CN101696709B

CN101696709B - 高速开关式多功能伺服阀

Info

Publication number: CN101696709B
Application number: CN2009103082638A
Authority: CN
Inventors: 黄刘琦; 王春杰; 杨桂康
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: CN101696709A

Abstract

高速开关式多功能伺服阀属于液压及自动控制技术领域。包括控制器、四个高速开关阀、四个可调节阀、手动控制盘、油池、油缸、油泵。它充分利用了两位两通高速开关阀组合响应快、寿命长的优点和单片机可灵活编程的功能对伺服油缸实施智能化控制，对不同的控制能对象达到最佳控制效果，并结合手动控制盘的切换功能，能实现手动、自动两种控制方式，保证了生产的连续性，提高了生产效率。在自动控制状态，调节两位两通高速开关阀开启的时间能改变可调节阀中液压控制端的充液量，改变阀芯与阀座之间的开度位置，从而对进出伺服油缸的工作油流量进行调节，实现对油缸的变速控制。本发明可应用于所有的电液伺服系统，具有很大的实用性和经济性。

Description

高速开关式多功能伺服阀

技术领域

本发明涉及一种伺服阀，特别是一种利用单片机作为控制器；用两位两通高速开关阀作为先导阀去控制可调节阀；用手动控制盘实现手动与自动控制的高速开关式多功能伺服阀，属于液压及自动控制技术领域。

背景技术

目前，伺服油缸都是由常规电子线路连接的各种伺服阀来控制的，结构复杂，价格昂贵，不利于推广，而且国产的伺服阀可靠性不高，因而国内没有可靠的伺服阀来对伺服油缸产品进行自动化控制。

已有技术中，申请号为200720067300.7，名称为智能化开关式球阀伺服油缸的实用新型专利是由两个两位三通高速开关阀和四个液控开关式球阀组成，和单片机组合对伺服油缸实施智能化的控制；并通过四位六通切换阀实现手动与自动控制之间的切换。然而，在该专利中，两位三通高速开关阀一般从国外进口，价格贵；四位六通切换阀结构复杂、体积大；而且开关式球阀只有开和关两种位置，不能对通过阀的流量进行调节，大大限制了对油缸的控制效果

发明内容

为了克服已有技术的不足和缺陷并充分利用现有技术，本发明提供了一种利用单片机作为控制器；用两位两通高速开关阀作为先导阀去控制可调节阀；用手动控制盘实现手动与自动控制的高速开关式多功能伺服阀，该装置可靠性高、响应快、寿命长，有手动和自动两种控制方式，还能对伺服油缸进行变速控制，从而达到最佳控制效果。

本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括控制器、第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀、第一可调节阀、第二可调节阀、第三可调节阀、第四可调节阀、手动控制盘、油池、伺服油缸、油泵。其中第一高速开关阀、第三高速开关阀与第二可调节阀、第四可调节阀组成第一电液控制可调节阀组，第二可调节阀为进油阀，第四可调节阀为排油阀；第二高速开关阀、第四高速开关阀与第一可调节阀、第三可调节阀组成第二电液控制可调节阀组，第三可调节阀为进油阀，第一可调节阀为排油阀。可调节阀为机械和液压双作用调节的两位两通可调节阀，有机械控制端和液压控制端两个控制端口，机械和液压分别可控制阀的开和关，液压还可控制阀口开度的大小，起到调节阀的作用，为了使阀开度与流量成线性关系，阀头形状为抛物线形。手动控制盘为一机械控制装置，共有四个位置，当开关打到不同的位置时，就能控制伺服油缸活塞的右移、静止、左移和自动控制。

控制器的输出端分别与第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀、第四高速开关阀的控制端电连接，手动控制盘的输出端分别与第一可调节阀、第二可调节阀、第三可调节阀、第四可调节阀的机械控制端连接；第一高速开关阀、第四高速开关阀的排油口均与油池相通，第二高速开关阀、第三高速开关阀的进油口均与油泵相通；第二高速开关阀的排油口、第一高速开关阀的进油口分别与第一可调节阀、第三可调节阀的液压控制端口连接；第三高速开关阀的排油口、第四高速开关阀的进油口分别与第二可调节阀、第四可调节阀的液压控制端口连接；第一可调节阀、第二可调节阀、第三可调节阀、第四可调节阀的泄油口均与油池相通；第二可调节阀、第三可调节阀的进油口均与油泵接通，第一可调节阀、第四可调节阀的排油口均与油池相通；第二可调节阀的排油口和第一可调节阀的进油口均与伺服油缸的左端口连接，第三可调节阀的排油口和第四可调节阀的进油口均与伺服油缸的右端口连接。

