CN102954057A

CN102954057A - 电闭环控制的三通比例减压阀

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Publication number: CN102954057A
Application number: CN2012104757670A
Authority: CN
Inventors: 权龙�; 黄家海; 李斌; 权仲翊
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: CN102954057B

Abstract

一种电闭环控制的三通比例减压阀是在机械反馈控制的三通比例减压阀的工作油口管路上设置有压力传感器，用于检测被控制的压力p _A；设置有位移传感器与控制阀芯同轴安设，用于检测控制阀芯的位移x和速度x _V。本发明通过增设位移传感器和压力传感器，提高了压力控制精度，在压力闭环控制中引入阀芯速度负反馈，提高了阀芯的动态稳定性，从而增大了阻尼孔的直径甚至去掉阻尼孔，有效提高了阀的抗污染能力，通过实时检测和监测阀芯位移，可判断阀的工作状态，提高了系统的安全性。

Description

电闭环控制的三通比例减压阀

技术领域

本发明涉及一种电闭环控制的三通比例减压阀，特别是一种采用电液比例方法，对封闭容腔内的压力进行连续无级调整的三通比例减压阀。

背景技术

液压系统中常常采用三通型的比例减压阀对封闭的容腔，或多执行器系统中某一支路的压力进行连续无级控制，对于小流量的场合，可采用比例电磁铁直接驱动的方式，这样的阀也常用作比例先导阀，如德国力士乐公司的FTDRE 4 K型三通比例减压阀，流量范围只有5 L/min 左右，用两个这样的直动式三通比例减压阀控制比例多路阀的换向，许多公司采用类似的方案。当需要阀的输出流量较大时，如10 L/min以上，往往需要采用先导型的结构，如德国力士乐公司的DRE 6-1X/100K4型号的阀，但阀的结构较直动方式复杂许多，制造难度和成本也增加，另外采用纯机械式的控制方式，需要采用一些直径非常小的阻尼孔，来提高阀工作的稳定性，降低了阀的抗油液污染能力和工作可靠性，在一些对阀工作可靠性和控制精度要求非常高的应用场合，如矿井提升机的制动器压力控制系统，风力发电机的制动器等，需要实时判断阀芯是否可靠工作，现有的这两类阀都不具有这样的功能，只采用机械反馈控制精度也较低。

发明内容

基于现有三通比例减压阀，采用小直径阻尼孔提高稳定性，影响阀的抗油液污染能力，只采用机械反馈，控制精度低；无论是直动式结构还是先导控制方式结构，均未设置有阀芯位置运行状态监测装置，无法判断其阀的工作状态，本发明提供一种能够增加阀的工作稳定性和实时监测阀芯运行状态的电闭环控制的三通比例减压阀。

为克服上述现有技术的不足，本发明所采用的技术方案是一种电闭环控制的三通比例减压阀，其特征是：

进一步增设有位移传感器、压力传感器、比较器、闭环控制器和显示器；

所述三通比例减压阀是机械反馈控制的三通比例减压阀，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述位移传感器是与控制阀芯和比例电磁铁同轴设置，用于检测控制阀芯的位移x和速度x _V，并将速度信号x _V输入到比较器；

所述压力传感器是安设在与工作油口A连通的管路上，用于检测被控制的压力p _A，并将被控制压力信号p _A输入到比较器；

所述比较器是接收压力设定信号U _SP与压力传感器的被控制压力信号p _A，并进行比较，其差值输入到闭环控制器运算后，再输入到比例放大器及其输出信号输入到比例电磁铁，控制阀的输出压力；

所述显示器是设置于比例放大器中，或是设置在上层计算机中。

为克服上述现有技术的不足，本发明所采用的另一技术方案是一种电闭环控制的三通比例减压阀，包含有机械反馈控制的三通比例减压阀、阀体、控制阀芯、比例电磁铁、复位弹簧和后端盖；其特征是：

所述机械反馈控制的三通比例减压阀是比例电磁铁直接驱动的直动式阀，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述控制阀芯是其中间开有通油孔L，通油孔L的两端分别与第一端面C和第二端面D联通，通油孔L同时和工作油口A连通，控制阀芯与比例电磁铁和复位弹簧同轴设置；

