一种复位转角电液执行器及其控制方法、闭环液压回路与流程

1.本发明涉及电液转换器技术，尤其涉及一种具有复位功能，且用于转换直线运动为角度运动的电液执行器及其控制方法、闭环液压回路。


背景技术：

2.常规的电液执行器通常用于对各类阀门进行调节控制，即将液压油缸的直线运动转换成角度运动，以转动阀门进行调节，如中国专利号201420245149.1，其揭示了一种电液式蝶阀执行器，其包括箱体，左箱盖，右箱盖，及执行器本体，所述箱体，左箱盖及右箱盖之间通过螺栓固定，并在内部形成空腔，所述执行器本体包括设于所述空腔内的齿条柱塞，与所述齿条柱塞相咬合的齿轮，所述齿轮内穿插有执行轴，所述执行轴下端连接蝶阀，所述空腔两端分别连接有进油管及出油管，所述进油管及出油管端部设有快速接头，所述右箱盖与所述齿条柱塞相对的位置设有限位螺钉，对齿条柱塞位置进行定位。
3.然而上述现有技术的缺陷在于，由于采用了齿轮齿条作为中间转换机构，因此传动精度比较低，稳定性也不高，并且系统容易出现超调震荡现象，同时也无复位功能。
4.为此在传统大扭矩执行器领域，为了实现在出现断电或其他故障时复位功能，通常会采用传统螺旋弹簧结构，因此在体积上面有很大的局限性，如中国专利号201420245149.1，提出了一种60毫米直行程断电复位智能变频液压电动执行器，其阀门执行器包括外筒、支架以及控制器，外筒顶端设有顶盖，支架固定在外筒底部，外筒内部设有内缸筒，内缸筒内设置电磁泵及电磁阀，外筒与内缸筒之间留有调节空腔，在调节空腔内围绕内缸筒设有预压弹性装置，内缸筒底部通过联接螺母连接有用于开合液压阀门的万向联接器，预压弹性装置与内缸筒同步上下运动，通过内缸筒的上下运动控制液压阀门的闭合和打开操作；该执行器采用预压弹性装置来杜绝现有维修过程中安全隐患的发生，执行器的输出行程延长，多泵供压，保证行程的要求，使用安全可靠，并且在出现故障时，能够在预压弹簧的回弹力作用下，使内缸筒逐渐复位，阀门关闭。
5.因此现有技术亟待一种新型复位转角电液执行器方案，以能够在现有技术基础上提高传动精度比及稳定性，并在具有复位功能同时缩小设备的体积。从而更好的适应现有调节阀市场对于调节阀严格的控制精度、系统响应和稳定性的要求。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种复位转角电液执行器及其控制方法、闭环液压回路，以在现有技术基础上提高传动精度比及稳定性，并在具有复位功能同时。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复位转角电液执行器，包括：液压缸，转换器，复位机构，进一步的，所述转换器包括：支架，第一转换件，联轴器，其中所述联轴器上设有销轴，所述第一转换件包括：导轴套及转向件，所述转向件第一位置上设有导轴管，第二位置上设有摆臂，且所述摆臂上设有滑槽，其中所述摆臂之间间隔出第一容纳区，以供所述联轴器置于在所述第一容纳区内，并经所述销轴与所述滑槽配接，以建立传
动，其中所述支架两侧设有传动孔，所述液压缸与复位机构在所述支架两侧连接，所述液压缸的传动端与所述复位机构的联动端经传动孔，进入支架内腔，经所述联轴器形成连接，其中所述支架上还设有导轴孔，所述导轴套两端连接在所述导轴孔口处，而所述导轴套套体至少部分插入所述导轴管内连接，以经所述液压缸传动端移动所述联轴器，第一方面联动所述转向件带动导轴套旋转，第二方面压缩所述复位机构。
8.在可选的实施方式中，所述复位机构包括：套筒，弹簧组，压板拉杆件，其中所述弹簧组及所述压板拉杆件容纳在所述套筒内，其中所述压板拉杆件包括：压板件，活塞杆，所述活塞杆第一端与所述压板件连接，第二端与所述联轴器连接，所述弹簧组套接在所述活塞杆上，并被所述压板件挡住，以使所述弹簧组处于所述套筒及压板件之间被压缩时，形成复位作用力，其中所述弹簧组由碟形弹簧片叠合而成。
9.在可选的实施方式中，所述碟形弹簧片呈对合式叠合，且其h0/t≤3mm，h0'/t'≥1.667mm，d
e
/d
i
≤3.34mm，h0≤6mm，h0'≥5mm，l0≤8mm，d
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≤157mm，d
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≤47mm，其中所述h0/ h0'为碟形弹簧片内径至外径最大/最小垂直高度，所述t/ t'为碟形弹簧片最大/最小厚度，所述d
e
/d
i
为碟形弹簧片外径/内径直径，所述l0为碟形弹簧片总高度。
10.在可选的实施方式中，所述压板件环面上箍有导向环，所述导向环采用低摩擦系数材料制成，所述导向环高于所述压板件以与所述套筒内壁接触。
11.在可选的实施方式中，还包括导轨件，所述导轨件固定在所述支架内腔，置于所述联轴器移动轨迹位处，且与所述液压缸传动端伸/缩轨迹平行，其中所述联轴器上还设有轨道孔，以供与所述导轨件配接。