手动控制盘共有四个位置，位置I、II、III均为手动控制位，分别控制伺服油缸活塞的右移、停止和左移。当手动控制盘打到位置I时，第二可调节阀、第四可调节阀开启，来自油泵的压力油通过第二可调节阀进入伺服油缸左侧，而伺服油缸右侧的工作油通过第四可调节阀泄入油池，油缸活塞便在左侧压力油的作用下向右移动。同理，当手动控制盘打到位置III时，第一可调节阀、第三可调节阀开启，来自油泵的压力油通过第三可调节阀进入伺服油缸的右侧，而伺服油缸左侧的工作油则通过第一可调节阀泄入油池，油缸活塞便在右侧压力油的作用下向左移动。当手动控制盘打到位置II时，第一可调节阀、第二可调节阀、第三可调节阀、第四可调节阀均处于关闭状态，伺服油缸左右两侧的工作油被锁住，油缸活塞保持静止。

当手动控制盘打到位置IV时，为自动控制方式，此时，控制器、四个高速开关阀、四个可调节阀组成一个自动控制单元对伺服油缸的动作进行自动控制。在自动控制中，上位机向控制器发出一个指令信号，当伺服油缸的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀不一致时，控制器便发出控制信号给高速开关阀和可调节阀组，阀组进行一系列动作，直到位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀一致为止，阀组才停止动作。根据位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀的大小关系，对应的伺服油缸的动作也为右移、静止、左移，其原理分别叙述如下。

当位移反馈信号s＜s₀时，控制器发出右移信号，即控制器向第一高速开关阀、第三高速开关阀发出高电平信号；第一高速开关阀、第三高速开关阀接收到高电平信号处于导通状态，油泵中的压力油信号通过第三高速开关阀输入到第二可调节阀、第四可调节阀的液压控制端口，并使其导通；这时压力油通过第二可调节阀进入伺服油缸左端，而伺服油缸的右端则通过第四可调节阀与油池相通，因此伺服油缸内的活塞在左侧压力油的作用下向右移动，而活塞右侧的工作油则通过第四可调节阀排到油池；油缸活塞向右运动，直到伺服油缸的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀相等为止，第一电液控制可调节阀组停止动作。相反，当位移反馈信号s＞s₀时，控制器发出左移信号，即控制器向第二高速开关阀、第四高速开关阀发出高电平信号；第二高速开关阀、第四高速开关阀接收到高电平信号处于导通状态，油泵中的压力油信号通过第二高速开关阀输入到第一可调节阀、第三可调节阀的液压控制端口，并使其导通；这时压力油通过第三可调节阀进入伺服油缸右端，而伺服油缸的左端则通过第一可调节阀与油池相通，因此伺服油缸内的活塞在右侧压力油的作用下向左移动，而活塞左侧的工作油则通过第一可调节阀排到油池；油缸活塞向左运动，直到伺服油缸的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀相等为止，第二电液控制可调节阀组停止动作。当位移反馈信号s＝s₀时，控制器不发出动作指令，所有的高速开关阀和可调节阀都处于关闭状态，伺服油缸左右两侧的工作油被锁住，油缸活塞保持静止。

本发明的有益效果。

本发明提供了一种高速开关式多功能伺服阀，采用四只两位两通高速开关阀和四只可调节阀组成可调节阀组合，它充分利用了两位两通高速开关阀组合响应快、寿命长(可达上亿次)的优点和单片机可灵活编程的功能可以对伺服油缸实施智能化的控制，对于不同的控制对象都能达到最佳的控制效果，并结合手动控制盘的手动、自动切换功能，能实现手动、自动两种控制方式，保证了生产的连续性，提高了生产效率。在自动控制状态，调节两位两通高速开关阀开启的时间能改变可调节阀中控制端的充液量，改变阀芯与阀座之间的开度位置，从而对进出伺服油缸的工作油流量进行调节，实现对油缸的变速控制。本发明可应用于所有的电液伺服系统，因而具有很大的实用性和经济性。

