一种常闭式主动控制锥面节流器

本发明涉及静压，特别是一种常闭式主动控制锥面节流器。

背景技术：

1、静压技术在精密机械中具有广泛的应用，静压导轨、静压轴承、静压丝杠是典型应用实例。节流器是静压轴承或混合轴承系统中不可或缺的重要部件，节流器利用液阻形成压力差，控制或调节各油腔的压力和流量，其节流性能对静压设备的承载能力、静/动刚度和精度等具有显著影响。

2、常见的节流器可以分为固定式节流器、可变式节流器和主动控制节流器三种。固定式节流器主要有毛细管式节流器、小孔式节流器、缝隙式节流器等，固定式节流器工作时，节流液阻保持不变，承载能力和刚度往往小于可变式节流器。固定节流器节流方式简单，但必须在主轴发生偏移时才能够发挥作用，因此采用该类型节流器存在油膜刚度低、稳定性差、回转精度低等问题。可变式节流器主要有薄膜反馈式节流器和滑阀反馈式节流器等，可变式节流器的液阻可根据静压设备的载荷变化自动反馈调节，保证静压主轴平稳运转。但是，薄膜节流器的薄膜太薄时容易发生翘曲变形，薄膜太厚时节流器的动态响应时间长，抗干扰能力较弱。滑阀反馈节流器的滑阀惯性较大，在调节过程中存在超调问题，稳定性较差。这些问题从很大程度上限制了静压设备在高速、高精度、重载领域的应用。主动控制节流器是在可变节流器上加控制系统，通过改变主动控制节流器的参数来调节静压设备的动力参数(如刚度、阻尼等)，能够有效地抑制振动和改善系统的稳定性，并输出位置的变化信息，实现静压设备的运行状态检测，获得更高的支承精度和刚度。

3、在发明专利cn105370958b——《一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀》中，通过压电陶瓷精确控制节流间隙，实现压力和流量的精确主动控制。但是，节流器为常开式结构，在压电陶瓷不工作时，节流缝隙最大，流量最大，导致能量的过渡浪费。如果想长时间减小流量，压电陶瓷必须在工作状态，提供输出推力，保证薄膜变形，减小节流缝隙，这导致压电陶瓷长时间工作，影响其使用寿命。

4、因此，改进节流器的结构，消除不稳定性，改善节流性能，延长使用寿命，减少能量的浪费，对于静压设备的推广应用及高速化、高精密化发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种常闭式主动控制锥面节流器，其采用常闭式设计，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙为0，流量为0，减少能量的浪费，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了使用寿命。

2、实现上述目的本发明的技术方案为，一种常闭式主动控制锥面节流器，主要包括阀体、滑动锥、弹性件、上壳体、压电陶瓷和端盖；其中，阀体为中空式结构，其内设置有工作腔，工作腔呈圆柱状，工作腔下部设置有锥形孔；滑动锥上端部设置有挡环，下端部设置有锥形凸台，且锥形凸台与锥形孔的锥角相等，在锥形凸台与锥形孔相配合后，锥形凸台与锥形孔之间形成锥面节流；滑动锥沿自身轴线方向可双向移动，滑动锥在工作腔内设置有导向凸台，起到导向作用，保证滑动锥的稳定性；导向凸台上进一步设置有多个沿圆周方向均布的通孔，在导向凸台下端，滑动锥与工作腔之间形成环形油腔，在导向凸台上端，滑动锥与工作腔之间形成环形预压油腔，环形油腔与环形预压油腔通过通孔相连通。

3、所述弹性件设置在环形预压油腔内，其一端与滑动锥相连，另一端与上壳体相连，该弹性件可以选用弹簧，也可以选用其它的弹性材料。

4、所述阀体上部设置有多个沿圆周方向均布的第一螺纹安装孔，实现阀体和上壳体的紧密连接、无缝隙，端盖上部设置有多个沿圆周方向均布的第二螺纹安装孔，实现端盖和上壳体的紧密连接，减小零件的振动和磨损，从而延长节流器的使用寿命。