所述比例电磁铁是其一端集成有位移传感器，用于检测比例电磁铁衔铁的位置和速度；另一端直接作用在控制阀芯的第一端面C上；

所述复位弹簧是其一端作用在控制阀芯的第二端面D上，另一端作用在后端盖上。

上述技术方案进一步的附加技术特征在于：

所述控制阀芯的第一端面C的直径小于第二端面D的直径，其差值由比例电磁铁最大的输出力而定。

所述位移传感器是集成在比例电磁铁上，通过检测比例电磁铁衔铁来检测阀芯位置x和速度x _V，或是安设在控制阀芯上，直接检测阀芯的位置x和速度x _V。

为克服上述现有技术的不足，本发明所采用的还有一种技术方案是电闭环控制的三通比例减压阀，包含有机械反馈控制的三通比例减压阀、比例电磁铁、复位弹簧、后端盖、先导流量控制器、先导阀、主阀体、主阀芯、阻尼孔、弹簧腔和主阀控制腔；其特征是：

所述机械反馈控制的三通比例减压阀是先导控制型的阀，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述主阀芯是与位移传感器与复位弹簧，同轴设置，用于检测主阀芯的位置x和速度x _V；主阀芯的工作油口A的压力油经过阻尼孔引入到弹簧腔，油口P的压力油经过先导流量控制器进入到主阀控制腔。

实现本发明所描述的一种电闭环控制的三通比例减压阀，与现有技术相比，所具有的突出特点与积极效果在于：较只采用机械反馈式结构，加入压力传感器构成电闭环控制，极大地提高了阀控制压力的精度；加入位移传感器检测阀芯的位置和速度，一方面能够实时指示阀芯的工作状态，用于判断阀工作是否正常；另一方面，在压力闭环控制中引入阀芯速度的负反馈，极大地提高了阀的工作动态稳定性，从而可增大阻尼孔的直径，甚至去掉阻尼孔，有效地提高了阀的抗污染能力。

附图说明

图1是本发明实施例1，直动式的阀芯状态可测的高稳定性三通比例减压阀的原理示意图。

图2是本发明实施例1中，直动式的阀芯状态可测的高稳定性三通比例减压阀控制阀芯示意图。

图3是本发明实施例2，先导型阀的芯状态可测的高稳定性三通比例减压阀的原理示意图。

图4 是本发明实施例3的示意图。

图中：1：机械反馈的三通比例减压阀，2：位移传感器，3：压力传感器，4：阀体，5；控制阀芯，6：比例电磁铁，7：复位弹簧，8：后端盖，9：先导流量控制器，10：先导阀，11：主阀体，12：主阀芯，13：阻尼孔，14：弹簧腔，15：主阀控制腔，16：比较器，17：闭环控制器，18：比例放大器，19：显示器。

A：工作油口， T：油箱口，P：压力油口，C: 第一端面，D: 第二端面，L：通油孔，U _SP：压力设定信号，x _V：速度信号，x：位移，p _A：被控制压力。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做出说明。

实施本发明所提供的一种电闭环控制的三通比例减压阀，其结构改进是在现有三通比例减压阀的基础上，增设有位移传感器2和压力传感器3，位移传感器2检测阀芯的位置和速度信息，用于判断阀芯的工作状态，速度信息用来构成阀芯速度的负反馈，提高阀工作的稳定性，增大阀内阻尼孔的直径，以便提高阀的抗污染能力；压力传感器3用来构成阀输出压力的闭环控制，进一步提高压力控制精度，具体结构包括机械反馈控制的三通比例减压阀1，其构成是进一步增设有位移传感器2，压力传感器3，机械反馈的三通比例减压阀1具有工作油口A，压力油口P和油箱口T 三个油口；压力传感器3安装在与工作油口A连通的管路上，用于检测被控制的压力p _A；位移传感器2与控制阀芯5同轴安装，用于检测控制阀芯5的位移和速度。

当机械反馈控制的三通比例减压阀1是比例电磁铁直接驱动的直动式阀，其组成包括有阀体4，控制阀芯5，比例电磁铁6，复位弹簧7，后端盖8；位移传感器2集成在比例电磁铁6上，用于检测比例电磁铁衔铁的位置和速度，位移传感器2、比例电磁铁6、控制阀芯5和复位弹簧7同轴布置，比例电磁铁6的衔铁直接作用在控制阀芯5的第一端面C上，复位弹簧7一端作用在控制阀芯5的第二端面D上，复位弹簧7的另一端作用在后端盖8上；控制阀芯5的第一端面C的直径较第二端面D的直径要小，其差值视比例电磁铁6最大的输出力而定；控制阀芯5的中间开有通油孔L，通油孔L的两端分别和第一端面C和第二端面D联通，这一通油孔L同时和工作油口A连通。