附图说明

图1是本发明高速开关式多功能伺服阀的结构原理示意图。

图中：1控制器、2第一高速开关阀、3第二高速开关阀、4第三高速开关阀、5第四高速开关阀、6第一可调节阀、7第二可调节阀、8第三可调节阀、9第四可调节阀、10手动控制盘、11油池、12伺服油缸、13油泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1所示，本发明包括控制器1、第一高速开关阀2、第二高速开关阀3、第三高速开关阀4、第四高速开关阀5、第一可调节阀6、第二可调节阀7、第三可调节阀8、第四可调节阀9、手动控制盘10、油池11、伺服油缸12、油泵13。其中第一高速开关阀2、第三高速开关阀4与第二可调节阀7、第四可调节阀9组成第一电液控制可调节阀组，第二可调节阀7为进油阀，第四可调节阀9为排油阀；第二高速开关阀3、第四高速开关阀5与第一可调节阀6、第三可调节阀8组成第二电液控制可调节阀组，第三可调节阀8为进油阀，第一可调节阀6为排油阀。第一可调节阀6、第二可调节阀7、第三可调节阀8和第四可调节阀9均为机械和液压双作用的两位两通可调节阀，有机械控制端和液压控制端两个控制端口，机械和液压分别控制可调节阀的开和关，液压还可控制可调节阀阀口开度的大小，起到调节阀的作用，为了使阀的开度与流量成线性关系，阀头形状为抛物线形。手动控制盘10为一机械控制装置，共有四个位置，当开关打到不同的位置时，就能控制伺服油缸12活塞的右移、静止、左移和自动控制。

控制器1的输出端分别与第一高速开关阀2、第二高速开关阀3、第三高速开关阀4、第四高速开关阀5的控制端电连接，手动控制盘10的输出端分别与第一可调节阀6、第二可调节阀7、第三可调节阀8、第四可调节阀9的机械控制端连接；第一高速开关阀2、第四高速开关阀5的排油口均与油池11相通，第二高速开关阀3、第三高速开关阀4的进油口均与油泵13相通；第二高速开关阀3的排油口、第一高速开关阀2的进油口分别与第一可调节阀6、第三可调节阀8的液压控制端口连接；第三高速开关阀4的排油口、第四高速开关阀5的进油口分别与第二可调节阀7、第四可调节阀9的液压控制端口连接；第一可调节阀6、第二可调节阀7、第三可调节阀8、第四可调节阀9的泄油口均与油池11相通；第二可调节阀7、第三可调节阀8的进油口均与油泵13接通，第一可调节阀6和第四可调节阀9的排油口均与油池11相通；第二可调节阀7的排油口和第一可调节阀6的进油口均与伺服油缸12的左端口连接，第三可调节阀8的排油口和第四可调节阀9的进油口均与伺服油缸12的右端口连接。

手动控制盘10共有四个位置，位置I、II、III均为手动控制位，分别控制伺服油缸12活塞的右移、停止和左移。当手动控制盘10打到位置I时，第二可调节阀7、第四可调节阀9开启，来自油泵13的压力油通过第二可调节阀7进入伺服油缸12左侧，而伺服油缸12右侧的工作油通过第四可调节阀9泄入油池11，伺服油缸12活塞便在左侧压力油的作用下向右移动。同理，当手动控制盘10打到位置III时，第一可调节阀6、第三可调节阀8开启，来自油泵13的压力油通过第三可调节阀8进入伺服油缸12的右侧，而伺服油缸12左侧的工作油则通过第一可调节阀6泄入油池11，伺服油缸12活塞便在右侧压力油的作用下向左移动。当手动控制盘10打到位置II时，第一可调节阀6、第二可调节阀7、第三可调节阀8、第四可调节阀9均处于关闭状态，伺服油缸12左右两侧的工作油被锁住，伺服油缸12活塞保持静止。

当手动控制盘10打到位置IV时，为自动控制方式，此时，控制器1、四个高速开关阀、四个可调节阀组成一个自动控制单元对伺服油缸12的动作进行自动控制。在自动控制中，上位机向控制器1发出一个指令信号，当伺服油缸12的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀不一致时，控制器1便发出控制信号给由高速开关阀和可调节阀组成的电液控制可调节阀组，电液控制可调节阀组进行一系列动作，直到位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀一致为止，电液控制可调节阀组停止动作。根据位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀的大小关系，对应的伺服油缸12的动作也为右移、静止、左移，其原理分别叙述如下。

