明书

技术领域

本实用新型涉及伺服阀，具体涉及一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀。

背景技术

目前，液压伺服控制系统的应用领域越来越宽，这对电液伺服阀的性能提出了极高的 要求：高频响，高精度，简单可靠等。传统的电磁式伺服阀已经不能满足高频响的控制要 求，因此研发一种新型的、高频响主动控制伺服阀成为液压伺服控制领域的难题。

在众多新型微位移、高频响的驱动器研制开发过程中，压电陶瓷材料因为具有体积小、 能量密度高、分辨率高、频响快等优点，已经成为精密定位系统中首选的驱动元件。同时， 由于压电陶瓷输出位移小，承载力有限，抗剪切能力差等缺点限制了其在快速、高精密定 位系统中的应用。

可控的伺服阀主要有滑阀和薄膜式伺服阀。滑阀结构较为复杂，所需驱动位移较大。 已有基于压电陶瓷控制的伺服滑阀设计案例。而薄膜式伺服阀结构相对简单，可设计上下 两油腔，实现差动控制或反馈控制。将其中一个油腔用作节流油腔，另一个油腔用作压力 平衡油腔，通入节流后的液压油，可大大减小薄膜两侧所受的压力差。

现有的薄膜式节流阀主要有两种。一种为双油腔差动双输出形式，可用于静压轴承的 对置油腔，提高主轴稳定性和承载能力；另一种为带反馈油腔的单输出形式，可提高出口 压力和流量的稳定性。以上两种类型的薄膜式节流阀均不能实现主动伺服控制，无法主动 控制节流阀出口的压力和流量。

现有的压电陶瓷驱动伺服阀多数使用了碟簧等弹性材料保证阀片(阀杆)的双向运动， 从而加大了压电陶瓷的受力，因此需要选用大体积的压电材料，材料成本较高。

经检索，尚无基于压电陶瓷直接驱动的、带有压力平衡油腔的薄膜式伺服阀设计案例。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种高频响、输出流量可控的压电陶瓷驱动薄膜式伺服 阀。

为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，包括上阀体和下阀体，上阀体与下阀体之间设有薄 膜，上阀体与薄膜之间形成圆柱形的平衡油腔，薄膜与下阀体之间形成一个环形的节流油 腔，薄膜与下阀体之间的间隙为节流间隙，平衡油腔与节流油腔连通，上阀体与平衡油腔 之间竖直贯通有顶杆，顶杆的一端与薄膜间隔设定距离或接触，另一端设有用于推动顶杆 移动的压电陶瓷；压电陶瓷与压电陶瓷驱动器连接，通过压电陶瓷主动控制顶杆位移，进 而控制薄膜动作，薄膜产生弹性变形来减小节流间隙，使得出口流量减小；顶杆上移，增 大节流间隙，出口流量增加，通过精确控制压电陶瓷就可以实现精确流量控制的目的，结 构简单，但效果较好。

进一步地，薄膜与上阀体、薄膜与下阀体之间均设有调整垫片，改变调整垫片的高度 即可调整初始节流间隙。

进一步地，顶杆设在上阀体的轴心孔内，由密封圈进行密封，可上下运动。

进一步地，在所述上阀体上设有包覆住所述压电陶瓷的压电陶瓷基座，压电陶瓷基座 的底部与上阀体通过螺钉固定。

进一步地，所述压电陶瓷基座上设有用于压住所述压电陶瓷的锁紧装置。

进一步地，所述压电陶瓷与所述顶杆之间设有金属球。

进一步地，所述压电陶瓷的两端均设有垫片，金属球设在垫片与顶杆端面的凹槽中。

进一步地，所述锁紧装置为螺钉，所述压电陶瓷与螺钉之间设有顶尖或金属球，锥形 定位顶尖设在垫片端部的中心处。

进一步地，所述平衡油腔与所述节流油腔之间设有以阀中心线而对称设置的多个通孔。

进一步地，在所述下阀体内设有入油管路，入油管路的末端连通所述节流油腔底部的 中心。

进一步地，所述薄膜的中部呈中央岛形，呈刚性，只产生位移；中央岛型的四周环形 区极薄，呈柔性，在顶杆的推动下可产生弹性变形。

进一步地，在所述下阀体内设有与所述节流油腔相通的出油管路；入油管路与出油管 路均呈L型。

本实用新型的工作原理是：通过控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩 短。当增加驱动电压时，压电陶瓷伸长，推动顶杆下压薄膜，薄膜产生弹性变形，使得伺 服阀出口流量减小；当减小驱动电压时，压电陶瓷缩短，薄膜由于自身的弹性变形和压力 差形成向上的合力推动顶杆向上运动，增大节流间隙，使得伺服阀出口流量增加。

本实用新型的有益效果是：

1)通过使用压电陶瓷驱动器，提高了伺服阀的响应频率，可用于高频精确控制。