当机械反馈控制的三通比例减压阀1是先导控制型的阀，其组成包括有比例电磁铁6，复位弹簧7，后端盖8，先导流量控制器9，先导阀10，主阀体11，主阀芯12，阻尼孔13，弹簧腔14，主阀控制腔15，位移传感器2与复位弹簧7，主阀芯12同轴布置，用于检测主阀芯的位置和速度，工作油口A的压力油经过阻尼孔引入到弹簧腔14，油口P的压力油经过先导流量控制器9进入到主阀控制腔15。

实际应用时，位移传感器2可以和比例电磁铁6集成在一起，通过检测比例电磁铁动铁心来检测阀芯位置和速度，也可以安装在控制阀芯5上，直接检测阀芯的位置和速度。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明。

实施例1

如图1和图2，对本发明的第1实施例进行说明。实施本发明所述的一种电闭环控制的三通比例减压阀，采用比例电磁铁6直接驱动的三通比例减压阀作为实施对象，其组成包括有阀体4，控制阀芯5，比例电磁铁6，复位弹簧7，后端盖8；在此基础上进一步增加了位移传感器2，压力传感器3，阀体4上设置有工作油口A，压力油口P和油箱口T 三个油口，压力传感器3安装在与工作油口A连通的管路上，用于检测被控制的压力p _A，位移传感器2集成在比例电磁铁6上，用于检测比例电磁铁6衔铁的位置和速度，位移传感器2、比例电磁铁6、控制阀芯5和复位弹簧7同轴布置，比例电磁铁6的衔铁直接作用在控制阀芯5的第一端面C上，复位弹簧7一端作用在控制阀芯5的第二端面D上，复位弹簧7的另一端作用在后端盖8上；控制阀芯5的第一端面C直径较第二端面D的直径要小0.4 mm，控制阀芯5的中间开有直径1.5mm 的通油孔L，通油孔L两端分别和第一端面C和第二端面D联通，这一通油孔L同时和工作油口A连通。

如附图1，系统的工作过程是，压力设定信号U _SP直接输入到比例放大器18，给定比例电磁铁6一个设定电流值，比例电磁6输出一个对应的电磁力，电磁力通过衔铁作用到控制阀芯5的第一端面C上，推动控制阀芯5克服弹簧力向左运动，压力油口P与工作油口A连通，被控制的压力p _A升高，该压力油经过控制阀芯中的通油孔L引入到控制阀芯的第一端面C和第二端面D上，由于面积差的存在，就会产生一个使控制阀芯5向左运动的力，这个力与比例电磁铁6的驱动力平衡，使控制阀芯5稳定在一个确定的位置，与此同时，压力传感器3将检测到的被控压力p _A的实际值输入到比较器16与设定信号U _SP比较，其差值输入到控制器17，在控制器17中经过PID调节运算后，与压力设定值U _SP相加后输入到比例放大器18，构成被控压力的闭环控制，提高系统控制压力的控制精度。位移传感器2实时监测控制阀芯5的运行状态，将检测到的信号输入到上层计算机供故障诊断应用，位移传感器2同时检测控制阀芯5的运动速度，控制阀芯的速度信号x _V作为负反馈与经过PID运算后的控制信号相减后输入到比例放大器18，其作用是提高阀工作的稳定性。

实施例2

根据图3，对本发明的第2个实施例进行说明。实施本发明所述的一种阀芯状态可测的高稳定性三通比例减压，采用先导控制型的阀作为实施对象，其组成包括有比例电磁铁6，复位弹簧7，后端盖8，先导流量控制器9，先导阀10，主阀体11，主阀芯12，阻尼孔13，弹簧腔14，主阀控制腔15，具有工作油口A，压力油口P和油箱口T 三个油口，特征是进一步增设了位移传感器2，压力传感器3，压力传感器3安装在与工作油口A连通的管路上，用于检测被控制的压力，位移传感器2与复位弹簧7，主阀芯12同轴布置，用于检测主阀芯12的位置和速度，工作油口A的压力油经过阻尼孔13引入到弹簧腔14，油口P的压力油经过先导流量控制器9进入到主阀控制腔15。

