CN102094865B

CN102094865B - 智能型电液流量伺服阀

Info

Publication number: CN102094865B
Application number: CN 200910261414
Authority: CN
Inventors: 陈镇汉; 陈阳; 陈宜
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: CN102094865A

Abstract

本发明公开了一种智能型电液流量伺服阀，其特征在于：SP伺服电源、SVC伺服阀控制器分别设在电液流量伺服阀的上盖内，干式永磁力矩马达、衔挡组件装在阀体上；双喷嘴挡板油路分别与高压油腔、溢流腔、力反馈对中滑阀的两端控制腔相连接；力反馈对中滑阀油路分别与高压油腔、负载油腔和回油腔相连接；干式永磁力矩马达中的衔挡组件与反馈杆和力反馈对中滑阀相连接；LVDT高精度位置传感器的铁芯与力反馈对中滑阀相连接；SPS位传电路用螺钉直接固定在LVDT高精度位置传感器线圈骨架侧面；LVDT高精度位置传感器、SPS位传电路置于阀体一侧外罩内。

Description

智能型电液流量伺服阀

技术领域

本发明涉及一种电液流量伺服阀，具体地说是一种高度集成、智能故障诊断、高精度、高动态响应为一体的电液流量伺服阀。

背景技术

电液伺服阀既是电液转换元件，也是功率放大元件，它能够将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能输出。在电液伺服系统中，将电气部分与液压部分连接起来，实现电液信号的转换与放大。电液伺服阀是电液伺服系统的核心控制元件，它本身的性能和可靠性将直接影响电液伺服控制系统的性能和可靠性的优劣。随着现代科学技术水平的迅猛发展，不同工业领域新一代装备对新一代控制系统提出了新要求，越来越多的电液伺服控制系统对电液伺服阀提出了更高的要求。研制高品质、高效率、高智能、高可靠、高集成、低能耗就成了新一代电液伺服阀的新要求和新目标。

目前，大多数高精度、高响应的电液伺服控制系统普遍采用电反馈式电液流量伺服阀，其特点主要是具有较高的回路增益，反馈增益可调，较强的抗干扰能力，能较大地提高电液伺服阀的部分静态指标和动态性能。电反馈式主要广泛应用在直驱式电液伺服阀和双喷嘴挡板两级电液伺服阀的结构中。直驱式电反馈电液流量伺服阀，如穆格D636、D638型伺服阀，是在直驱式电液流量伺服阀的基础上增加位置传感器及电控制器等，对阀芯的位置进行内部闭环控制。此阀结构简单，静态精度较高，但由于前置级与主阀芯直接连接，运动惯量较大，使固有频率较低，阀的动态性能较低，且前置级的电功耗大，体积也相对较大。双喷嘴挡板电反馈两级电液流量伺服阀，如穆格D765型伺服阀，是在力反馈两级电液流量伺服阀基础上，将二级滑阀的位移，通过位移传感器转换为位置电反馈信号，再与输入的指令信号进行综合后进行闭环控制，由于电反馈允许的回路增益较高，因此阀的动、静态特性比力反馈两级电液流量伺服阀有明显提高，但伺服阀的对称度、线性度等静态指标未见明显提高，且其位置传感器参数和闭环控制参数用户不能自行调节，当伺服阀参数偏移后，调节和维护很困难，给用户带来不便，限制了它的应用。此外，国内外现有的电液流量伺服阀均无智能故障诊断、自适应及低能耗功能。如今，越来越多的伺服控制系统不断地寻求既能满足系统高品质、长寿命、高可靠性、低能耗且具有智能故障诊断功能的电液流量伺服阀。

