專利名稱：雙模式電氣數(shù)字閥的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數(shù)字電氣閥領域。
背景技術：
目前流體控制領域廣泛使用的閥主要分為開關閥、比例閥和伺服閥。開關閥多數(shù) 都是基于電磁開關式的，它主要是通過電磁鐵吸附閥芯移動來控制流體通路的通斷，所以 運動部件體積慣量大，支撐部位多，摩擦力大、線性度差，響應時間較慢，致使其開關頻率受 到限制，輸出流體有脈動，只能應用于對控制精度無特殊要求的簡單系統(tǒng)。伺服閥雖然控制 精度高，但頻響較低，抗污染能力差，而且價格昂貴，性價比低。比例閥與伺服閥相比，雖然 性能在某些方面還有一定的差距，但比例閥抗污染能力強，成本比伺服閥低，而且不包含敏 感和精密的部件，更容易操作和保養(yǎng)。但由于比例閥性能提高的關鍵部件主要以比例電磁 鐵為主，其固有的磁滯、非線性等特性，制約了其控制精度及頻響進一步的提高。在電氣數(shù)字閥領域，通常也存在如上技術難題。
發(fā)明內容為了克服已有的氣動數(shù)字閥不能同時滿足高速下實現(xiàn)高速開關閥功能和低速時 實現(xiàn)伺服同步控制的不足，本實用新型提供一種既可在高速下實現(xiàn)高速開關閥功能，又能 在低轉速下實現(xiàn)伺服和同步的精確控制的雙模式電氣數(shù)字閥。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種雙模式電氣數(shù)字閥，包括閥體，所述的閥體上開有與氣源連通的進氣口、與氣 動執(zhí)行元件連通的第1、第2進出氣口以及與大氣連通的第1、第2出氣口，所述電氣數(shù)字閥 還包括閥芯和閥套，所述的閥套嵌套在閥體的內壁，所述的閥芯穿過閥套，所述的閥芯與驅 動閥芯旋轉運動的旋轉伺服電機和驅動閥芯軸向移動的直線伺服電機連接；所述的閥芯上 設有至少四個臺肩，依次為第1臺肩、第2臺肩、第3臺肩和第4臺肩，所述第1與第4臺肩 不設溝槽，所述第2臺肩和第3臺肩的兩側端面各在周向上均勻開設至少一條溝槽，同一臺 肩不同端面上的溝槽數(shù)相同且錯位設置；閥套的周向均勻開設至少五圈閥套窗口，依次是 第1閥套窗口、第2閥套窗口、第3閥套窗口、第4閥套窗口和第5閥套窗口，各個閥套窗口 的形狀相同，所述第1閥套窗口與第1出氣口連通，所述第2閥套窗口與第1進出氣口連通， 第3閥套窗口與進氣口連通，第4閥套窗口與第2進出氣口連通，第5閥套窗口與第2出氣 □連通。進一步，所述的每一圈閥套窗口的窗口數(shù)至少為1，窗口為矩形或圓形。再進一步，所述第2閥套窗口和第4閥套窗口分別配合所述閥芯的第2臺肩和第 3臺肩；所述閥芯的第2臺肩上的溝槽總數(shù)是所述第2閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1， 所述閥芯的第3臺肩上的溝槽總數(shù)是所述第4閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1。所述各圈閥套窗口沿閥套的周向均勻開設，同一臺肩兩側端面上的溝槽錯位設 置。[0010]閥芯兩側端面上的相鄰兩溝槽間隔距離大于等于閥套窗口直徑。本實用新型的技術構思為；電氣數(shù)字閥的閥芯與伺服電機一轉軸相連，通過伺服 電機一的旋轉帶動閥芯相對閥套及閥體的旋轉，使得沿閥芯臺肩兩側端面周向交錯開設的 溝槽與閥套上的窗口的配合關系按一定順序循環(huán)轉換。例如當閥芯高速單方向連續(xù)旋轉 時，閥體上第1和第2進出氣口也與氣源和大氣交替連通，即可實現(xiàn)獨立的兩個高速開關閥 進出氣口功能，其開關頻率與電機轉速、溝槽數(shù)成正比關系，閥的工作流量與溝槽數(shù)和窗口 數(shù)量及閥口過流面積成正比關系，故易于提高開關閥的工作頻率并實現(xiàn)大流量場合開關控 制。