如附图3，系统的工作过程是，首先通过比例放大器6给定比例电磁铁6一个设定值U _SP，比例电磁铁输出一个对应的电磁力，电磁力通过衔铁作用到先导阀10，使主阀控制腔15中的压力升高，这一力作用到主阀芯12的左端面，推动主阀芯12克服弹簧力向右运动，压力油口P与工作油口A连通，压力油进入与工作有口连通的管路，使被控制压力p _A升高，该压力油经过阻尼孔13引入到弹簧腔14，作用在主阀芯的右端面上，产生一个使主阀芯12向左运动的力，这个力与主阀控制腔15中的液压力平衡，使主阀芯12稳定在一个确定的位置，与此同时，压力传感器3将检测到被控压力p _A的实际值输入到比较器16与设定信号U _SP比较，其差值输入到控制器17，在控制器17中经过PID调节运算后，与压力设定值U _SP相加后输入到比例放大器18，构成被控压力的闭环控制，提高系统控制压力的控制精度。位移传感器2实时监测主阀芯12的运行状态，将检测到的阀芯位移信号x输入到上层计算机供故障诊断应用，位移传感器2同时检测主阀芯12的运动速度，主阀芯12的速度信号x _V作为负反馈与经过PID运算后的控制信号相减后输入到比例放大器18，其作用是提高阀工作的稳定性。

实施例3

实施例3在阀的组成和控制原理上与实施例1类似，采用比例电磁铁直接驱动的三通比例减压阀作为实施对象，区别在于检测控制阀芯5的位移传感器2不是和比例电磁铁6集成为一体，而是单独设置，安装在控制阀芯5的另一端，检测控制阀芯5的位置和速度变化情况。

Claims

1.一种电闭环控制的三通比例减压阀，其特征是：

进一步增设有位移传感器[2]、压力传感器[3]、比较器[16]、闭环控制器[17]和显示器[19]；

所述三通比例减压阀是机械反馈控制的三通比例减压阀[1]，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述位移传感器[2]是与控制阀芯[5]和比例电磁铁[6]同轴设置，用于检测控制阀芯[5]的位移x和速度x _V，并将速度信号x _V输入到比较器[16]；

所述压力传感器[3]是安设在与工作油口A连通的管路上，用于检测被控制的压力p _A，并将被控制压力信号p _A输入到比较器[16]；

所述比较器[16] 是接收压力设定信号U _SP与压力传感器[3]的被控制压力信号p _A，并进行比较，其差值输入到闭环控制器[17]运算后，再输入到比例放大器[18]及其输出信号输入到比例电磁铁[6]，控制阀的输出压力；

所述显示器[19]是设置于比例放大器[18]中，或是设置在上层计算机中。

2.一种如权利要求1所述的电闭环控制的三通比例减压阀，包含有机械反馈控制的三通比例减压阀[1]、阀体[4]、控制阀芯[5]、比例电磁铁[6]、复位弹簧[7]和后端盖[8]；其特征是：

所述机械反馈控制的三通比例减压阀[1]是比例电磁铁直接驱动的直动式阀，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述控制阀芯[5]是其中间开有通油孔L，通油孔L的两端分别与第一端面C和第二端面D联通，通油孔L同时和工作油口A连通，控制阀芯[5]与比例电磁铁[6] 和复位弹簧[7]同轴设置；

所述比例电磁铁[6]是其一端集成有位移传感器[2]，用于检测比例电磁铁[6]衔铁的位置和速度；另一端直接作用在控制阀芯[5]的第一端面C上；

所述复位弹簧[7]是其一端作用在控制阀芯[5]的第二端面D上，另一端作用在后端盖[8]上。

3.如权利要求2所述的电闭环控制的三通比例减压阀，其特征是：控制阀芯[5]的第一端面C的直径小于第二端面D的直径，其差值由比例电磁铁最大的输出力而定。

4. 如权利要求2所述的电闭环控制的三通比例减压阀，其特征是：位移传感器[2]是集成在比例电磁铁[6]上，通过检测比例电磁铁衔铁[6]来检测阀芯位置x和速度x _V，或是安设在控制阀芯[5]上，直接检测阀芯的位置x和速度x _V。

5.一种如权利要求1所述的电闭环控制的三通比例减压阀，包含有机械反馈控制的三通比例减压阀[1]、比例电磁铁[6]、复位弹簧[7]、后端盖[8]、先导流量控制器[9]、先导阀[10]、主阀体[11]、主阀芯[12]、阻尼孔[13]、弹簧腔[14]和主阀控制腔[15]；其特征是：

所述机械反馈控制的三通比例减压阀[1]是先导控制型的阀，具有工作油口A、压力油口P和油箱油口T；

所述主阀芯[12]是与位移传感器[2]与复位弹簧[7]，同轴设置，用于检测主阀芯[12]的位置x和速度x _V；主阀芯[12]的工作油口A的压力油经过阻尼孔[13]引入到弹簧腔[14]，油口P的压力油经过先导流量控制器[9]进入到主阀控制腔[15]。