CN103089722B - 双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，包括与筒阀连接的多个液压缸，每个所述液压缸的上腔均与双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述液压缸的下腔均经液控单向阀与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，所述液控单向阀的控制油口与所述液压缸上腔的进油管连接，所述液控单向阀的P2口与所述液压缸的下腔连接，所述液控单向阀的P1口与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述双阀芯旋转式方向节流阀均与一个工作状态切换液动换向阀连接。本发明功能齐全，安全可靠，液压元件少，系统简化，方便调试与检测。

Description

双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统

技术领域

本发明涉及一种机电液一体化控制领域，特别是涉及一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统。

背景技术

筒阀作为一种断开阀，安装在水轮机固定导叶与活动导叶之间。因筒阀直径和质量大，其启闭过程需要由多个执行机构完成。由于需要在水平、平稳的状态下运动，不能出现发卡现象，因此需要可靠的同步系统保证多执行机构的同步运行。目前筒阀采用的同步方式主要是机械同步和电液同步。现有的电液同步控制主要由电液伺服(比例)阀、接力器和位移传感器组成闭环控制系统实现，这种同步控制方式的缺点是控制系统复杂，要求电气系统与液压系统密切配合，制作成本高，难以实现高精度控制。系统以及管道连接复杂，调试困难。

中国专利“200910070109.1”公开了一种带飞逸关闭功能的水轮机筒阀机电液控制系统，通过控制电液比例方向阀的流量控制接力器的速度，实现高精度液压电气同步和速度控制，并且具有过速保护装置和飞逸关闭功能，但是该系统控制管路比较复杂，通过液压元件进行位置与速度的控制不如直接使用数字阀方便、准确。

中国专利“200910059617.X”公开了一种全数字集成式筒形阀电液同步控制系统，通过控制数字缸输入脉冲的频率和数量，实现高精度的电气同步控制和速度控制要求，简化了控制系统和液压管路，但是该系统不具备过速保护装置和飞逸关闭功能。液压主控元件采用滑阀式数字阀，步进电机与阀芯之间需要机械转换机构把转角转换为阀芯的直线位移，随着转换机构的磨损，使控制的不确定性增加，而且由于数字阀与液压缸是一个整体，不宜用这种控制方法来改造已有的筒阀控制系统。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，该系统结构简单，方便编程和调试，并且控制精确稳定。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，包括与筒阀连接的多个液压缸，每个所述液压缸的无杆腔均与双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述液压缸的有杆腔均经液控单向阀与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，所述液控单向阀的控制油口与所述液压缸无杆腔的进油管连接，所述液控单向阀的出油口与所述液压缸的有杆腔连接，所述液控单向阀的进油口与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述双阀芯旋转式方向节流阀均与一个工作状态切换液动换向阀连接；

所述工作状态切换液动换向阀通过供油总管P与正常工作供油油路连接，所述工作状态切换液动换向阀通过回油总管T与油箱连接，所述工作状态切换液动换向阀的控制油口与飞逸保护控制油路连接，所述工作状态切换液动换向阀切换该系统的正常工作状态和飞逸保护工作状态，每个所述液压缸均设有飞逸保护油路。

正常工作供油油路包括油罐和油泵，所述油泵连接在所述油罐和供油总管P之间；

飞逸保护控制油路包括与飞逸保护装置连接的二位四通阀Ⅰ、与所述二位四通阀Ⅰ连接的飞逸液动换向阀、所述油泵和所述油罐，所述飞逸液动换向阀的A口分别与飞逸保护液动换向阀、平衡阀、工作状态切换液动换向阀的控制油口相连，所述飞逸液动换向阀的P口和所述二位四通阀Ⅰ的P口经所述油泵与所述油罐相连；

飞逸保护油路设有供油油路和回油油路，飞逸保护油路的供油油路包括依次连接的所述油罐、所述油泵、所述飞逸保护液动换向阀、供油总管A和单向阀，所述单向阀的出口与所述液压缸的无杆腔连接，所述单向阀的进口与所述供油总管A连接，飞逸保护油路的回油油路包括依次连接的所述液控单向阀、同步马达、所述平衡阀和所述油箱，所述液控单向阀的进油口与所述同步马达连接；

