一种伺服阀电磁零位自动精准量化调控装置及方法与流程

本发明涉及一种伺服阀电磁零位调控技术，具体说涉及一种适应于多规格伺服阀电磁零位自动精准量化调控装置及方法。

背景技术：

电液伺服系统在航空、航天、舰船、冶金、化工等领域中有着极为广泛的应用，而电液伺服阀作为电液伺服系统中的核心元件，可进行快速的流量调节，在系统中起到了至关重要的作用。目前，在电液伺服阀性能调试过程中对于力矩马达电磁零位的调节，无任何辅助性装置可用，主要依靠人工判断、试错和调节，操作者的工作具有较大的重复性，从而制约着伺服阀的调试效率。

当伺服阀力矩马达处于电磁零位时，其上下气隙大小一致，因此，要对电磁零位进行调控，气隙的准确测量是其关键步骤。目前，对于气隙测试主要分为光学测量和电容电感探片式测量，由于力矩马达衔铁与导磁体会产生相对运动，因此对于力矩马达气隙的测量只可采用光学测试的方式。s.lebeda和h.lippunor所著《电机气隙的非接触测量和监视》(电机与控制应用第62页)一文中，提到一种电机光学测试结构，但该结构中激光器安装在固定于机座上的托架上，需要将被测对象单独放置于该装置中，只能达到被动式测量，而在调控伺服阀电磁零位时，伺服阀需安装于调试试验台且处于通油状态，那么上述结构是无法实现伺服阀电磁零位精准调控。此外，力矩马达气隙精确测试(工作气隙仅有0.03mm)对于伺服阀电磁零位的精准量化调控起着至关重要的作用，而要实现力矩马达的精确测试，关键所在即须保证测量光束与被试力矩马达的位置为相对水平状态，在进行伺服阀电磁零位调试时，由于无法保证试验台恰为水平位置，那么被试产品的水平位置也就无法控制，存在倾斜的可能性，因此，如何保证测量光束与被试力矩马达的位置为相对水平状态是一个较难解决且必须解决的问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：改变伺服阀性能调试过程中力矩马达电磁零位主要依靠人工判断、试错和调节的现状，降低操作者工作的重复性，提高调试效率的问题，提供一种适应于多规格伺服阀电磁零位自动精准量化调控装置及方法。

本发明进一步解决的技术问题是：为提高电磁零位调控的精度，如何保证测量光束与被试力矩马达的位置为相对水平状态。

本发明要解决的又一个技术问题是如何在伺服阀安装于调试试验台且处于通油状态时实现电磁零位的精准调控。

本发明解决技术的方案是：一种伺服阀电磁零位自动精准量化调控装置，包括光束传感器、支架、控制驱动器、升降控制电机、升降调节机构、倾角调节机构；

所述支架为四支腿结构，四个倾角调节机构分别安装在支架的四个支腿下方；控制驱动器、升降控制电机、升降调节机构安装在所述的支架上，光束传感器安装在所述升降调节机构上，相邻两个支腿的连线与光束传感器的光束方向平行或垂直；所述升降控制电机用于在控制驱动器的控制下驱动升降调节机构带动光束传感器到达预设的纵向位置，所述的四个倾角调节机构在控制驱动器的控制下通过调节四个支腿的高度进而调整所述光束传感器的水平位置，使光束传感器的光束与被试伺服阀中的力矩马达工作气隙为相对水平状态。

进一步的，所述的四个倾角调节机构通过下述方式调整光束传感器的水平位置：

将垂直光束传感器光束的相邻两个支腿上的两个倾角调节机构分成一组，共得到两组倾角调节机构；

两组倾角调节机构同时且逆向工作一个周期，工作过程中通过光束传感器测量力矩马达的工作气隙，并发送至控制驱动器；所述的逆向工作为改变支腿的高度一组为增高，一组为降低；

控制驱动器根据接收到的工作气隙确定一个周期内工作气隙的最大值；

两组倾角调节机构继续逆向工作，当控制驱动器判断接收到的工作气隙达到最大值时，发送指令控制两组倾角调节机构停止工作。

进一步的，在调整光束传感器的水平位置之后，通过光束传感器两通道同步测试，对力矩马达的上下工作气隙进行同步测试，由控制驱动器根据测量的上下工作气隙确定气隙调控值，进而选取对应的气隙调整垫片实现对电磁零位的量化调控。

进一步的，气隙调整垫片安装于力矩马达的下导磁体及伺服阀底座之间，磁钢安装于上下导磁体之间，衔铁固定于伺服阀底座之上，按照下气隙值与上气隙值之差的一半作为气隙调整值选择气隙调整垫片。

进一步的，所述的倾角调节机构包括倾角调节电机、凸轮、反馈弹簧、顶杆、顶杆定位控制座；

所述凸轮安装在支架支腿底部空腔内并与倾角调节电机的输出轴连接，并在倾角调节电机的带动下旋转；所述凸轮下方放置顶杆，支腿底部安装顶杆定位控制座，所述的顶杆穿过所述顶杆定位控制座且二者之间放置反馈弹簧，所述反馈弹簧用于提供顶杆向上的推力。

