CN101865172B

CN101865172B - 有源先导控制的主动伺服比例阀

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Publication number: CN101865172B
Application number: CN2010102206250A
Authority: CN
Inventors: 权龙�; 张晓俊
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2010-07-03
Filing date: 2010-07-03
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: CN101865172A

Abstract

一种有源先导控制的主动伺服比例阀是双向液压泵第I油口与主级液压阀第I控制腔相连通，双向液压泵第II油口与主级液压阀第II控制腔连通。主级液压阀进油口通过第I阻尼孔与第I单向阀进油口连通，第I单向阀出油口和双向液压泵第I油口连通，主级液压阀进油口通过第II阻尼孔与第II单向阀进油口连通，第II单向阀出油口和双向液压泵第II油口连通。双向液压泵第I油口通过第II阻尼与油箱连通，双向液压泵第II油口通过第IV阻尼孔与油箱连通。位置传感器同轴安装在主级液压阀阀芯上，其输出信号输入到控制器，控制器的输出信号控制电动机旋转，从而控制双向液压泵工作。本发明特点是抗污染能力强；无需外部油源；先导控制回路节流损失小，能耗低；系统压力不影响阀的动态响应；高响应的伺服电机提高了阀的动态响应。

Description

有源先导控制的主动伺服比例阀

技术领域

本发明涉及一种伺服比例阀，特别是一种有源先导控制的液压流体流动方向和流速的伺服比例阀。

背景技术

目前，随着电液伺服比例技术在航空航天、冶金、船舶、军事等领域的广泛应用，以及现代微电子技术的发展，特别是计算机技术的发展和普及，电液伺服技术得到了迅速的发展，同时对其各项性能也提出了更高的要求。

现有的大流量伺服比例阀采用先导控制方式，用一个小流量的伺服阀作为先导级，工作时需要较高压力的外部油源，外部油源压力较低时，会使阀的动态响应变慢，甚至导致阀口不能打开。另外由于先导阀过小的阻尼孔，及其阀芯与阀体非常小的配合间隙，造成阀的抗污染能力差和较大的节流损失。本发明就是为了克服上述这些不足，以提高阀的使用可靠性。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明要解决的问题是通过对伺服比例阀控制系统结构的改进，以进一步改善伺服比例阀抗污染能力差的问题；通过改进伺服比例阀控制油源从外部引进的问题，进一步解决伺服比例阀控制油源从外部引进时油源压力不足，导致阀口打不开，或者开启响应速度缓慢的问题，并提供一种有源先导控制的主动伺服比例阀。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：发明的有源先导控制的伺服比例阀，它包括有位置传感器、主级液压阀、主级液压阀第I控制腔、主级液压阀第II控制腔，主阀芯弹簧。其特征是增设了电动机、双向液压泵、控制器、第I单向阀、第II单向阀、第I阻尼孔、第II阻尼孔、第III阻尼孔、第IV阻尼孔。双向液压泵第I油口与主级液压阀第I控制腔相连通，双向液压泵第II油口与主级液压阀第II控制腔连通。主级液压阀进油口通过第I阻尼孔与第I单向阀进油口连通，第I单向阀出油口和双向液压泵第I油口连通，主级液压阀进油口通过第II阻尼孔与第II单向阀进油口连通，第II单向阀出油口和双向液压泵第II油口连通。双向液压泵第I油口通过第III阻尼与油箱连通，双向液压泵第II油口通过第IV阻尼孔与油箱连通。主阀芯上装有弹簧。位置传感器同轴安装在主级液压阀阀芯上，检测主级液压阀阀芯位移量，其输出信号输入到控制器，控制器的输出信号控制电动机，驱动双向液压泵工作。

其中，电动机可以是直流伺服电动机，可以是交流伺服电动机，也可以是交流异步电动机。双向液压泵可以是定量泵，也可以是变量泵；结构上可以是柱塞泵、齿轮泵、叶片泵，也可以是其他类型的液压泵。主级液压阀可以是两位两通液压阀、两位三通液压阀、三位四通液压阀，也可以是多路液压阀。

