CN102155449B - 数字控制的先导型比例流量阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字控制的先导型比例流量阀，它属于电液控制系统中对供给液压执行器流量进行控制的装置。本发明主要是解决现有控制阀存在的成本高、抗油液污染能力差和精度低的技术问题。本发明的技术方案是：数字控制的先导型比例流量阀，包含有二位二通高速开关阀，由主阀芯、主阀套、主阀弹簧、主阀进油口P_A、主阀出油口P_B、主阀控制腔P_C和流量反馈节流槽W_C组成的主阀，其中：它还包括由阀芯、阀套、弹簧、固定节流孔R、第一控制腔V_A、第二控制腔V_B、可变节流边J_LB、定值流量器进油口P_A2和定值流量器出油口P_B2构成的定值流量器。本发明具有结构简单、抗污染能力强、工作可靠等优点。

Description

数字控制的先导型比例流量阀

技术领域

本发明涉及一种数字控制的先导型比例流量阀，它属于电液控制系统中对供给液压执行器流量进行控制的装置，特别是采用数字脉宽调制方式既可连续又可开关式控制的流量阀。

背景技术

电液控制系统中对液压执行速度进行控制的装置有比例流量阀和比例方向流量阀。由于通过阀的流量要受到阀口两端压差变化的影响，传统的方法是在控制阀开口面积的比例节流阀和比例方向节流阀的进油口或出油口，串接一个压差补偿器，维持负载和系统压力变化后阀口的压差基本恒定，从而使通过阀的流量与控制阀口面积的信号成线性关系。这种方式，压差补偿器受液动力的影响，控制精度较低，安装在主阀油路上的压差补偿器增大了系统的节流损失，通过的流量越大，引起损失也越大，加大了系统发热，因此，这种原理也不适用于大流量的控制阀。为了对上述问题进行改进，上世纪80年代初，瑞典学者B.Andersion提出一种称为液压晶体管(Valvistor)的解决方案，参图1，采用该原理，通过主阀的流量与先导控制阀的流量成正比，因而只要控制先导阀的流量不受负载变化的影响，就可按照这一原理控制通过主阀的流量与设定信号成线性关系。为了使通过比例先导阀的流量不受阀口压差变化的影响，需要在主阀8和电磁比例先导阀11之间串联一个小通径的先导型定差减压阀9，对比例先导阀11的进出油口压差进行补偿。定差减压阀8由定差减压阀阀芯15、定差减压阀弹簧17和相关的流道组成，定差减压阀的进油口A₃与主阀控制腔P_C连通，定差减压阀的出油口B₃同时与比例先导阀的进油口A₂和定差减压阀无弹簧油腔C₃连通，比例先导阀出油口B₂同时与定差减压阀弹簧腔C₂及主阀出油口P_B连通，从而基本保证比例先导阀进油口A₂与其出油口B₂之间的压差恒定。采用这种原理可以减小因在主油路上设置大规格压差补偿器造成的节流损失，同时也简化了阀的结构、减轻了重量，但是，这样的控制原理，需要采用连续控制的比例阀作为先导阀，成本高、抗油液污染能力差。

B.Andersion最初发明的液压晶体管受结构限制，只适用于二位二通控制阀，在2009年授权的发明专利“先导比例方向节流阀”，专利号：ZL200610102032.8，通过结构上的改进，将原只能用于二位二通阀的功能，扩展到了三位四通的比例方向节流阀，可同时控制液压执行器的运动方向和速度，但是该专利只能控制阀的开口度不受负载变化的影响，通过阀的流量还是会受到系统和负载压力变化影响，流量精度较低。

发明内容

本发明的目的是解决上述控制阀存在的成本高、抗油液污染能力差和精度低的技术问题，提供一种采用结构简单、价廉、抗污染能力强的高速开关阀，并通过控制高速开关阀的开启和关闭时间就可控制主阀流量的数字控制的先导型比例流量阀。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：数字控制的先导型比例流量阀，包含有二位二通高速开关阀，由主阀芯、主阀套、主阀弹簧、主阀进油口P_A、主阀出油口P_B、主阀控制腔P_C和流量反馈节流槽W_C组成的主阀，其中：它还包括由阀芯、阀套、弹簧、固定节流孔R、第一控制腔V_A、第二控制腔V_B、可变节流边J_LB、定值流量器进油口P_A2和定值流量器出油口P_B2构成的定值流量器，阀芯设在阀套中且阀芯的底端与阀套内的底部构成第一控制腔V_A，弹簧装在阀芯中间设置的第二控制腔V_B中，固定节流孔R设在阀芯的底端且固定节流孔R将第一控制腔V_A与第二控制腔V_B连通，可变节流边J_LB设在阀芯的另一端且可变节流边J_LB出油口与定值流量器出油口P_B2连通，定值流量器进油口P_A2与第一控制腔V_A连接；主阀控制腔P_C与定值流量器进油口P_A2连接，定值流量器出油口P_B2与二位二通高速开关阀进油口P_A1连接，二位二通高速开关阀出油口P_B1与主阀出油口P_B连接。