當在伺服電機及轉角、壓力、流量等監(jiān)測裝置的配合下實現(xiàn)閥芯零位附近正反旋轉和精 確定位時，閥芯上第2和第3臺肩的溝槽與閥套上第2和第4閥套窗口之間形成可控節(jié)流 狀態(tài)。若合理設計第2和第3臺肩的錯位關系，則兩個節(jié)流口的進出氣的相位差為0 180 度連續(xù)可調，所以閥體上第1和第2進出氣口可以方便的實現(xiàn)雙作用氣缸等執(zhí)行器的兩腔 氣路的同時控制，進而實現(xiàn)被控執(zhí)行器的流量、壓力、速度的伺服控制或同步控制。所述的閥芯第2和第3臺肩結構完全一致，僅是沿閥芯轉軸平移的位置關系即兩 臺肩同側端面上的溝槽之間沿周向沒有錯位。此時閥體上的兩個進出氣口流體流動方向相 反，故開關輸出狀態(tài)下信號開關動作反相，而差動比例輸出狀態(tài)適合控制雙作用執(zhí)行器實 現(xiàn)伺服控制。所述的閥芯第2和第3臺肩結構完全一致，僅是鏡像對稱位置關系即兩臺肩異側 端面上的溝槽之間沿周向沒有錯位。此時閥體上的兩個進出氣口流體流動方向相同，故開 關輸出狀態(tài)下信號開關動作同步，而比例輸出狀態(tài)則適合驅動精密雙(多)缸同步系統(tǒng)。當然，本方案也能同時適用于電液數(shù)字閥場合。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在既可在高速下實現(xiàn)高速開關閥功能，又能在 低轉速下實現(xiàn)伺服和同步的精確控制。

圖1是本實用新型電氣數(shù)字閥的軸向截面圖。圖2是本實用新型的組件分解視圖。圖3是本實用新型的閥口全開，P-A連通通流，B-R2連通回流狀態(tài)示意圖，其中， 20為閥套窗口投影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝槽，23為第3臺肩左側 溝槽，M為第3臺肩右側溝槽。圖4是本實用新型的閥口全開，P-B連通通流，A-Rl連通回流狀態(tài)示意圖，其中， 20為閥套窗口投影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝槽，23為第3臺肩左側 溝槽，M為第3臺肩右側溝槽。圖5是本實用新型的閥口全閉，P、A、B、R1、R2互不連通狀態(tài)示意圖，其中，20為閥 套窗口投影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝槽，23為第3臺肩左側溝槽，24 為第3臺肩右側溝槽。圖6是本實用新型在可數(shù)控比例流量閥模式下，P-A節(jié)流通流增壓，B-R2節(jié)流回流 減壓狀態(tài)示意圖，其中，20為閥套窗口投影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝 槽，23為第3臺肩左側溝槽，24為第3臺肩右側溝槽。圖7是本實用新型在可數(shù)控比例流量閥模式下，P-B節(jié)流通流增壓，A-Rl節(jié)流回流減壓狀態(tài)示意圖，其中，20為閥套窗口投影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝 槽，23為第3臺肩左側溝槽，24為第3臺肩右側溝槽。圖8是本實用新型在同步開關及比例閥模式下的示意圖，其中，20為閥套窗口投 影，21為第2臺肩左側溝槽，22為第2臺肩右側溝槽，23為第3臺肩左側溝槽，M為第3臺 肩右側溝槽。圖9是本實用新型工作在異步高速開關閥模式下驅動兩個獨立執(zhí)行器開關動作 的工作原理圖，其中，25為第一開關執(zhí)行器二6為第二開關執(zhí)行器。