发明内容

本发明的目的是针对上述电液流量伺服阀技术的不足，提供一种具有高动态响应能力、高静态控制精度、低能耗、高可靠性、高度集成及智能故障诊断的电液流量伺服阀，适用于高静态性能(控制精度≤0.1％)、高动态响应(≥300Hz)要求及智能故障诊断要求的电液流量伺服控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能型电液流量伺服阀，主要包括阀体14、上罩6、干式永磁力矩马达1、衔挡组件2、SP伺服电源3、SVC伺服阀控制器5、双喷嘴挡板8、力反馈对中滑阀12、反馈杆9、LVDT高精度位置传感器17、SPS位传电路16、铁芯18、回油节流孔13和电路控制线路构成，其特征在于：SP伺服电源3、SVC伺服阀控制器5分别用螺钉安装固定在电液流量伺服阀的上盖6内；干式永磁力矩马达1、衔挡组件2安装固定在阀体14上；双喷嘴挡板8油路分别与高压油腔、溢流腔、力反馈对中滑阀12的两端控制腔相连接，双喷嘴挡板8与力反馈对中滑阀12相连的油路上均设有固定节流孔10和内置油滤11；力反馈对中滑阀12油路分别与高压油腔、负载油腔和回油腔相连接；干式永磁力矩马达1中的衔挡组件2与反馈杆9和力反馈对中滑阀12相连接；LVDT高精度位置传感器17中的铁芯18与力反馈对中滑阀12相连接；SPS位传电路16用螺钉直接固定在LVDT高精度位置传感器线圈骨架侧面；LVDT高精度位置传感器17、SPS位传电路16置于阀体14一侧外罩15内。

本发明所述的一种智能型电液流量伺服阀，SP伺服电源3与SVC伺服阀控制器5、SP伺服电源3与SPS位传电路16、SPS位传电路与SVC伺服阀控制器5之间均通过导线和导线两端的电气插排连接，所有导线安装固定在电液流量伺服阀的阀体14内。

本发明所述的一种智能型电液流量伺服阀，由用户系统电路提供的10～110V直流宽电源和供电开关信号，一路通过电连接器19经电缆输送至SP伺服电源3，其中SP1为直流电源正极、SP2为接地、SP3直流电源负极、SP4为供电开关信号；由用户系统电路提供的使能信号SV5(开关量信号)、指令信号、安全信号SV7输给伺服阀控制器5；SVC伺服阀控制器5发出状态信号SV6通过电连接器19输给用户系统。

本发明所述的一种智能型电液流量伺服阀，SP伺服电源3通过第二功率信号线路21和第一功率信号线路20两端的电气插排，将叠加函数功率信号分别送至SVC伺服阀控制器5与SPS位传电路16；SVC伺服阀控制器5上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源3上的SP6，SPS位传电路16上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源3上的SP5；SPS位传电路16输出位置反馈信号通过位置反馈线路22两端的电气插排送至SVC伺服阀控制器5。

本发明所述的SP伺服电源3，主要为SPS位传电路16、干式永磁力矩马达1和SVC伺服阀控制器5提供叠加函数功率信号，并能自动检测和调节功率信号，具有降低发热量、节约能耗的功能，同时较低的发热量使电子元器件具有高的使用寿命和可靠性。

本发明所述的LVDT高精度位置传感器17，主要由LVDT高精度位置传感器由线圈、铁芯18及SPS位传电路16组成，用于检测力反馈对中滑阀12的位置，产生位置反馈信号。

本发明所述的SVC伺服阀控制器5上的接线插排SV1、SV2，接线插排SV3、SV4分别与干式永磁力矩马达1两组线圈相连接；SVC伺服阀控制器5具有伺服阀开环和闭环参数用户可调、动态监控、智能故障诊断及运算分析功能。它能接受模拟或数字指令信号，与SPS位传电路16检测的位置反馈信号进行比较、分析及计算，并发出指令信号给干式永磁力矩马达1。

本发明所述的SPS位传电路16，内置于LVDT高精度位置传感器17中，通过线路(L1、L2、L3、L4、L5、L6)分别与LVDT高精度位置传感器线圈相连接，为LVDT高精度位置传感器17提供叠加函数功率信号，进行位置信号的检测和解调功能，并将与力反馈对中滑阀12位置成线性的电信号输给SVC伺服阀控制器5。