依据其伺服比例阀的控制结构原理，将其从控制结构上进行了有机的构置，提高了伺服比例阀的抗污染能力。本发明通过改进伺服比例阀控制油源从外部引进的结构，彻底解决了伺服比例阀控制油源需要从外部引进的问题，也解决了伺服比例阀控制油源从外部引进的油源压力不足时阀口打不开的问题，或者开启响应速度缓慢的问题，提高了伺服比例阀控制系统的响应速度以及工作性能，满足了现有行业对伺服比例阀控制系统的要求。

本发明的一种有源先导控制的主动伺服比例阀的优点与积极效果主要体现在：(1)没有先导阀过小的阻尼及非常小的配合间隙，因而抗污染能力强；(2)无需外部油源；(3)先导控制回路节流损失小，能耗低；(4)系统压力不影响阀的动态响应；(5)高响应的伺服电机提高了阀的动态响应。

附图说明

图1是有源先导控制的两位两通伺服比例阀示意图。

图2是有源先导控制的两位三通伺服比例阀示意图。

图3是有源先导控制的三位四通伺服比例阀示意图。

图中：1：电动机；2：双向液压泵；3：控制器；4：位置传感器；5：主级液压阀；6：主级液压阀第I控制腔；7：主级液压阀第II控制腔；8：第I阻尼孔；9：第I单向阀；10：第II阻尼孔；11：第II单向阀；12：第III阻尼孔；13：第IV阻尼孔；14：油箱；15：主级液压阀阀芯；16：主级液压阀阀芯弹簧I；17：主级液压阀阀芯弹簧II。

A-主级液压阀第I出油口；B-主级液压阀第II出油口。

C-双向液压泵第I出油口；D-双向液压泵第II出油口。

E-第I单向阀进油口；F-第I单向阀出油口；G-第II单向阀进油口；H-第II单向阀出油口。

P-主级液压阀进油口；T-主级液压阀回油口。

具体实施方式

结合附图进一步详细说明本发明自称的一种有源先导控制的主动伺服比例阀如下：

实施例一

如图1所述，本发明有源先导控制的两位两通伺服比例阀，它包括有位置传感器4、主级液压阀5、主级液压阀第I控制腔6、主级液压阀第II控制腔7，主阀芯弹簧I16。增设了电动机1、双向液压泵2、控制器3、第I单向阀9、第II单向阀11、第I阻尼孔8、第II阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。双向液压泵第I油口C与主级液压阀第I控制腔6相连通，双向液压泵第II油口D与主级液压阀第II控制腔7连通。主级液压阀进油口P通过第I阻尼孔8与第I单向阀进油口E连通，第I单向阀出油口F和双向液压泵第I油口C连通，主级液压阀进油口P通过第II阻尼孔10与第II单向阀进油口G连通，第II单向阀出油口H和双向液压泵第II油口D连通。双向液压泵第I油口C通过第III阻尼12与油箱14连通，双向液压泵第II油口D通过第IV阻尼孔13与油箱14连通。主级液压阀阀芯15上装有主阀芯弹簧I16。位置传感器4同轴安装在主级液压阀阀芯15上，检测主级液压阀阀芯15位移量，其输出信号输入到控制器3，控制器3的输出信号控制电动机，电动机1驱动双向液压泵2旋转，从而控制主级液压阀阀芯15移动，调节阀开口量。

具体实施中，电动机1采用直流伺服电动机，双向液压泵2采用轴向柱塞泵，主级液压阀5采用插装式的大通径锥阀，位置传感器4采用差动变压器式位移传感器，单向阀9、11采用普通锥阀式单向阀，各个阻尼孔直径选取1mm。阀的工作原理是，当给系统输入一个指令信号，直流伺服电动机1在控制器3的控制下开始旋转，双向液压泵2在直流伺服电动机3的驱动下开始工作，双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D输出压力油到主级液压阀第II控制腔7，当油液压力克服主阀芯弹簧I16的作用力后，主级液压阀5的主级液压阀阀芯15开始向上移动，主级液压阀第I控制腔6排出的油液进入双向液压泵第I油口C，阀口打开，位置传感器4不断检测主级液压阀阀芯15的位移，并将其值反馈到控制器3。在其控制算法的作用下，输出控制直流伺服电动机1旋转的信号。控制过程中偏差的正负决定了直流伺服电动机1的旋转方向，也就决定了主级液压阀阀芯15移动的方向，偏差的大小决定了主级液压阀阀芯15移动位移量。回路中的第I阻尼孔8，第I单向阀9，第II阻尼孔10，第II单向阀11，保证了主级液压阀阀芯15位移不调整时双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D的压力平衡，并且低于供油压力，同时在调整时可向低压支路补油。双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D分别设置有第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13，它们与油箱14连通，可用于补充系统泄露。