12.在可选的实施方式中，该复位转角电液执行器，还包括：旋转编码器，其中所述导轴套第一端开口，其套内呈与配接轴适配形状，所述导轴套第二端与所述旋转编码器配接。
13.在可选的实施方式中，所述支架第一及第二位置处设有调节孔，以供调节件插入并延伸至所述支架内腔，位于所述摆臂摆动轨迹位处形成限位。
14.在可选的实施方式中，所述套筒第一端上设有盖帽，所述盖帽上设有气孔，所述气孔与所述套筒内腔连通，其中所述气孔孔径具有预设尺寸，所述预设尺寸包括控制单位时间内排/吸气量，以控制所述压板拉杆件的移动时速。
15.在可选的实施方式中，所述导轴管内壁设有定位槽，所述导轴套套体上设有定位块，当所述导轴套插入所述导轴管内时，所述定位块与所述定位槽配接，所述导轴套套体与所述导轴管上还设有连通的销孔，以供插销件插入固定，同步所述导轴套与导轴管的旋转。
16.为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种闭环液压回路，其中所述回路中的转角电液执行器，采用了上述的复位转角电液执行器制成。
17.为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种复位转角电液执行器控制方法，步骤包括：s1控制液压缸直线缩回预设距离，经联轴器传动转向件摆动对应角度，以带动导轴套同步旋转对应角度；s2经s1步骤联轴器同步传动压板拉杆件在套筒内压缩弹簧组；s3当液压缸失效时，弹簧组释放弹簧力推动压板拉杆件，带动联轴器反向移动，并联动转向件反向摆动对应角度，以带动导轴套同步复位旋转对应角度。
18.通过本发明提供的该复位转角电液执行器及其控制方法、闭环液压回路，该复位转角电液执行器实现了复位功能，同时在可选方式中采用碟形弹簧片替换了传统的螺旋弹簧方案，在保证弹力的同时，进一步缩小了设备体积，同时本案所采用的转换器结构相较现
有技术进一步提高了直线运动转换成角度运动时的传动精度比及稳定性，从而能更好的适应现有调节阀市场对于调节阀严格的控制精度、系统响应和稳定性的要求。
附图说明
19.构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明的复位转角电液执行器的整体结构示意图，其中支架与套筒为透视图状；图2为本发明的复位转角电液执行器的部分结构示意图，其中为展示转换器结构隐藏了支架与部分连接件；图3为本发明的复位转角电液执行器的部分结构装配示意图，其中为展示转换器结构隐藏了支架与部分连接件；图4为本发明的复位转角电液执行器的部分结构剖视图，其中为展示转换器部分结构及复位机构结构，隐藏了转向件、导轴套及部分连接件等；图5为本发明的复位转角电液执行器的中碟形弹簧片的尺寸结构设计示意图；图6为本发明的复位转角电液执行器的弹簧组的弹簧力测试数据示意图。
20.附图标记说明液压缸1，转换器2，复位机构3，导轨件4，第一容纳区20，支架21，第一转换件22，联轴器23，销轴24，导轴套25，转向件26，导轴管27，摆臂28，滑槽29，导轴孔211，调节孔212，调节件213，定位槽271，定位块251，插销件252，碟形弹簧片30，套筒31，弹簧组32，压板拉杆件33，盖帽34，压板件331，活塞杆332，导向环333。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。而术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
26.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“布设”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况，结合现有技术来理解上述术语在本发明中的具体含义。此外在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。且图示中的部件中的一个或多个可以是必须的或非必须的，以及上述图示的各部件之间的相对位置关系可以根据实际需要进行调整。
27.请参阅图1至图6所示，本发明提供的该复位转角电液执行器，包括：液压缸1，转换器2，复位机构3，进一步的，该转换器2包括：支架21，第一转换件22，联轴器23，其中该第一转换件22，联轴器23收纳在该支架21内腔，该联轴器23上设有销轴24及联轴孔，该第一转换件22包括：导轴套25及转向件26，该转向件26第一位置上设有导轴管27，第二位置上设有摆臂28，且该摆臂28上设有滑槽29，其中该摆臂28之间间隔出第一容纳区20，以供该联轴器23置于在该第一容纳区20内，并经该销轴24与该滑槽29配接，以建立联轴器23与该第一转向件26的传动。