圖10是本實用新型工作在比例流量閥模式下聯(lián)合驅動雙作用執(zhí)行器27的工作原 理圖。圖11是本實用新型工作在同步輸出狀態(tài)的工作原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步描述參照圖廣圖11，一種雙模式電氣數(shù)字閥，包括閥體1，所述的閥體1上開有與氣源 連通的進氣口 4、與氣動執(zhí)行元件連通的第1進出氣口 5、第2進出氣口 6以及與大氣連通 的第1出氣口 8、第2出氣口 9，彈簧7用于閥芯安裝時與閥體預緊，該數(shù)字閥還包括閥芯2 和閥套3，所述的閥套3嵌套在閥體1的內壁，所述的閥芯2穿過閥套3，所述的閥芯2與驅 動閥芯旋轉運動的旋轉伺服電機和驅動閥芯軸向移動的直線伺服電機連接；所述的閥芯2 上設有至少四個臺肩，依次為第1臺肩10、第2臺肩11、第3臺肩12和第4臺肩13，所述 第1臺肩10與第4臺肩13不設溝槽，所述第2臺肩及第3臺肩的兩側端面各在周向上均 勻開設至少一條溝槽，同一臺肩不同端面上的溝槽數(shù)相同且錯位設置；閥套3的周向均勻 開設至少五圈閥套窗口，依次是第1閥套窗口 15、第2閥套窗口 16、第3閥套窗口 17、第4 閥套窗口 18和第5閥套窗口 19，所述第1閥套窗口 15與第1出氣口 8連通，所述第2閥套 窗口 16與第1進出氣口 5連通，第3閥套窗口 17與進氣口 4連通，第4閥套窗口 18與第 2進出氣口 6連通，第5閥套窗口 19與第2出氣口 9連通。所述的每一圈閥套窗口的窗口數(shù)至少為1，窗口為矩形或圓形。所述第2閥套窗口 和第4閥套窗口分別配合所述閥芯的第2和第3臺肩。所述閥芯的第2臺肩上的溝槽總數(shù) 是所述第2閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1。所述閥芯的第3臺肩上的溝槽總數(shù)是所述 第4閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1。所述各圈閥套窗口沿閥套的周向均勻開設，同一臺 肩兩側端面上的溝槽錯位設置。當閥套窗口不止一個時，閥芯正反兩面的溝槽需避免同時 連通閥套窗口。閥芯兩側端面上的相鄰兩溝槽間隔距離大于等于閥套窗口直徑以避免閥芯 對閥口的負遮蓋。參照附圖1，P 口為進氣口 4，A 口為第1進出氣口 5，B 口為第2進出氣口 6，Rl 口 為第1出氣口，R2 口為第2出氣口。本實施例的方案也能適用于電液數(shù)字閥，使得電液數(shù)字閥可以工作在高速開關閥 和比例流量方向閥兩種模式。實例1 當閥芯在轉動過程中處于圖3所示的位置時，P 口與A 口連通，B 口與R2 口連通，一路流體(氣體或液壓油)由P 口經A 口流入開關執(zhí)行器1驅動腔，另一路流體從開 關執(zhí)行器2驅動腔經B 口至R2 口卸載。當繼續(xù)旋轉閥芯至圖5所示位置的過程中，由P 口經A 口流入開關執(zhí)行器1驅動腔的流量不斷減少并最終被關斷，而從開關執(zhí)行器2驅動腔 經B 口至R2 口卸載回路流量也不斷減少并最終被關斷。閥芯繼續(xù)旋轉至圖4所示位置的 過程中，流體通路被切換，開關執(zhí)行器1驅動腔經A 口至Rl 口卸載，另一通路從P 口經B 口 對開關執(zhí)行器2的驅動腔加載。至此完成了一次開關量的輸出全過程。隨著旋轉的進行， 該過程反復進行，A、B 口分別于P、R 口交替連通，實現(xiàn)開關閥驅動功能。該模式下開關閥頻 率與轉速、臺肩溝槽數(shù)成正比，實際使用過程中可簡單通過改變伺服電機1的轉速來改變 開關頻率。若在上述循環(huán)過程中使用伺服閥2同時改變閥芯的軸向位置，則可改變閥芯對 閥口的遮蓋量，從而改變閥口的通流能力，實現(xiàn)輸出功率的控制。開關控制原理圖見圖9。