所述主阀控制腔P_C还能与二位二通高速开关阀进油口P_A1连接，定值流量器进油口P_A2与二位二通高速开关阀出油口P_B1连接，定值流量器出油口P_B2与主阀出油口P_B连接。

所述该数字控制的先导型比例流量阀可单独使用，还可以是两个数字控制的先导型比例流量阀组合使用。

所述二位二通高速开关阀可以是滑阀结构或者是锥阀结构，或者还可以是转阀结构。

本发明数字控制的先导型比例流量阀，相比现有技术，融合了流量放大和开关控制两种控制原理的优势，通过在主阀和先导阀之间，设置一个不受负载压差变化影响的小通径的定值流量器，并将连续可控的比例先导阀改成为一个高速开关阀，这样虽然通过定值流量器的流量始终是一个定值，但通过控制高速开关阀的开启和关闭时间，就可控制通过作为先导阀的高速开关阀的平均流量，从而按照液压晶体管工作原理控制通过主阀的流量，达到采用结构简单、价廉、抗污染能力强的高速开关阀，按数字方式控制通过主阀流量的目的。

本发明主要优点有：1)采用高速开关阀代替连续控制的比例先导阀，结构简单、抗污染能力强、工作可靠。2)不需要在主阀的油路中设置压差补偿器，只需在先导阀前或后布置一个小通径的定值流量器，就能不受负载变化的影响，连续比例的控制通过主阀的流量，节流损失小、具有较简单的结构，阀的工作原理就类似于数字式的电子晶体管，用小的流量控制一个大的主阀流量。3)不需要电子传感器及相应的检测电路，零部件少、成本低。4)先导油直接引入到主阀的出油口，增大了阀的输出流量，提高了阀的能量效率。

附图说明

图1是现有技术Valvistor阀控制流量结构原理示意图；

图中：9-定差减压阀，11-比例先导阀，15-定差减压阀阀芯，17-定差减压阀弹簧，A₃-定差减压阀进油口，B₃-定差减压阀出油口，C₂-定差减压阀弹簧腔，C₃-定差减压阀无弹簧腔，A₂-比例先导阀进油口，B₂-比例先导阀出油口。

图2是本发明第一种实施例的结构组成示意图；

图中：1-二位二通高速开关阀，2-主阀芯，3-主阀套，4-主阀弹簧，5-阀芯，6-阀套(体)，7-弹簧，8-主阀，10-定值流量器，P_A-主阀进油口，P_B-主阀出油口，P_C-主阀控制腔，W_C-流量反馈节流槽，P_A1-高速开关阀进油口，P_B1-高速开关阀出油口，P_A2-定值流量器进油口，P_B2-定值流量器出油口，R-固定节流孔，V_A-第一控制腔，V_B-第二控制腔，J_LB-可变节流边。

图3是本发明第二种实施例的结构组成示意图；

图4是本发明第三种实施例的结构组成示意图；

图中：12-第II主阀芯，13、13′-第II主阀套，14、14′-第II主阀弹簧，P-总进油口，A-第一路出油口，B-第二路出油口，T-回油箱口，P_C1-主阀第一控制腔，P_C2-主阀第二控制腔，W_C1-第一流量反馈节流槽，W_C2-第二流量反馈节流槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图2所示，本实施例中的数字控制的先导型比例流量阀，包含有二位二通高速开关阀1，由主阀芯2、主阀套3、主阀弹簧4、主阀进油口P_A、主阀出油口P_B、主阀控制腔P_C和流量反馈节流槽W_C组成的主阀8，其中：它还包括由阀芯5、阀套6、弹簧7、固定节流孔R、第一控制腔V_A、第二控制腔V_B、可变节流边J_LB、定值流量器进油口P_A2和定值流量器出油口P_B2构成的定值流量器10，阀芯5设在阀套6中且阀芯5的底端与阀套6内的底部构成第一控制腔V_A，弹簧7装在阀芯5中间设置的第二控制腔V_B中，固定节流孔R设在阀芯5的底端且固定节流孔R将第一控制腔V_A与第二控制腔V_B连通，可变节流边J_LB设在阀芯5的另一端且可变节流边J_LB出油口与定值流量器出油口P_B2连通，定值流量器进油口P_A2与第一控制腔V_A连接；主阀控制腔P_C与定值流量器进油口P_A2连接，定值流量器出油口P_B2与二位二通高速开关阀1进油口P_A1连接，二位二通高速开关阀1出油口P_B1与主阀出油口P_B连接。主阀采用液压晶体管结构，二位二通高速开关阀1按照PWM方式工作，也可以按照脉冲序列方式工作。