本发明的有益效果是：一种智能型电液流量伺服阀，具有集成智能故障诊断功能的SVC伺服阀控制器，不仅元器件集成度高，体积小，而且因阀的性能参数由SVC伺服阀控制器的软件进行控制，且可供用户现场自行调节，设置和调整控制参数灵活、方便，能自动消除因环境变化而导致阀性能的漂移，降低了阀机械零部件制造加工的难度和成本，降低维护成本。SVC伺服阀控制器采用全数字信号并集成到伺服阀体中，提高了伺服阀的抗干扰能力。此外，SVC伺服阀控制器能进行实时检测，并通过软件智能诊断、分析伺服阀的故障模式，确定伺服阀运行的状态，实现了伺服系统在故障工况下的智能控制和自适应能力。该发明在保证系统高品质性能的同时更人性化的智能设计，有利于在各类军、民用电液伺服控制系统中推广使用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是图1的电路结构图。

在图中：1、干式永磁力矩马达，2、衔挡组件，3、SP伺服电源，4、弹簧管，5、SVC伺服阀控制器，6、上罩，7、挡板，8、双喷嘴挡板，9、反馈杆，10、固定节流孔，11、内置油滤，12、力反馈对中滑阀，13、回油节流孔，14、阀体，15、外罩，16、SPS位传电路，17、LVDT高精度位置传感器，18、铁芯，19、电连接器，20、功率信号线路，21、功率信号线路，22、位置反馈线路，23、系统命令线路。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，SP伺服电源3、SVC伺服阀控制器5分别用螺钉安装固定在电液流量伺服阀的上盖6上；干式永磁力矩马达1、衔挡组件2设在SP伺服电源3与SVC伺服阀控制器5的下端，并安装固定在SP伺服电源3和SVC伺服阀控制器5下面的阀体14上；双喷嘴挡板8通过油路分别与高压油腔、溢流腔、力反馈对中滑阀12的两端控制腔相连接；力反馈对中滑阀12通过油路分别与高压油腔、负载油腔和回油腔相连接；干式永磁力矩马达1中的衔挡组件2与反馈杆9和力反馈对中滑阀12相连接LVDT高精度位置传感器17中的铁芯18与力反馈对中滑阀12相连接；SPS位传电路16用螺钉直接固定在LVDT高精度位置传感器线圈骨架侧面LVDT高精度位置传感器17、SPS位传电路16置于阀体14一侧外罩15内。

在图2所示的实施例中，SP伺服电源3与SVC伺服阀控制器5、SP伺服电源3与SPS位传电路16、SPS位传电路与SVC伺服阀控制器5之间均通过导线和导线两端的电气插排连接，所有导线安装固定在电液流量伺服阀的阀体14内。由用户系统电路提供的10～110V直流宽电源和供电开关信号，一路通过电连接器19经电缆输送至SP伺服电源3，其中SP1为直流电源正极、SP2为接地、SP3直流电源负极、SP4为供电开关信号；由用户系统电路提供的使能信号SV5(开关量信号)、指令信号、安全信号SV7输给伺服阀控制器5；SVC伺服阀控制器5发出状态信号SV6通过电连接器19输给用户系统。

SP伺服电源3通过第二功率信号线路21和第一功率信号线路20两端的电气插排，将叠加函数功率信号分别送至SVC伺服阀控制器5与SPS位传电路16；SVC伺服阀控制器5上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源3上的SP6，SPS位传电路16上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源3上的SP5；SP伺服电源3是主要为SPS位传电路16、干式永磁力矩马达1和SVC伺服阀控制器5提供叠加函数功率信号，并能自动检测和调节功率信号，具有降低发热量、节约能耗的功能，同时较低的发热量使电子元器件具有高的使用寿命和可靠性。

LVDT高精度位置传感器17，主要由传感器线圈、铁芯18及SPS位传电路16组成，用于检测力反馈对中滑阀12的位置，产生位置反馈信号。

SVC伺服阀控制器5上的接线插排SV1、SV2和接线插排SV3、SV4分别与干式永磁力矩马达1两组线圈相连接；SVC伺服阀控制器5具有伺服阀开环和闭环参数用户可调、动态监控、智能故障诊断及运算分析功能。SVC伺服阀控制器5能接受模拟或数字指令信号，与SPS位传电路16检测的位置反馈信号进行比较、分析及计算，并发出指令信号，通过干式永磁力矩马达线圈线路SV1至SV4输给干式永磁力矩马达1。