进一步的，还包括触控操作面板，光束传感器测得的力矩马达工作气隙在触控操作面板进行实时曲线显示，从而对工作状态下的力矩马达进行动态测试。

进一步的，在控制驱动器内设置多种规格力矩马达的结构尺寸，在触控操作面板上设计对应规格的控制按钮，控制驱动器通过接收触控操作面板上对应控制按钮的指令信号，完成对应规格力矩马达电磁零位的调控。

进一步的，所述触控操作面板上设置微调按钮，并提供微调步长的输入功能，将微调指令通过微调按钮连通微调步长发送至控制驱动器，由控制驱动器根据指令控制升降控制电机，进而驱动升降调节机构实现光束传感器纵向位置的微调。

进一步的，所述的升降调节机构包括激光位置传感器、升降板、纵向调节滑轮、升降螺杆、横向调节滑轨；

升降控制电机在控制驱动器的控制下驱动升降螺杆的旋转，所述升降螺杆与升降板固连，进而改变升降板的纵向位置，激光位移传感器敏感升降板的位置变化产生反馈信号至控制驱动器，由控制驱动器使升降调节形成位置闭环控制；所述的升降板上安装横向调节滑轨，横向调节滑轨上安装光束传感器。

进一步的，所述的升降螺杆端部设有定向轴承，通过轴承座实现与支架之间的连接。

进一步的，整个装置安装在调试试验台的伺服阀的上方。

一种伺服阀电磁零位自动精准量化调控方法，包括如下步骤：

s1、根据力矩马达的结构尺寸，控制驱动器发送指令控制升降控制电机将光束传感器调节到对应的纵向位置；

s2、控制驱动器发送指令控制倾角调节机构，调节光束传感器的水平位置，使得光束传感器光束与被试力矩马达工作气隙为相对水平状态；

s3、控制驱动器判断当前光束传感器的纵向位置是否满足要求，若满足，则执行s4，否则，设置微调方向和微调步长至控制驱动器，由控制驱动器控制升降控制电机对光束传感器的纵向位置进行微调，直至光束传感器的纵向位置满足要求后转s4；

s4、进行光束传感器两通道同步测试，对力矩马达的上下工作气隙进行同步测试，由控制驱动器根据测量的上下工作气隙确定气隙调控值；

s5、根据气隙调控值选取对应的气隙调整垫片，并安装在力矩马达的下导磁体与伺服阀底座之间，进而实现对电磁零位的量化调控。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明设计了一种适用于多规格伺服阀电磁零位自动精准量化调控装置，该装置通过对光束传感器纵向及水平位置的自动调节，以数据处理方法，保证光束传感器的光束与被试力矩马达工作气隙为相对水平状态，从而可实现对多种规格力矩马达气隙的精准测试，然后系统自动计算气隙调整垫片厚度的调控值，进而能够快速实现对伺服阀力矩马达电磁零位的精准量化调节。

本发明可保证测量光束与被试力矩马达的位置为相对水平状态。通过系统内部对气隙大小的自动识别与判断，当气隙为最大值时，即为相对水平状态，从而消除测量的外在影响，保证测试结果的准确性，实现对电磁零位的精准调控。

本发明可实现安装于调试试验台且处于通油状态时的伺服阀电磁零位调控。该装置属于独立的整体，可放置在安装于调试试验台的伺服阀上方，因此不会对伺服阀调试过程产生任何影响。

本发明可实现电磁零位调控值的识别量化。根据测得的上下气隙值，经过系统内部自动计算，可便捷的获得需要的调控值。

本发明适应于多种规格的伺服阀电磁零位调节。通过在系统内预先设定多种规格力矩马达的参数，可实现对多种规格电磁零位适应性调控。

本发明实现电磁零位一键式自动调控设计。将该装置置于被试产品上方后，在操作面板选择相应的产品按钮，自动调整光束传感器的纵向位置及相对水平位置，然后系统自动计算出气隙调控值，从而操作者可直接选择相应尺寸的气隙调整垫片，进而便捷的实现对伺服阀电磁零位的精准量化调控，大幅提升了调试效率。