所述双阀芯旋转式方向节流阀全称为双电机驱动的双阀芯旋转式方向节流阀，包括阀体和装配在其内的两个相对的阀芯，所述两个相对的阀芯分别为AB阀芯和PT阀芯，所述AB阀芯和所述PT阀芯相对的内端面形成密封，所述AB阀芯的外端设有反馈输入轴，所述反馈输入轴与反馈电机连接，所述PT阀芯的外端设有控制输入轴，所述控制输入轴与驱动电机连接；

所述阀体上设有A、B、P、T四个油口；所述AB阀芯的外表面上设有与阀体油口A连通的环形凹槽A，与阀体油口B连通的环形凹槽B，所述AB阀芯内设有与所述环形凹槽A相通的油孔A，与所述环形凹槽B相通的油孔B；所述PT阀芯的外表面上设有与阀体油口P连通的环形凹槽P，与阀体油口T连通的环形凹槽T，所述PT阀芯内设有与所述环形凹槽P相通的油孔P，与所述环形凹槽T相通的油孔T，所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口相邻；

所述AB阀芯的内端面上设有与其同心的环形凹槽C，所述环形凹槽C内设有所述油孔P和所述油孔T的孔口封盖柱销，所述孔口封盖柱销将所述环形凹槽C堵隔成相应的独立区段，相邻的两个所述独立区段内分别设有所述A油孔的孔口和所述B油孔的孔口；

该系统包括控制模块，所述控制模块通过控制对所述驱动电机和所述反馈电机发送脉冲的频率和数量控制所述双阀芯旋转式方向节流阀的开口方向和开口大小，所述液压缸设有状态反馈传感器，所述控制模块根据所述状态反馈传感器的反馈信号调整所述双阀芯旋转式方向节流阀的开口方向和开口大小。

所述孔口封盖柱销有4个，且均布在所述环形凹槽C内；所述油孔A的孔口、所述油孔B的孔口、所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口均为对称布置的2个。

所述工作状态切换液动换向阀为两位四通阀。

所述飞逸保护液动换向阀为二位二通阀。

所述飞逸液动换向阀为二位四通阀Ⅱ。

所述油泵为柱塞泵。

本发明具有的优点和积极效果是：功能齐全，安全可靠，液压元件少，系统简化，方便调试与检测；机组飞逸时可自动关闭水轮机筒阀；通过对控制模块的编程，液压缸活塞的运动规律同步可调，通过传感器的反馈，使液压缸活塞的运动控制在一定的范围内，实现了高精度的机械液压电气同步控制；本发明采用双阀芯旋转式方向节流阀作为液压缸运动的主要控制元件，该阀结构对称，阀芯阀体受力均匀，结构稳定，两瓣阀芯均由驱动电机直接驱动旋转，无须利用偏心轮或丝杠等机构把转角转换为直线位移，避免了未知死区和零点漂移，而且利用两瓣阀芯的同向旋转，容易构成位置反馈，提高了控制精度，所用双阀芯旋转式方向节流阀具有比例阀和伺服阀的优点，并且与比例阀和伺服阀相比，结构简单，加工容易，操作方便，容易实现量化控制；双阀芯旋转式方向节流阀与液压缸是分开的，本发明可用于改造现有的多缸控制系统。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀的结构示意图；

图3为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀AB阀芯的结构示意图；

图4为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀PT阀芯的结构示意图；

图5为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀PT阀芯左旋时的方向切换示意图；

图6为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀PT阀芯上的油孔被孔口封盖柱销完全封盖时的示意图；