SPS位传电路16，内置于LVDT高精度位置传感器17中，通过线路(L1、L2、L3、L4、L5、L6)与LVDT高精度位置传感器线圈相连接，为LVDT高精度位置传感器17提供叠加函数功率信号，进行位置信号的检测和解调功能，并将与力反馈对中滑阀12位置成线性的电信号输给SVC伺服阀控制器5。

本发明的工作原理是：当用户系统提供的10～110V直流宽电源和供电开关信号给SP伺服电源3供电后，SP伺服电源3通过第二功率信号线路21和第一功率信号线路20分别给SVC伺服阀控制器5和SPS位传电路16提供叠加函数功率信号，并通过各自的供电状态反馈信号SP6、SP5，将电功率消耗情况反馈给SP伺服电源3，SP伺服电源3根据叠加函数功率信号的反馈状况，闭环调整供电功率，再通过功率信号线路21和功率信号线路20输出最佳函数功率信号至SVC伺服阀控制器5和SPS位传电路16中。系统能通过开供电关信号SP4对SP伺服电源3的供电进行开关控制。

当伺服控制系统通过系统命令线路23两端的电气排插将模拟或数字式指令信号送至SVC伺服阀控制器5，并与LVDT高精度位置传感器17检测到的铁芯位置信号通过软件进行比较，得到一误差信号，根据系统设定的开、闭环参数进行智能计算、分析。在正常情况下，SVC伺服阀控制器5向控制系统发出低平提示信号，提示伺服阀工作为正常状态。同时，通过干式永磁力矩马达线圈线路SV1至SV4输给干式永磁力矩马达1控制信号。若使干式永磁力矩马达1产生逆时针方向的电磁力矩，带动衔挡组件2逆时针方向偏转，挡板7向右偏移，于是双喷嘴挡板阀8的右间隙减小而左间隙增大，经固定节流孔9右腔控制压力增大，左腔控制压力减小，在压差作用下推动力反馈对中滑阀12向左移动，并带动与力反馈对中滑阀12连接的铁芯18向左运动，铁芯18的位移量经LVDT高精度位置传感器17转换为与力反馈对中滑阀12的位移成比例的反馈电压信号，SPS位传电路16将检测到的反馈电压信号，输至SVC伺服阀控制器5中，当输入的系统指令信号与反馈信号相等时，输给干式永磁力矩马达1中的控制信号为零，电磁力矩亦为零，挡板在弹性元件的反力矩作用下回到中间位置，力反馈对中滑阀12停止运动，取得一个平衡位置。此时，高压油Ps进入负载P1腔，负载P2腔回流到R腔。力反馈对中滑阀12的位移与系统输入的指令信号成比例，因此，在负载压差一定时，伺服阀输出的流量与输入指令信号成正比例关系；当输入的系统指令信号与反馈信号不相等时，力反馈对中滑阀12将继续向左运动，直至SPS位传电路16检测到的反馈电压信号与系统输入的指令信号相等为止。当伺服阀出现故障时，SVC伺服阀控制器5向控制系统发出高平告警信号，提示伺服系统已处于故障工作模式，极大地方便了控制系统进行更加智能的设计。同时，SVC伺服阀控制器5通过干式永磁力矩马达线圈线路SV1至SV4，输给干式永磁力矩马达1一个控制系统可设定的安全信号，保障伺服系统处于系统设定的安全运行状态。

当伺服系统其他部位出现故障时，SVC伺服阀控制器5能读取伺服系统产生的安全信号，同时可立即将安全信号输给干式永磁力矩马达1，使伺服阀处于控制系统需要的安全保护状态。