本实施例中所采用的定值流量器实质上就是一个固定节流孔与一个定差减压阀的组合，定差减压阀的作用是维持固定节流孔R两端的压差不受负载和系统压力变化的影响，保证通过固定节流孔R的流量为固定值，在结构上并不局限于图2给出的结构形式，采用两台阶滑阀的结构等也属于本发明保护的范围。这样随着高速开关阀1开启和关闭时间的改变，如按PWM脉宽调制方式工作，通过该定值流量器的平均流量就会发生变化，也就是通过流量反馈节流槽的流量随控制信号发生改变，再根据Valvistor阀的工作原理，通过主阀的流量与通过流量反馈节流槽的流量成正比，从而实现通过改变高速开关阀1启闭时间，控制主阀流量的目的。如果高速开关阀1以较低的频率以脉冲序列的方式工作，则主阀按比例放大这一脉冲序列，成为一脉冲流量发生器。

实施例2

如图3所示，本发明又一实施例中的数字控制的先导型比例流量阀，其结构与实施例1中的相同，二位二通高速开关阀1与主阀8和定值流量器10的连接方式不同，所述主阀控制腔P_C与二位二通高速开关阀1进油口P_A1连接，定值流量器的进油口P_A2与二位二通高速开关阀1出油口P_B1连接，定值流量器出油口P_B2与主阀出油口P_B连接。

实施例3

如图4所示，本发明再一实施例中的数字控制的先导型比例流量阀，由两个数字控制的先导型比例流量阀组合使用。它包含有两个二位二通高速开关阀1和1′，由第II主阀芯12、两个第II主阀套13和13′、两个第II主阀弹簧14和14′、总进油口P、第一路出油口A、第二路出油口B、回油箱口T、主阀第一控制腔P_C1、主阀第二控制腔P_C2、第一流量反馈节流槽W_C1、第二流量反馈节流槽W_C2组成的第II主阀18和两个定值流量器10和10′；两个第II主阀套13和13′同轴设置在第II主阀芯12的两端，第一个主阀弹簧14设在主阀第一控制腔P_C1中，第二个主阀弹簧14′设在主阀第二控制腔P_C2中；主阀第一控制腔P_C1与第一个定值流量器进油口P_A2连通，第一个定值流量器出油口P_B2与第一个二位二通高速开关阀1进油口P_A1连通，第一个二位二通高速开关阀1出油口P_B1与第二路出油口B连通；主阀第二控制腔P_C2与第二个定值流量器进油口P′_A2连通，第二个定值流量器出油口P′_B2与第二个二位二通高速开关阀1′进油口P′_A1连通，第二个二位二通高速开关阀1′出油口P′_B1与第一路出油口A连通。上述两个二位二通高速开关阀1和1′可以按照PWM方式工作，也可以按照脉冲序列方式工作。

上述实施例中的二位二通高速开关阀1和1′可以是滑阀结构或者可以是锥阀结构，或者还可以是转阀结构。

Claims (4)

1.一种数字控制的先导型比例流量阀，其特征在于：包含二位二通高速开关阀(1)、主阀(8)及定值流量器(10)，二位二通高速开关阀作为先导阀，通过定值流量器与主阀连接，其中：定值流量器为一个固定节流孔R与一个定差减压阀的组合，定值流量器的阀芯(5)设在其阀套(6)中，阀芯的底端与阀套内的底部构成第一控制腔V_A，弹簧(7)装在阀芯中间设置的第二控制腔V_B中，固定节流孔R设在阀芯的底端且将第一控制腔V_A与第二控制腔V_B连通，可变节流边J_LB设在阀芯的另一端且可变节流边J_LB的出油口与定值流量器的出油口P_B2连通，定值流量器的进油口P_A2与第一控制腔V_A连接；主阀控制腔P_C与定值流量器进油口P_A2连接，定值流量器出油口P_B2与二位二通高速开关阀的进油口P_A1连接，二位二通高速开关阀的出油口P_B1与主阀出油口P_B连接；

所述定值流量器的定差减压阀用来维持固定节流孔两端的压差不受负载和系统压力变化的影响；随着二位二通高速开关阀开启和关闭时间的改变，通过定值流量器的平均流量发生变化，即通过流量反馈节流槽的流量随控制信号发生改变，再根据Valvistor阀的工作原理，通过主阀的流量与通过流量反馈节流槽的流量成正比，从而实现通过改变二位二通高速开关阀启闭时间控制主阀流量。

2.根据权利要求1所述的数字控制的先导型比例流量阀，其特征是：所述主阀控制腔P_C还能与二位二通高速开关阀(1)进油口P_A1连接，定值流量器进油口P_A2与二位二通高速开关阀(1)出油口P_B1连接，定值流量器出油口P_B2与主阀出油口P_B连接。

3.根据权利要求1所述的数字控制的先导型比例流量阀，其特征是：所述数字控制的先导型比例流量阀可单独使用，还可以是两个数字控制的先导型比例流量阀组合使用。

4.根据权利要求1、2或3所述的数字控制的先导型比例流量阀，其特征是：所述二位二通高速开关阀(1)可以是滑阀结构或者是锥阀结构，或者还可以是转阀结构。