图7为本发明所用双阀芯旋转式方向节流阀PT阀芯右旋时的方向切换示意图。

图中：1、油泵；2、平衡阀；3、飞逸液动换向阀；4、飞逸保护液动换向阀；5、同步马达；6、工作状态切换液动换向阀；7、双阀芯旋转式方向节流阀；8、液控单向阀；9、单向阀；10、液压缸；11、油箱；12、油罐；13、二位四通阀Ⅰ；14、飞逸保护装置；15、控制模块；16、状态反馈传感器；70、驱动电机；71、反馈电机；72、轴承端盖；73、反馈输入轴；74、推力轴承；75、阀体；76、油路接头；77、AB阀芯；78、PT阀芯；79、控制输入轴；31、环形凹槽B；32、环形凹槽A；33、孔口封盖柱销。在图5～图7中，AB阀芯在纸面下面，PT阀芯在纸面上面。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图7，一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，包括与筒阀连接的多个液压缸10，每个所述液压缸10的无杆腔均与双阀芯旋转式方向节流阀7连接，每个所述液压缸的有杆腔均经液控单向阀8与所述双阀芯旋转式方向节流阀7连接，所述液控单向阀8的控制油口与所述液压缸10无杆腔的进油管连接，所述液控单向阀8的出油口与所述液压缸10的有杆腔连接，所述液控单向阀8的进油口与所述双阀芯旋转式方向节流阀7连接，每个所述双阀芯旋转式方向节流阀7均与一个工作状态切换液动换向阀6连接；所述工作状态切换液动换向阀6通过供油总管P与正常工作供油油路连接，所述工作状态切换液动换向阀6通过回油总管T与油箱连接，所述工作状态切换液动换向阀6的控制油口与飞逸保护控制油路连接，所述工作状态切换液动换向阀6切换该系统的正常工作状态和飞逸保护工作状态，每个所述液压缸10均设有飞逸保护油路。

正常工作供油油路包括油罐12和油泵1，所述油泵1连接在所述油罐12和供油总管P之间；飞逸保护控制油路包括与飞逸保护装置14连接的二位四通阀Ⅰ13、与所述二位四通阀Ⅰ13连接的飞逸液动换向阀3、所述油泵1和所述油罐12，所述飞逸液动换向阀3的A口分别与飞逸保护液动换向阀4、平衡阀2、工作状态切换液动换向阀6的控制油口相连，所述飞逸液动换向阀3的P口和所述二位四通阀Ⅰ13的P口经所述油泵1与所述油罐12相连。

飞逸保护油路设有供油油路和回油油路，飞逸保护油路的供油油路包括依次连接的所述油罐12、所述油泵1、所述飞逸保护液动换向阀4、供油总管A和单向阀9，所述单向阀9的出口与所述液压缸10的无杆腔连接，所述单向阀9的进口与所述供油总管A连接，飞逸保护油路的回油油路包括依次连接的所述液控单向阀8、同步马达5、所述平衡阀2和所述油箱11，所述液控单向阀8的进油口与所述同步马达5连接。

所述双阀芯旋转式方向节流阀7包括阀体75和装配在其内的两个相对的阀芯77、78，所述两个相对的阀芯77、78分别为AB阀芯和PT阀芯，所述AB阀芯77和所述PT阀芯78相对的内端面形成密封，所述AB阀芯77的外端设有反馈输入轴73，所述反馈输入轴73与反馈电机71连接，所述PT阀芯78的外端设有控制输入轴79，所述控制输入轴79与驱动电机70连接。

所述阀体75上设有A、B、P、T四个油口；所述AB阀芯77的外表面上设有与阀体油口A连通的环形凹槽A32，与阀体油口B连通的环形凹槽B31，所述AB阀芯77内设有与所述环形凹槽A32相通的油孔A，与所述环形凹槽B31相通的油孔B；所述PT阀芯78的外表面上设有与阀体油口P连通的环形凹槽P，与阀体油口T连通的环形凹槽T，所述PT阀芯78内设有与所述环形凹槽P相通的油孔P，与所述环形凹槽T相通的油孔T，所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口相邻。

所述AB阀芯77的内端面上设有与其同心的环形凹槽C，所述环形凹槽C内设有所述油孔P和所述油孔T的孔口封盖柱销33，所述孔口封盖柱销33将所述环形凹槽C堵隔成相应的独立区段，相邻的两个所述独立区段内分别设有所述A油孔的孔口和所述B油孔的孔口。

该系统包括控制模块15，所述控制模块15通过控制对所述驱动电机70和所述反馈电机71发送脉冲的频率和数量控制所述双阀芯旋转式方向节流阀7的开口方向和开口大小，所述液压缸10设有状态反馈传感器16，所述控制模块15根据所述状态反馈传感器16的反馈信号调整所述双阀芯旋转式方向节流阀7的开口方向和开口大小。