当控制系统需要多通道余度的控制时，可通过给SVC伺服阀控制器5发出使能信号，使伺服阀处于工作或非工作状态。

Claims

1.一种智能型电液流量伺服阀，包括干式永磁力矩马达、衔挡组件、SP伺服电源、弹簧管、SVC伺服阀控制器、上盖、挡板、双喷嘴挡板、反馈杆、固定节流孔、内置油滤、力反馈对中滑阀、回油节流孔、阀体、外罩、SPS位传电路、LVDT高精度位置传感器、铁芯、电连接器、功率信号线路、位置反馈线路、系统命令线路，其特征在于：SP伺服电源(3)、SVC伺服阀控制器(5)分别用螺钉安装固定在电液流量伺服阀的上盖(6)内；干式永磁力矩马达(1)、衔挡组件(2)安装固定在阀体(14)上；双喷嘴挡板(8)油路分别与高压油腔、溢流腔、力反馈对中滑阀(12)的两端控制腔相连接，双喷嘴挡板(8)与力反馈对中滑阀(12)相连的油路上均设有固定节流孔(10)和内置油滤(11)；力反馈对中滑阀(12)油路分别与高压油腔、负载油腔和回油腔相连接；干式永磁力矩马达(1)中的衔挡组件(2)与反馈杆(9)和力反馈对中滑阀(12)相连接；LVDT高精度位置传感器(17)中的铁芯(18)与力反馈对中滑阀(12)相连接；SPS位传电路(16)用螺钉直接固定在LVDT高精度位置传感器线圈骨架侧面；LVDT高精度位置传感器(17)、SPS位传电路(16)置于阀体(14)一侧外罩(15)内；SP伺服电源(3)与SVC伺服阀控制器(5)、SP伺服电源(3)与SPS位传电路(16)、SPS位传电路与SVC伺服阀控制器(5)之间均通过导线和导线两端的电气插排连接，所有导线安装固定在电液流量伺服阀的阀体(14)内；由用户系统电路提供的10～110V直流宽电源和供电开关信号，一路通过电连接器(19)经电缆输送至SP伺服电源(3)，其中SP1为直流电源正极、SP2为接地、SP3直流电源负极、SP4为供电开关信号；由用户系统电路提供的使能信号SV5、指令信号、安全信号SV7输给SVC伺服阀控制器(5)；SVC伺服阀控制器(5)发出状态信号SV6通过电连接器(19)输给用户系统；SP伺服电源(3)通过第二功率信号线路(21)和第一功率信号线路(20)两端的电气插排将叠加函数功率信号分别送至SVC伺服阀控制器(5)与SPS位传电路(16)；SVC伺服阀控制器(5)上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源(3)上的SP6，SPS位传电路(16)上的供电状态反馈信号通过导线两端的电气插排送至SP伺服电源(3)上的SP5；SPS位传电路(16)输出位置反馈信号通过位置反馈线路(22)两端的电气插排送至SVC伺服阀控制器(5)。

2.根据权利要求1所述的一种智能型电液流量伺服阀，其特征在于：SP伺服电源(3)，主要为SPS位传电路(16)、干式永磁力矩马达(1)和SVC伺服阀控制器(5)提供叠加函数功率信号，并能自动检测和调节功率信号，具有降低发热量、节约能耗的功能，同时较低的发热量使电子元器件具有高的使用寿命和可靠性。

3.根据权利要求1所述的一种智能型电液流量伺服阀，其特征在于：LVDT高精度位置传感器(17)，主要由LVDT高精度位置传感器线圈、铁芯(18)及SPS位传电路(16)组成，用于检测力反馈对中滑阀(12)的位置，产生位置反馈信号。

4.根据权利要求1所述的一种智能型电液流量伺服阀，其特征在于：SVC伺服阀控制器(5)上的接线插排SV1、SV2，接线插排SV3、SV4分别与干式永磁力矩马达(1)两组线圈相连接；SVC伺服阀控制器(5)具有伺服阀开环和闭环参数用户可调、动态监控、智能故障诊断及运算分析功能；SVC伺服阀控制器(5)能接受模拟或数字指令信号，与SPS位传电路(16)检测的位置反馈信号进行比较、分析及计算，并发出指令信号给干式永磁力矩马达(1)。

5.根据权利要求1所述的一种智能型电液流量伺服阀，其特征在于：SPS位传电路(16)，内置于LVDT高精度位置传感器(17)中，通过线路L1、线路L2、线路L3、线路L4、线路L5、线路L6分别与LVDT高精度位置传感器线圈相连接，为LVDT高精度位置传感器(17)提供叠加函数功率信号，进行位置信号的检测和解调功能，并将与力反馈对中滑阀(12)位置成线性的电信号输给SVC伺服阀控制器(5)。