本发明对气隙动态测试数据曲线显示。光束传感器测得的力矩马达气隙可在触控操作面板进行实时曲线显示，从而可对工作状态下的力矩马达进行动态测试。

附图说明

图1-图3为本发明伺服阀电磁零位自动调控装置总体布局图，其中图2为图1a处放大图，图3为光束传感器工作结构图；

图4气隙调整垫片调节电磁零位结构原理图；

图5触控操作面板功能界面图；

图6电磁零位一键式自动调控工作流程框图；

其中，1-升降控制电机；2-激光位移传感器；3,11-横向调节滑轨；4-升降板；5-纵向调节滑轨；6-升降螺杆；7-轴承座；8-定向轴承；9-光束传感器；10-光束传感器安装板；12-支架；13-控制驱动器；14-触控操作面板；15-倾角调节电机；16-平键；17-凸轮；18-反馈弹簧；19-顶杆定位控制座；20-顶杆；21-光束传感器光束输出端；22-光束传感器光束接收端；23-力矩马达；24-下工作气隙；25-上工作气隙；26-气隙调整垫片；27-上导磁体；28-下导磁体；29-磁钢；30-衔铁；31-伺服阀底座。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1-3所示，纵向位置调节过程：由上位机发出指令信号，升降控制电机1驱动升降螺杆6的旋转，可驱动升降板4的纵向位置，激光位移传感器2产生反馈信号，使升降调节形成位置闭环控制，从而自动、快速而准确地跟踪光束传感器9的纵向位置。为保证螺杆旋转的稳定性，在其端部设有定向轴承8；四条纵向调节滑轨5降低了升降卡滞发生的可能，保证运动的灵活性。

如图1-3所示，水平位置调节过程：由上位机发出指令信号，倾角调节电机15带动凸轮17旋转，驱动顶杆20输出位移，控制支架12倾角变化，达到调整光束传感器9水平位置的目的。

如图1-3所示，实现电磁零位的精准调控：经过对光束传感器9工作原理以及力矩马达23结构进行分析，光束是由光束传感器9光束输出端射向光束传感器9光束接收端，因此当被试力矩马达23在安装后发生绕y轴和z轴的倾斜状态时，对于力矩马达23气隙的精准测试不会产生影响，仅在出现绕x轴倾斜的情况时，光束传感器9的光束无法平行于力矩马达23的气隙，也就导致光束不能完全通过气隙，才会影响测试的精准性，所以将本装置的关键点定位于对绕x轴方向的精准控制。在对光束传感器9绕x轴水平位置调节时，ⅰ与ⅱ倾角调节电机15为一组、ⅲ与ⅳ倾角调节电机15为一组，两组电机同时并逆向工作，此时光束传感器9测得的工作气隙也随之改变，系统内部自动识别与判断，当气隙为最大值时，光束传感器9的光束与被试力矩马达23工作气隙即为相对水平状态，从而达到自动、快速而准确地调整光束传感器9水平位置的作用，最终可实现对电磁零位的精准调控。

如图1-3，实现电磁零位量化调控：通过光束传感器9两通道同步测试，可对力矩马达23的上下工作气隙24进行同步测试，经过系统内部自动计算，可便捷的获得气隙调整垫片26厚度需要的调控值，进而可对电磁零位进行量化调控。

如图1-3，将升降控制电机1、激光位移传感器2、光束传感器9及倾角调节电机15等元器件均放于支架上12，因此装置属于一个独立的整体，具有便携式的优点，可放置在安装于调试试验台的伺服阀上方，能够实现通油状态时的伺服阀电磁零位调控，不会对伺服阀调试过程产生任何影响。

如图4，气隙调整垫片26安装于下导磁体28及伺服阀底座31之间，磁钢29安装于上导磁体27和下导磁体28之间，衔铁30固定于伺服阀底座31之上，因此上工作气隙25和下工作气隙24的大小主要由上下导磁体和衔铁30的相对位置决定。当改变气隙调整垫片26的厚度时，上导磁体27、磁钢29及下导磁体28可看作为一整体，相对于伺服阀底座31产生一定位移，但衔铁30相对于伺服阀底座31的位置是固定不变的，因而上导磁体27、磁钢29及下导磁体28会相对于衔铁30产生一定位移，从而可改变上下工作气隙的大小。根据工作气隙调整的原理，当按照下工作气隙值与上工作气隙值之差的一半作为气隙调整值选择气隙调整垫片26时，便可达到将上下工作气隙调整为一致的目的。

如图5，适应于多种规格的伺服阀电磁零位调节：通过在系统内预先设定多种规格力矩马达23的结构尺寸，并在触控操作面板14设计有多个产品控制功能，测试时根据所调产品的不同选择相应的产品按钮，可实现对多规格力矩马达23电磁零位适应性调控。

如图5，实现气隙动态测试数据曲线显示：光束传感器9测得的力矩马达气隙可在触控操作面板14进行实时曲线显示，从而可对工作状态下的力矩马达23进行动态测试。

如图5，该装置的触控操作面板14上设计有产品按钮，并显示上下气隙及调控值，具有一键式自动调控的功能，工作流程如图6。当进行测试时可根据所调产品的不同选择相应的产品按钮，升降控制电机1自动将光束传感器9调节到相应的纵向位置，并且在倾角调节电机15的作用下，自动调节光束传感器9的水平位置，保证光束传感器9光束与被试力矩马达23工作气隙为相对水平状态。然后，根据光束传感器9测得的上下气隙值，系统自动计算出气隙调控值，从而操作者可直接选择相应尺寸的气隙调整垫片26，进而便捷的实现对伺服阀电磁零位的精准量化调控，大幅提升了调试效率。此外，操控面板设计有微调按钮，通过设置微调步长，具有对光束传感器9纵向位置进行微调的作用，进一步提高了装置的可操作性。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。