在本实施例中，所述孔口封盖柱销33有4个，且均布在所述环形凹槽C内；所述油孔A的孔口、所述油孔B的孔口、所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口均为对称布置的2个。所述工作状态切换液动换向阀6为两位四通阀。所述飞逸保护液动换向阀4为二位二通阀。所述飞逸液动换向阀3为二位四通阀Ⅱ。所述油泵1为柱塞泵。

本发明的工作原理：

筒阀上升时，控制模块15发送相应的脉冲到双阀芯旋转式方向节流阀7的驱动电机70上，PT阀芯78向左旋转，使双阀芯旋转式方向节流阀7的P口与A口接通，B口与T口接通，此时油液通过油泵1、油罐12、进油总管P、工作状态切换液动换向阀6、双阀芯旋转式方向节流阀7、液控单向阀8进入液压缸10的有杆腔，使液压缸10的活塞向上运动，带动筒阀上升，液压缸10无杆腔的油液经过双阀芯旋转式方向节流阀7、工作状态切换液动换向阀6、回油总管T返回油箱11。

筒阀下降时，控制模块15发送相应脉冲到双阀芯旋转式方向节流阀7的驱动电机70上，PT阀芯78向右旋转，使双阀芯旋转式方向节流阀7的P口与B口接通，A口与T口接通，此时油液通过油泵1、油罐12、进油总管P、工作状态切换液动换向阀6、双阀芯旋转式方向节流阀7进入液压缸10的无杆腔，同时打开液动单向阀8，使液压缸10的活塞向下运动，带动筒阀下降，液压缸10有杆腔的油液经过液动单向阀8、双阀芯旋转式方向节流阀7、工作状态切换液动换向阀6、回油总管T返回油箱11。

液压缸10活塞的运动速度由控制模块15向双阀芯旋转式方向节流阀7发送脉冲的频率控制，运动位移由控制模块15向双阀芯旋转式方向节流阀7发送脉冲的数量控制；同时液压缸10活塞的运动速度及位移通过传感器16反馈给控制模块15，控制模块15经过偏差计算后，对发出的脉冲信号做出调整，调节阀芯的输出流量，以达到多液压缸同步运动的目的。

机组发生飞逸时，飞逸保护装置14在离心力的作用下端口Q撞击二位四通阀Ⅰ13的M口，使二位四通阀Ⅰ13换向，油液经过二位四通阀Ⅰ13的A口到达飞逸液动换向阀3的控制口，使飞逸液动换向阀3换向，打开飞逸控制油路，同时关闭工作状态切换液动换向阀6，双阀芯旋转式方向节流阀7的油液信号被断开，此时液压油经过油泵1、油罐12、飞逸保护液动换向阀4、供油总管A、单向阀9进入液压缸10的无杆腔，同时打开液控单向阀8，使液压缸10活塞向下运动，带动筒阀紧急关闭，液压缸10有杆腔的油液经过液控单向阀8、同步马达5、平衡阀2返回油箱11。

本实施例中双阀芯旋转式方向节流阀7上的驱动电机70接收脉冲信号连续旋转时，由于反馈信号的滞后作用，使反馈电机71的转角总是落后驱动电机70，因此AB阀芯77的转角总是落后PT阀芯78，这将保持双阀芯旋转式方向节流阀7具有一定的开口量，使液压执行器持续动作。双阀芯旋转式方向节流阀7的开口大小由步进电机的转速决定，即脉冲信号的频率，脉冲信号频率越高，电机转速越快，阀的开口越大，阀的开口大小决定了液压执行器的速度。阀输出的总流量由电机的转角决定，即总的脉冲信号的个数，脉冲信号越多，电机转角越大，阀的输出流量就越大，阀输出的总流量的大小决定了液压执行器的位移。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，包括与筒阀连接的多个液压缸，每个所述液压缸的无杆腔均与双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述液压缸的有杆腔均经液控单向阀与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，所述液控单向阀的控制油口与所述液压缸无杆腔的进油管连接，所述液控单向阀的出油口与所述液压缸的有杆腔连接，所述液控单向阀的进油口与所述双阀芯旋转式方向节流阀连接，每个所述双阀芯旋转式方向节流阀均与一个工作状态切换液动换向阀连接；