28.其中该支架21两侧设有传动孔，该液压缸1与复位机构3在该支架21两侧连接，以供该液压缸1的传动端与该复位机构3的联动端经该传动孔，进入支架21内腔，插入该联轴器23的两侧联轴孔内，形成轴传动连接，其中该支架21上还设有导轴孔211，该导轴套25两端连接在该导轴孔211口处，而该导轴套25套体至少部分插入该导轴管27内连接，其中在优选实施方式下该导轴管27内壁设有定位槽271，该导轴套25套体上设有定位块251，当该导轴套25插入该导轴管27内时，该定位块251与该定位槽271配接，该导轴套25套体与该导轴管27上还设有连通的销孔，以供插销件252插入固定，籍此同步该导轴套25与导轴管27的旋转。
29.此外在其他可选的优化实施方式中，该导轴套25两端还可以设有轴承套，从而通过轴承套在该导轴孔211口处连接，可以减少导轴套25与该导轴孔211的摩擦力，减少磨损提高可靠性。
30.从而通过上述结构的设置，使得该转向件26与该导轴套25，能够形成旋转摆动传动形态，以经该液压缸1传动端移动该联轴器23，第一方面经该联轴器23上的轴销在该摆臂28上的滑槽29内移动，以带动该导轴管27做旋转运动，从而联动该导轴套25进行同步旋转，而该导轴套25其第一端开口，其套内呈与阀门控制杆适配形状，籍此与阀门的控制杆配接，便可将液压缸1的直线运动转换成角度旋转运动，以转动阀门进行调节。相比现有的齿轮齿条控制方式，可以更好的利用液压缸1的伸缩精度，来实现无极调节转向角度，从而相比现有技术极大的提高了阀门调节精度及稳定性。
31.而第二方面，由于上述转换器2所建立的传动结构，使得该液压缸1的传动端在移动该联轴器23的同时，也可进一步压缩该复位机构3。其中需要说明的是，该复位机构3，在
本实施例下，可以采用现有技术的结构，如活塞式结构压缩螺旋弹簧的机构，从而通过推压该复位机构3，来积聚复位弹力，以在该液压缸1失效后推回联轴器23，带动该导轴套25复位旋转，以控制阀门复位。
32.其中在优选实施方式下，为了减少该复位机构3的体积，并保持应有的弹性力，在本实施例下，如图1至图4所示，该复位机构3包括：套筒31，弹簧组32，压板拉杆件33，其中该弹簧组32及该压板拉杆件33容纳在该套筒31内，且该弹簧组32由碟形弹簧片30叠合而成，其中该压板拉杆件33包括：压板件331，活塞杆332，该活塞杆332第一端与该压板件331连接，第二端与该联轴器23连接，而该弹簧组32则套接在该活塞杆332上，并被该压板件331挡住，以使该弹簧组32处于该套筒31及压板件331之间被压缩时，形成复位作用力，值得一提的是该碟形弹簧片30叠合成的弹簧组32相比同体积下的螺旋弹簧所产生的弹力更大，因此在替代传统螺旋弹簧的同时，可以有效减小体积。
33.然而值得一提的是，本实施例下，为了进一步优化该碟形弹簧片30的弹簧组32的叠合结构，以在极限减小弹簧组32体积的条件下，保证其能产生足够控制阀门的复位弹力，其中该碟形弹簧片30优选呈对合式叠合，如图4所示，在本实施例下，示例采用104片，26对对合方式叠合碟形弹簧片30，并且为了实现大扭矩的复位力，如图5
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6所示，发明人还进一步优化了碟形弹簧片30的结构，如设置h0/t≤3mm，h0'/t'≥1.667mm，d
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≤3.34mm，h0≤6mm，h0'≥5mm，l0≤8mm，d
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≤157mm，d
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≤47mm，其中该h0/ h0'为碟形弹簧片30内径至外径最大/最小垂直高度，该t/ t'为碟形弹簧片30最大/最小厚度，该d
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为碟形弹簧片30外径/内径直径，该l0为碟形弹簧片30总高度。由此结构设计下的该碟形弹簧片30，其单片/叠合载荷数据，以及应力性能测试数据如表1所示。
34.表1可见在本实施例设计下的该碟形弹簧片30叠合结构的弹簧组32体积更为紧凑，并且能够在相对较小的变形量下如100
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140mm区间，产生高达15729n至16166n的弹簧力，从而足以满足操控大扭矩阀门复位的要求，籍此更好的适应现有调节阀市场对于调节阀严格的控制精度、系统响应和稳定性的要求。
35.另一方面，为了进一步优化该复位机构3，减少弹簧组32复位时因摩擦力损失的部分弹性力，或降低液压缸1压缩复位机构3时的摩擦力，提高稳定性。在优选实施方式中，该压板件331环面上还可箍有导向环333，且该导向环333优选采用低摩擦系数材料制成，如：四氟乙烯，或铜粉加四氟乙烯材料制成，该导向环333高于该压板件331以与该套筒31内壁接触，从而通过该导向环333减少该压板拉杆件33与该套筒31内壁的摩擦力，籍次达到稳定效果。