当位移反馈信号s＜s₀时，控制器1发出右移信号，即控制器1向第一高速开关阀2、第三高速开关阀4发出高电平信号；第一高速开关阀2、第三高速开关阀4接收到高电平信号处于导通状态，油泵13中的压力油信号通过第三高速开关阀4输入到第二可调节阀7和第四可调节阀9的液压控制端口，并使其导通；这时压力油通过第二可调节阀7进入伺服油缸12左端，而伺服油缸12的右端则通过第四可调节阀9与油池11相通，因此伺服油缸12内的活塞在左侧压力油的作用下向右移动，而活塞右侧的工作油则通过第四可调节阀9排到油池11；油缸活塞向右运动，直到伺服油缸12的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀相等为止，第一电液控制可调节阀组停止动作。相反，当位移反馈信号s＞s₀时，控制器1发出左移信号，即控制器1向第二高速开关阀3、第四高速开关阀5发出高电平信号；第二高速开关阀3、第四高速开关阀5接收到高电平信号处于导通状态，油泵13中的压力油信号通过第二高速开关阀3输入到第一可调节阀6和第三可调节阀8的液压控制端口，并使其导通；这时压力油通过第三可调节阀8进入伺服油缸12右端，而伺服油缸12的左端则通过第一可调节阀6与油池11相通，因此伺服油缸12内的活塞在右侧压力油的作用下向左移动，而活塞左侧的工作油则通过第一可调节阀6排到油池11；油缸活塞向左运动，直到伺服油缸的位移反馈信号s与上位机的指令信号s₀相等为止，第二电液控制可调节阀组停止动作。当位移反馈信号s＝s₀时，控制器1不发出动作指令，所有的高速开关阀和可调节阀都处于关闭状态，伺服油缸12左右两侧的工作油被锁住，伺服油缸12活塞保持静止。

Claims

1.一种高速开关式多功能伺服阀，包括控制器(1)、第一高速开关阀(2)、第二高速开关阀(3)、第三高速开关阀(4)、第四高速开关阀(5)、第一可调节阀(6)、第二可调节阀(7)、第三可调节阀(8)、第四可调节阀(9)、手动控制盘(10)、油池(11)、油缸(12)、油泵(13)；其特征在于第一高速开关阀(2)、第三高速开关阀(4)与第二可调节阀(7)、第四可调节阀(9)组成第一电液控制可调节阀组，第二可调节阀(7)为进油阀，第四可调节阀(9)为排油阀；第二高速开关阀(3)、第四高速开关阀(5)与第一可调节阀(6)、第三可调节阀(8)组成第二电液控制可调节阀组，第三可调节阀(8)为进油阀，第一可调节阀(6)为排油阀；控制器(1)包括两个输出端，其中第一输出端分别与第一高速开关阀(2)和第三高速开关阀(4)的控制端电连接，第二输出端分别与第二高速开关阀(3)和第四高速开关阀(5)的控制端电连接，手动控制盘(10)的输出端分别与第一可调节阀(6)、第二可调节阀(7)、第三可调节阀(8)、第四可调节阀(9)的机械控制端连接；第一高速开关阀(2)、第四高速开关阀(5)的排油口与油池(11)相通，第二高速开关阀(3)、第三高速开关阀(4)的进油口与油泵相通；第二高速开关阀(3)的排油口、第一高速开关阀(2)的进油口分别与第一可调节阀(6)、第三可调节阀(8)的液压控制端口连接；第三高速开关阀(4)的排油口、第四高速开关阀(5)的进油口分别与第二可调节阀(7)、第四可调节阀(9)的液压控制端口连接；第一可调节阀(6)、第二可调节阀(7)、第三可调节阀(8)、第四可调节阀(9)的排油口均与油池(11)相通；第二可调节阀(7)、第三可调节阀(8)的进油口分别与油泵(13)接通，第一可调节阀(6)和第四可调节阀(9)的排油口均与油池(11)相通；第二可调节阀(7)的排油口和第一可调节阀(6)的进油口均与油缸(12)的左端口连接，第三可调节阀(8)的排油口和第四可调节阀(9)的进油口均与油缸(12)的右端口连接。

2.根据权利要求1所述的高速开关式多功能伺服阀，其特征是所述的第一高速开关阀(2)、第二高速开关阀(3)、第三高速开关阀(4)和第四高速开关阀(5)均为两位两通高速开关阀；第一可调节阀(6)、第二可调节阀(7)、第三可调节阀(8)和第四可调节阀(9)均为机械和液压双作用的两位两通式可调节阀，有机械和液压两个控制端口，阀头形状为抛物线形；手动控制盘(10)为一机械控制装置，共有四个控制位置。