实施例二

如图2所述，是有源先导控制的两位三通伺服比例阀，它包括有位置传感器4、主级液压阀5、主级液压阀第I控制腔6、主级液压阀第II控制腔7，主级液压阀阀芯弹簧I16。增设了电动机1、双向液压泵2、控制器3、第I单向阀9、第II单向阀11、第I阻尼孔8、第II阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。双向液压泵第I油口C与主级液压阀第I控制腔6相连通，双向液压泵第II油口D与主级液压阀第II控制腔7连通。主级液压阀进油口P通过第I阻尼孔8与第I单向阀进油口E连通，第I单向阀出油口F和双向液压泵第I 油口C连通，主级液压阀进油口P通过第II阻尼孔10与第II单向阀进油口G连通，第II单向阀出油口H和双向液压泵第II油口D连通。双向液压泵第I油口C通过第III阻尼12与油箱14连通，双向液压泵第II油口D通过第IV阻尼孔13与油箱14连通。主级液压阀阀芯15上装有主级液压阀阀芯弹簧I16。位置传感器4同轴安装在主级液压阀阀芯15上，，检测主级液压阀阀芯15位移量，其输出信号输入到控制器3，控制器3的输出信号控制电动机1的旋转，从而控制双向液压泵2工作，控制主阀芯15上移或下移，调节阀开口量。

具体实施中，电动机1采用交流异步电动机，双向液压泵2采用双向变量比例液压泵，主级液压阀5采用两位三通大流量滑阀，位置传感器4采用差动变压器式位移传感器，单向阀9、11采用普通锥阀式单向阀，阻尼孔直径为1mm。阀的工作过程是，当给系统输入一个指令信号，双向变量比例液压泵2在控制器3的控制下给系统输出一定流量的油液，双向液压泵第II油口D口输出压力油到主级液压阀第II控制腔7，当油液压力克服主阀芯弹簧I16的力的作用后，，主级液压阀阀芯15开始向上移动，双向液压泵第I控制腔的油流入双向液压泵第I油口C口，阀口打开，位置传感器4不断检测主级液压阀阀芯15位移，并将其值反馈回控制器3，控制器3输出控制信号控制交流异步电动机1的旋转方向以及双向变量比例变量泵2的排量大小，双向变量比例液压泵2依照控制要求输出油液。控制过程中偏差的正负决定了交流异步电动机1的旋转方向，决定了主级液压阀主阀芯15移动的方向，偏差的大小决定了主级液压阀阀芯15移动位移量。回路第I固定阻尼8和第I单向阀9及其第II固定阻尼孔10和第II单向阀11保证了主级液压阀阀芯15位移不调整时双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D压力平衡，并且低于供油压力，同时在调整时可向低压支路补油。双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D各设置第三固定阻尼孔12、第四固定阻尼孔13，它们与油箱14相通，可用于补充系统泄露。

实施例三

如图3所述，有源先导控制的三位四通伺服比例阀，它包括有位置传感器4、主级液压阀5、主级液压阀第I控制腔6、主级液压阀第II控制腔7，主级液压阀阀芯弹簧I16，主级液压阀阀芯弹簧II17。增设了电动机1、双向液压泵2、控制器3、第I单向阀9、第II单向阀11、第I阻尼孔8、第II阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。双向液压泵第I油口C与主级液压阀第I控制腔6相连通，双向液压泵第II油口D与主级液压阀第II控制腔7连通。主级液压阀进油口P通过第I阻尼孔8与第I单向阀进油口E连通，第I单向阀出油口F和双向液压泵第I油口C连通，主级液压阀进油口P通过第II阻尼孔10与第II单向阀进油口G连通，第II单向阀出油口H和双向液压泵第II油口D连通。双向液压泵第I油口C通过第III阻尼孔12与油箱14连通，双向液压泵第II油口D通过第IV阻尼孔13与油箱14连通。主级液压阀阀芯15上装有主级液压阀阀芯弹簧I16和主级液压阀阀芯弹簧II17。位置传感器4同轴安装在主级液压阀阀芯15上，，检测主级液压阀阀芯15位移量，其输出信号输入到控制器3，控制器3的输出信号控制电动机1，从而控制双向液压泵2工作，从而控制主阀芯位移，调节阀开口量。