所述工作状态切换液动换向阀通过供油总管P与正常工作供油油路连接，所述工作状态切换液动换向阀通过回油总管T与油箱连接，所述工作状态切换液动换向阀的控制油口与飞逸保护控制油路连接，所述工作状态切换液动换向阀切换该系统的正常工作状态和飞逸保护工作状态，每个所述液压缸均设有飞逸保护油路；

正常工作供油油路包括油罐和油泵，所述油泵连接在所述油罐和供油总管P之间；

飞逸保护控制油路包括与飞逸保护装置连接的二位四通阀I、与所述二位四通阀I连接的飞逸液动换向阀、所述油泵和所述油罐，所述飞逸液动换向阀的A口分别与飞逸保护液动换向阀、平衡阀、工作状态切换液动换向阀的控制油口相连，所述飞逸液动换向阀的P口和所述二位四通阀I的P口经所述油泵与所述油罐相连；

飞逸保护油路设有供油油路和回油油路，飞逸保护油路的供油油路包括依次连接的所述油罐、所述油泵、所述飞逸保护液动换向阀、供油总管A和单向阀，所述单向阀的出口与所述液压缸的无杆腔连接，所述单向阀的进口与所述供油总管A连接，飞逸保护油路的回油油路包括依次连接的所述液控单向阀、同步马达、所述平衡阀和所述油箱，所述液控单向阀的进油口与所述同步马达连接；

所述双阀芯旋转式方向节流阀全称为双电机驱动的双阀芯旋转式方向节流阀，包括阀体和装配在其内的两个相对的阀芯，所述两个相对的阀芯分别为AB阀芯和PT阀芯，所述AB阀芯和所述PT阀芯相对的内端面形成密封，所述AB阀芯的外端设有反馈输入轴，所述反馈输入轴与反馈电机连接，所述PT阀芯的外端设有控制输入轴，所述控制输入轴与驱动电机连接；

所述阀体上设有A、B、P、T四个油口；所述AB阀芯的外表面上设有与阀体油口A连通的环形凹槽A，与阀体油口B连通的环形凹槽B，所述AB阀芯内设有与所述环形凹槽A相通的油孔A，与所述环形凹槽B相通的油孔B；所述PT阀芯的外表面上设有与阀体油口P连通的环形凹槽P，与阀体油口T连通的环形凹槽T，所述PT阀芯内设有与所述环形凹槽P相通的油孔P，与所述环形凹槽T相通的油孔T，所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口相邻；

所述AB阀芯的内端面上设有与其同心的环形凹槽C，所述环形凹槽C内设有所述油孔P和所述油孔T的孔口封盖柱销，所述孔口封盖柱销将所述环形凹槽C堵隔成相应的独立区段，相邻的两个所述独立区段内分别设有所述A油孔的孔口和所述B油孔的孔口；

该系统包括控制模块，所述控制模块通过控制对所述驱动电机和所述反馈电机发送脉冲的频率和数量控制所述双阀芯旋转式方向节流阀的开口方向和开口大小，所述液压缸设有状态反馈传感器，所述控制模块根据所述状态反馈传感器的反馈信号调整所述双阀芯旋转式方向节流阀的开口方向和开口大小。

2.根据权利要求1所述的双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，所述孔口封盖柱销有4个，且均布在所述环形凹槽C内；所述油孔A的孔口、所述油孔B的孔口、所述油孔P的孔口和所述油孔T的孔口均为对称布置的2个。

3.根据权利要求1所述的双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，所述工作状态切换液动换向阀为两位四通阀。

4.根据权利要求1所述的双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，所述飞逸保护液动换向阀为二位二通阀。

5.根据权利要求1所述的双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，所述飞逸液动换向阀为二位四通阀II。

6.根据权利要求1所述的双阀芯旋转式方向节流阀控筒阀多缸电液控制系统，其特征在于，所述油泵为柱塞泵。