5、所述上壳体内部设置有压电陶瓷，压电陶瓷呈中空式柱状结构，滑动锥从压电陶瓷的中空腔穿过；压电陶瓷的一端连接滑动锥的挡环，另一端连接上壳体，上壳体和压电陶瓷采用间隙配合，滑动锥和压电陶瓷采用间隙配合。

6、所述阀体的底部设置有进油孔和出油孔，进油孔通过第一通道与工作腔连通，出油孔与锥形孔的底部相连接，出油孔连接到静压轴承、静压导轨、静压转台、静压丝杠等静压设备的静压腔。

7、所述环形油腔与第一通道相连通，使得从进油孔进入的润滑油能够迅速分散到滑动锥的周向，提高润滑油在阀体中工作腔的流动性。

8、在所述滑动锥与上壳体之间设置有密封圈，从而阻止润滑油从环形预压油腔流通到压电陶瓷。

9、所述常闭式主动控制锥面节流器的工作原理是：通过主动控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩短。当压电陶瓷为工作状态时，增加驱动电压，压电陶瓷伸长，导向凸台引导滑动锥克服弹簧力向上平稳移动，使得锥面节流打开，润滑油一部分通过通孔流通到环形预压油腔，另一部分通过锥面节流流到出油孔；通过控制压电陶瓷的伸长量，来调节锥面节流的节流缝隙大小，当节流缝隙增大时，出油孔的输出流量增大，当节流缝隙减小时，出油孔的输出流量减小，达到主动调节本发明的常闭式主动控制锥面节流器输出流量的作用。当压电陶瓷为非工作状态时，减小驱动电压，压电陶瓷缩短，导向凸台引导滑动锥向下平稳移动，使得锥形凸台与锥形孔紧密接触，锥面节流闭合，润滑油不能流通到出油孔。

10、利用本发明的技术方案制作的一种常闭式主动控制锥面节流器，其有益效果是：(1)采用常闭式结构，避免了发明专利cn105370958b《一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀》中，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙最大，流量最大，导致的能量过渡浪费；(2)采用常闭式设计，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙为0，流量为0，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了其使用寿命；(3)通过环形预压腔中的压力油对滑动锥进行预压，可以抑制工作时滑动锥的振动，使滑动锥移动平稳，改善滑动锥节流稳定性，提高了在高速工况或高频振动扰动下，液压静压支撑部件对高频振动扰动、高频压力波动、薄膜振动的阻尼抑制作用；(4)将润滑油引入弹簧部分，对弹簧运动部分进行润滑，进一步提高了滑动锥运动的平稳性。

技术特征：

1.一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，包括：阀体(1)、滑动锥(2)、弹性件(3)、上壳体(4)、压电陶瓷(5)和端盖(6)；其中，阀体(1)为中空式结构，其内设置有工作腔(11)，工作腔(11)呈圆柱状，工作腔(11)下部设置有锥形孔(15)；滑动锥(2)上端部设置有挡环(24)，下端部设置有锥形凸台(21)，且锥形凸台(21)与锥形孔(15)的锥角相等，在锥形凸台(21)与锥形孔(15)相配合后，锥形凸台(21)与锥形孔(15)之间形成锥面节流(17)；滑动锥(2)沿自身轴线方向可双向移动，滑动锥(2)在工作腔(11)内设置有导向凸台(11)，起到导向作用，保证滑动锥(2)的稳定性；导向凸台(22)上进一步设置有多个沿圆周方向均布的通孔(23)，在导向凸台(22)下端，滑动锥(2)与工作腔(11)之间形成环形油腔(18)，在导向凸台(22)上端，滑动锥(2)与工作腔(11)之间形成环形预压油腔(19)，环形油腔(18)与环形预压油腔(19)通过通孔(23)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述弹性件(3)设置在环形预压油腔(19)内，其一端与滑动锥(2)相连，另一端与上壳体(4)相连，该弹性件(3)可以选用弹簧，也可以选用其它的弹性材料。