具体实施中，伺服电动机1采用交流伺服电动机，双向液压泵2采用双向定量泵，主级液压阀5采用三位四通大流量滑阀，位置传感器4采用差动变压器式位移传感器，单向阀9、11采用普通锥阀式单向阀，阻尼孔直径为1mm。当给系统输入一个指令信号，交流伺服电动机1在控制器3的控制下开始旋转，双向液压泵2在交流伺服电动机1的驱动下开始工作，第II油口D口输出压力油到主级液压阀第II控制腔7，当油液压力克服主级液压阀阀芯15上主级液压阀阀芯弹簧I16作用后，，主级液压阀阀芯15开始向右移动，主级液压阀第I控制腔的油进入双向液压泵第I油口C口，此时主级液压阀进油口P和主级液压阀第I出油口A相通，主级液压阀第II出油口B和主级液压阀回油口T相通。位置传感器不断检测主级液压阀阀芯15位移，并将其值反馈回控制器3。在控制器3控制算法的作用下，输出控制交流伺服电动机1旋转的信号。控制过程中偏差的正负决定了交流伺服电动机1的转向，决定了主级液压阀阀芯15移动的方向。偏差的大小决定了交流伺服电动机1的转速，决定了主级液压阀阀芯15移动位移量。给系统输入相反的指令信号，则交流伺服电动机1反转，此时主阀进油口P和主阀回油口T相通，主级液压阀第II出油口B和主级液压阀第I出油口A主级液压阀回油口T相通。回路第I固定阻尼8和第I单向阀9及其第II固定阻尼孔10和第II单向阀11保证了主级液压阀阀芯15位移不调整时双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D压力平衡，并且低于供油压力，同时在调整时可向低压支路补油。双向液压泵第I油口C和双向液压泵第II油口D各设置第三固定阻尼孔12、第四固定阻尼孔13与油箱14相通，可用于补充系统泄露。

Claims

1.有源先导控制的伺服比例阀，它包括有位置传感器[4]、主级液压阀[5]、主级液压阀第I控制腔[6]、主级液压阀第II控制腔[7]，主阀芯弹簧[16]，其特征是增设了电动机[1]、双向液压泵[2]、控制器[3]、第I单向阀[9]、第II单向阀[11]、第I阻尼孔[8]、第II阻尼孔[10]、第III阻尼孔[12]、第IV阻尼孔[13]，双向液压泵第I油口[C]与主级液压阀第I控制腔[6]相连通，双向液压泵第II油口[D]与主级液压阀第II控制腔[7]连通，主级液压阀进油口[P]通过第I阻尼孔[8]与第I单向阀进油口[E]连通，第I单向阀出油口[F]和双向液压泵第I油口[C]连通，主级液压阀进油口[P]通过第II阻尼孔[10]与第II单向阀进油口[G]连通，第II单向阀出油口[H]和双向液压泵第II油口[D]连通，双向液压泵第I油口[C]通过第III阻尼孔[12]与油箱[14]连通，双向液压泵第II油口[D]通过第IV阻尼孔[13]与油箱[14]连通；主阀芯上装有弹簧[16]，位置传感器[4]同轴安装在主级液压阀阀芯[15]上，检测主级液压阀阀芯[15]位移量，其输出信号输入到控制器[3]，控制器[3]的输出信号控制电动机[1]，电动机[1]驱动双向液压泵[2]工作。

2.根据权利要求1所述的有源先导控制的伺服比例阀，其特征在于：所述电动机[1]是直流伺服电动机，或者是交流伺服电动机，或者是交流异步电动机。

3.根据权利要求1所述的有源先导控制的伺服比例阀，其特征在于：所述双向液压泵[2]是定量泵，或者是变量泵；结构上是柱塞泵、齿轮泵、或者是叶片泵。

4.根据权利要求1所述的有源先导控制的伺服比例阀，其特征在于：所述主级液压阀[5]是两位两通液压阀、两位三通液压阀或是三位四通液压阀。