36.另一方面，为了进一步优化该转换器2的稳定性，减少传动过程中的结构性震动或偏移，以及稳固该转换器2的传动结构，在优选实施方式中，该复位转角电液执行器中，还包
括导轨件4，该导轨件4固定在该支架21内腔，置于该联轴器23移动轨迹位处，且与该液压缸1传动端伸/缩轨迹平行，其中该联轴器23上还设有轨道孔，以供与该导轨件4配接。从而当该液压缸1推动该联轴器23移动时，可限制其沿着该导轨件4路径移动，从而进一步稳定该第一转换件22的旋转，避免产生结构性震动或偏移，同时由于该转向件26的结构设计，使得该导轨件4能够处于该第一容纳区20位置，避免对该转向件26形成干涉，同时亦可完成自身的导向稳固功能，使得在该紧凑的支架21内腔中，亦能有效利用有限空间，创造出传动结构稳定的，直线运动转换成角度运动的机构，并且当后续需要进行复位时，也能经受该复位机构3的弹性冲击力，确保整体传动机构稳定复位，提高了本品的可靠性。
37.另一方面，为了便于操控适配阀门的开合量，形成控制反馈，在优选实施方式中，该复位转角电液执行器，还包括：旋转编码器（图中未示出），其中该导轴套25第一端开口，其套内呈与配接轴适配形状，该导轴套25第二端与该旋转编码器配接，从而当该导轴套25旋转时，该旋转编码器便会获取该导轴套25的旋转角度，从而形成控制反馈，便于后续操控该液压缸1的伸/缩，籍此精确化操控适配阀门的开合量。
38.另一方面，为了实现对该复位转角电液执行器的最大旋转角度及最小复位角度进行控制，以提高设置自由度，本实施例下，该支架21第一及第二位置处还设有调节孔212，以供调节件213插入并延伸至该支架21内腔，位于该摆臂28摆动轨迹位处形成限位。其中本实施例中该调节件213为螺栓，从而拧入该支架21内腔后，可延伸至该转向件26的摆臂28活动路径上，从而限制该摆臂28正/反转向的角度，实现设置自由度的提高。
39.另一方面，为了控制该压板拉杆件33的移动时速，即控制复位时弹簧组32的复位时速，减少瞬时弹性力爆发对于整体传动机构的破坏性影响，在优选实施方式中，该套筒31第一端上设有盖帽34，该盖帽34上设有气孔，该气孔与该套筒31内腔连通，其中该气孔孔径具有预设尺寸，该预设尺寸包括控制单位时间内排/吸气量，而该压板拉杆与该套筒31呈活塞状态，因此在形成活塞移动状态下，势必需要吸入或/排出定量气体，从而通过设置该盖帽34上的不同孔径尺寸，可以有效控制该压板拉杆件33的移动时速，从而减缓弹簧组32的弹性力爆发。此外该盖帽34可以呈与该套筒31一体化形态，也可以成可拆卸连接形态如螺纹连接，从而便于通过更换不同盖帽34来调节弹簧组32的复位时速，以适应不同阀门复位控制的需求。
40.为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种闭环液压回路，其中该回路中的转角电液执行器，采用了上述的复位转角电液执行器制成。
41.根据本发明的另一方面，还提供了一种复位转角电液执行器控制方法，步骤包括：s1控制液压缸1直线缩回预设距离，经联轴器23传动转向件26摆动对应角度，以带动导轴套25同步旋转对应角度；s2经s1步骤联轴器23同步传动压板拉杆件33在套筒31内压缩弹簧组32；s3当液压缸1失效时，弹簧组32释放弹簧力推动压板拉杆件33，带动联轴器23反向移动，并联动转向件26反向摆动对应角度，以带动导轴套25同步复位旋转对应角度。
42.综上所述，通过本发明提供的该复位转角电液执行器及其控制方法、闭环液压回路，该复位转角电液执行器实现了复位功能，同时采用碟形弹簧片30替换了传统的螺旋弹簧方案，在保证弹力的同时，进一步缩小了设备体积，同时本案所采用的转换器2结构相较现有技术进一步提高了直线运动转换成角度运动时的传动精度比及稳定性，并且能够消除
超调震荡现象，从而能更好的适应现有调节阀市场对于调节阀严格的控制精度、系统响应和稳定性的要求。
43.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为该的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
44.本领域技术人员可以理解，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
45.此外实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请各个实施例该方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read
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only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
46.此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。