3.根据权利要求1所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述阀体(1)上部设置有多个沿圆周方向均布的第一螺纹安装孔(16)，实现阀体(1)和上壳体(4)的紧密连接、无缝隙，端盖(6)上部设置有多个沿圆周方向均布的第二螺纹安装孔(61)，实现端盖(6)和上壳体(4)的紧密连接，减小零件的振动和磨损，从而延长节流器的使用寿命。

4.根据权利要求1所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述上壳体(4)内部设置有压电陶瓷(5)，压电陶瓷(5)呈中空式柱状结构，滑动锥(2)从压电陶瓷(5)的中空腔穿过；压电陶瓷(5)的一端连接滑动锥(2)的挡环(24)，另一端连接上壳体(4)，上壳体(4)和压电陶瓷(5)采用间隙配合，滑动锥(2)和压电陶瓷(5)采用间隙配合。

5.根据权利要求1所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述阀体(1)的底部设置有进油孔(12)和出油孔(13)，进油孔(12)通过第一通道(14)与工作腔(11)连通，出油孔(13)与锥形孔(15)的底部相连接，出油孔(13)连接到静压轴承、静压导轨、静压转台、静压丝杠等静压设备的静压腔。

6.根据权利要求5所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述环形油腔(18)与第一通道(14)相连通，使得从进油孔(12)进入的润滑油能够迅速分散到滑动锥(2)的周向，提高润滑油在阀体(1)中工作腔(11)的流动性。

7.根据权利要求1所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，所述滑动锥(2)与上壳体(4)之间设置有密封圈(41)，从而阻止润滑油从环形预压油腔(19)流通到压电陶瓷(5)。

8.根据权利要求1-7任意所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，通过主动控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩短；当压电陶瓷(5)为工作状态时，增加驱动电压，压电陶瓷(5)伸长，导向凸台(22)引导滑动锥(2)克服弹簧力向上平稳移动，使得锥面节流(17)打开，润滑油一部分通过通孔(23)流通到环形预压油腔(19)，另一部分通过锥面节流(17)流到出油孔(13)；通过控制压电陶瓷(5)的伸长量，来调节锥面节流(17)的节流缝隙大小，当节流缝隙增大时，出油孔(13)的输出流量增大，当节流缝隙减小时，出油孔(13)的输出流量减小，达到主动调节本发明的常闭式主动控制锥面节流器输出流量的作用。

9.根据权利要求1-7任意所述的一种常闭式主动控制锥面节流器，其特征在于，当压电陶瓷(5)为非工作状态时，减小驱动电压，压电陶瓷(5)缩短，导向凸台(22)引导滑动锥(2)向下平稳移动，使得锥形凸台(21)与锥形孔(15)紧密接触，锥面节流(17)闭合，润滑油不能流通到出油孔(13)。

技术总结
本发明公开了一种常闭式主动控制锥面节流器，涉及静压技术领域，主要包括阀体、滑动锥、弹性件、上壳体、压电陶瓷和端盖；阀体为中空式结构，其内设有工作腔，工作腔下部设置有锥形孔；滑动锥上端部设置有挡环，下端部设置有锥形凸台；滑动锥在工作腔内设置有导向凸台，在导向凸台下端，滑动锥与工作腔之间形成环形油腔，在导向凸台上端，滑动锥与工作腔之间形成环形预压油腔，环形油腔与环形预压油腔通过通孔相连通；本发明的常闭式主动控制锥面节流器采用常闭式设计，在压电陶瓷为非工作状态时，节流缝隙为0，流量为0，减小了压电陶瓷的工作时长，提高了其使用寿命。

技术研发人员：刘代明,张永涛,王伟邵奇,赵孟泽,张鹤继,卢德钊
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16