實例2:當閥芯處在圖5位置時，閥口全關閉，則P、A、B、R1、R2各口均被隔斷，閥 芯處于零位，輸入輸出流量為零，此時執(zhí)行器停止運動。根據(jù)伺服控制的任務要求可以通過 伺服電機1和伺服電機2，連續(xù)控制閥芯在零位附近正反轉動和軸向移動，即由圖5所示狀 態(tài)向圖6所示狀態(tài)轉換或是反向向圖7所示狀態(tài)轉換。改變閥口開度和通路方向，從而控 制A、B兩路輸出的流量大小和方向，實現(xiàn)伺服控制目的。差動輸出伺服控制工作原理圖見 圖10。實例3 當閥芯臺肩結構如圖8所示，因為閥芯轉動對兩個閥口開關通路的選擇保 持同步，則A、B 口的流體流量及方向也同步變化，一致性好，可以實現(xiàn)同步控制執(zhí)行器的驅 動功能。同步工作輸出原理圖見圖11。
權利要求1.一種雙模式電氣數(shù)字閥，包括閥體，所述的閥體上開有與氣源連通的進氣口、與氣動 執(zhí)行元件連通的第1、第2進出氣口以及與大氣連通的第1、第2出氣口，其特征在于所述 電氣數(shù)字閥還包括閥芯和閥套，所述的閥套嵌套在閥體的內壁，所述的閥芯穿過閥套，所述 的閥芯與驅動閥芯旋轉運動的旋轉伺服電機和驅動閥芯軸向移動的直線伺服電機連接；所 述的閥芯上設有至少四個臺肩，依次為第1臺肩、第2臺肩、第3臺肩和第4臺肩，所述第2 臺肩和第3臺肩的兩側端面各在周向上均勻開設至少一條溝槽，同一臺肩不同端面上的溝 槽數(shù)相同且錯位設置；閥套的周向均勻開設至少五圈閥套窗口，依次是第1閥套窗口、第2 閥套窗口、第3閥套窗口、第4閥套窗口和第5閥套窗口，各個閥套窗口的形狀相同，所述第 1閥套窗口與第1出氣口連通，所述第2閥套窗口與第1進出氣口連通，第3閥套窗口與進 氣口連通，第4閥套窗口與第2進出氣口連通，第5閥套窗口與第2出氣口連通。
2.如權利要求1所述的雙模式電氣數(shù)字閥，其特征在于所述的每一圈閥套窗口的窗 口數(shù)至少為1，窗口為矩形或圓形。
3.如權利要求1或2所述的雙模式電氣數(shù)字閥，其特征在于所述第2閥套窗口和第4 閥套窗口分別配合所述閥芯的第2臺肩和第3臺肩；所述閥芯的第2臺肩上的溝槽總數(shù)是 所述第2閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1，所述閥芯的第3臺肩上的溝槽總數(shù)是所述第4 閥套窗口數(shù)的整數(shù)倍且倍數(shù)大于1。
4.如權利要求1或2所述的雙模式電氣數(shù)字閥，其特征在于所述各圈閥套窗口沿閥 套的周向均勻開設，同一臺肩兩側端面上的溝槽錯位設置。
5.如權利要求1或2所述的雙模式電氣數(shù)字閥，其特征在于所述閥芯臺肩的兩側端 面上的相鄰兩溝槽間隔距離大于等于閥套窗口直徑。
專利摘要一種雙模式電氣數(shù)字閥，包括閥體，閥體上開有與氣源連通的進氣口、與氣動執(zhí)行元件連通的第1、第2進出氣口以及與大氣連通的第1、第2出氣口，閥套嵌套在閥體的內壁，閥芯穿過閥套，閥芯與旋轉伺服電機和直線伺服電機連接；閥芯上設有至少四個臺肩，第2臺肩和第3臺肩的前后端面各在周向上均勻開設至少一條溝槽，同一臺肩不同端面上的溝槽數(shù)相同且錯位設置；閥套的周向均勻開設至少五圈閥套窗口，第1閥套窗口與第1出氣口連通，第2閥套窗口與第1進出氣口連通，第3閥套窗口與進氣口連通，第4閥套窗口與第2進出氣口連通，第5閥套窗口與第2出氣口連通。本實用新型在高速下實現(xiàn)高速開關閥功能，又能在低轉速下實現(xiàn)伺服和同步的精確控制。
文檔編號F16K5/00GK201844094SQ201020572258
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者張立彬, 楊慶華, 王志恒, 荀一, 都明宇, 高峰, 鮑官軍 申請人:浙江工業(yè)大學