PTC展会有感

最近举办了PTC展会,这也是三年疫情后举办的第一届展会,盛况空前。很多企业三年磨一剑,推出了许多新产品,让人眼前一亮。本人比较关注伺服阀、比例阀领域,主要目光集中在这一块,今天主要谈一下这方面的所见所闻。
展会上除了传统军工研究所推出的传统伺服阀外,还雨后春笋般冒出了几家做“旋转伺服阀”的新锐。下面谈谈自己的感受,一孔之见,抛砖引玉(由于没见过实物,所有分析和推测都来自于样本)。
目前主流伺服阀的驱动方式为喷嘴挡板、射流管以及线性力马达。这些阀芯都是线性运动。真正意义上的旋转伺服阀,市面上只有EMG一家:一个大的电机带动“分油盘”旋转,进行油路切换;四个对称的弹簧进行调零、流量增益控制以及实现断电安全保护位。EMG介绍具体可参考公众号文章“EMG旋转伺服阀”。

这次PTC展会推出的旋转伺服阀,主要是仿Domin的。下面就来谈谈对Domin阀的看法。

以下为Domin阀的一种结构形式:

PTC展会有感

阀芯为3D打印?和电机轴成90°,电机轴直接插在阀芯延长杆的圆孔中。
从结构示意图看出,阀芯为直线运动,那么,电机的旋转运动如何能转换为阀芯的直线运动?
下面,我们先来回顾一下机械原理的基础知识。根据机械原理可知,旋转运动要变为直线运动,一般有以下几种方式:蜗杆涡轮、齿轮齿条、滚珠丝杆、四连杆结构(曲轴)以及凸轮机构。

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                                           曲柄连杆

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                                           齿轮齿条

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                                                凸轮

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                                             滚珠丝杆

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                                       蜗杆涡轮

以下为Domin阀的阀芯结构:

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再结合前面的剖面示意图,推测阀芯的直线运动应为凸轮机构。电机轴和阀芯延长杆圆孔间隙配合?电机轴设计成偏心(或凸轮)机构,旋转时驱动阀芯轴线运动。从阀芯左侧可以看出,左侧应该设计有弹簧,此弹簧应该有两个作用:一是调零;二是将阀芯压在电机轴上,否则电机轴与阀芯圆孔有间隙,运动就会有非线性。
此处有疑问:
1 凸轮或者偏心机构驱动时,接近或者离开阀芯轴线时,必然会有径向分力,长时间阀芯阀套是否会有磨损?不知寿命如何。
2 电机轴和阀芯延长杆小孔,长时间硬接触后磨损怎么办?如果有间隙,就会导致阀芯非线性运动。左侧弹簧可以补偿这个间隙,但是会导致阀芯零偏。
以下为Domin阀的另一种结构:

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剖面示意图:

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从示意图可看出,这是一款真正意义上的转阀,电机带动阀芯旋转运动。不知这种遮盖如何保证零开口?(传统伺服阀都是通过轴向配磨实现零遮盖,这种油口径向分布,无法配磨,不知如何实现?目前没有相关文献介绍。)
此处有疑问:
1 电机轴和阀芯如何保证同轴?
2 电机轴(阀芯)如何和阀套保持同轴?
1条相对容易实现,第2条较难。不仅有加工、装配误差,电机里面也有轴承。有关资料介绍,滚动轴承的间隙范围为1-50um。如果轴承间隙较大,则很难保证电机轴(阀芯)和阀套的同轴度。旋转时必然造成径向力。影响使用寿命。
除此之外,伺服阀要想大规模应用于工业领域,以下三个方面需要考虑:
1 如何实现断电安全保护位置?
断电状态,PAPB或者停留在零位,传统伺服阀非常容易实现,且便于调整。但是电机很难停留在某个固定位置,而且调整非常困难。比如一个断电PA的阀,想调整为断电PB,则不易实现。
2 如何实现高压、大流量以及高动态?
目前展出的阀,优点是体积小,动态高。如果要实现,高压、大流量,则必然加大电机,此时动态就会下降。或者设计成多级阀结构,此时体积增大,动态也会随之降低。优势还剩多少?
3 如何方便实现数字化控制?
随着技术的发展,数字化控制,集成轴控技术是大势所趋。目前Domin阀的电路板是集成在阀体内部。如果把控制器功能集成在阀电路板上,增加Canopneprofibus 或者Ethercat功能,则需要Arm,DSP和FPGA,此时控制板就会比较大,只能装在阀外部,此时体积小的优势还有多少?而且电机的控制难度,远远大于双喷嘴挡板力矩马达和射流管马达的控制难度。
再次声明:由于没见过实物,所有分析和推测都来自于样本。以上分析为一孔之见,抛砖引玉。希望国内产品越做越好。



原文始发于微信公众号(伺服阀及电液伺服系统):PTC展会有感

原创文章,作者:iHydrostatics静液压,如若转载,请注明出处:https://www.ihydrostatics.com

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