CN103148035A - 一种直馈式数字液压阀 - Google Patents

Abstract

一种直馈式数字液压阀，包括指令电机(8)、花键副(12)、阀体(13)、阀芯(10)、反馈螺纹副(11)、反馈电机（6），所述的指令电机通过花键副与阀芯连接；所述的反馈电机通过反馈螺纹副与阀芯连接，所述阀芯可在阀体内通过反馈螺纹副转换为轴向滑动以控制阀口开度。本发明可将执行机构的反馈信号直接作用到反馈电机，在阀内完成控制调节，不需要控制器的控制运算，结构简单、可靠性高、响应速度快。特别是由这种液压阀组成的控制系统不需要控制算法，一般液压技术人员可以用其方便的组成液压控制系统。

Description

一种直馈式数字液压阀

技术领域

本发明涉及液压控制，具体说是一种直馈式数字液压阀。

背景技术

近年来，计算机控制技术取得了飞速的发展，其最突出特点之一是快速处理二进制数字脉冲信号，这种二进制脉冲数字信号以其稳定性、可靠性和免维护性等优越的性能正在被各个领域所接受。液压控制系统也不例外，相继出现了组合式数字阀、步进式数字阀、高速开关阀等数字阀产品，它们的最大优点是将原来电液伺服阀和电液比例阀的控制信号由模拟量变为数字量，从而提高了控制系统的稳定性，为液压控制的数字化做出了贡献。但是，无论是电液伺服（比例）阀，还是数字液压阀，其基本原理是通过控制阀的开度控制流量，而控制信号的调节必须由控制器完成。即控制器接收指令信号，把其与传感器反馈的信号进行控制运算，根据反馈信号与指令信号的接近程度调节伺服阀的输入，从而控制执行机构的速度、位置和方向。图1为典型的液压位置控制系统原理图：给定控制器（1）指令位移信号，该信号与位移传感器（3）测量的液压缸实际位移信号比较，如果实际位移比指令位移的信号小，控制器（1）输出正的控制信号，在控制信号的控制下，液压阀控制液压油向液压缸（4）下腔供油，上腔回油，液压缸向伸长的方向运动。在液压缸运动的过程中，位移传感器测量的液压缸实际位移信号与指令位移信号在控制器（1）内进行比较运算，运算后的信号输出给液压控制阀，控制进入液压缸的流量，从而液压缸（或马达）的速度和位置。

液压伺服控制系统最难的环节为控制器，要把指令信号与反馈信号通过一定的控制算法（PID或其它算法）处理后控制电液伺服阀，因为控制算法必须从事自动控制的人才能掌握，许多从事液压的技术人员并不具备自动控制的知识。在搭建液压系统的同时还要构件一套智能控制系统，开发控制程序，因此，控制器成为液压技术人员进行伺服控制的“瓶颈”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直馈式数字液压阀，这种液压阀使用数字信号控制，可以将执行机构的反馈信号直接反馈到液压阀的反馈端，不需要控制器的控制算法运算，从而使组装构成液压系统变得简单，并有高的可靠性和快的响应速度。

所述直馈式数字液压阀，包括阀体、阀芯、花键副、指令电机，指令电机用于接收指令脉冲并根据所述指令脉冲的频率和个数分别确定所述指令电机输出轴的转速和旋转角度；花键副的两相背侧面分别与所述指令电机的输出轴和所述数字液压阀的阀芯一端连接，其特征是：还包括反馈螺纹副和反馈电机，所述反馈螺纹副与所述阀芯的另一端螺纹连接，使所述阀芯绕轴转动时产生轴向移动；所述反馈电机的输出轴连接反馈螺纹副，用于接收执行机构的反馈脉冲信号，根据所述反馈脉冲的频率和个数分别确定所述反馈电机输出轴的转速和旋转角度，使反馈电机的输出轴相对指令电机的输出轴反向转动，由此完成针对所述阀芯位置的指令指定量与反馈量的比较运算。

作为一种实施例，所述阀芯与所述阀体的内腔均为圆柱形，所述阀芯中部设有与该阀芯同轴的圆柱形凸沿，所述凸沿外侧面与所述阀体的圆柱形内腔接触。

作为一种实施例，所述阀芯与所述阀体配合成为三位四通的换向阀，所述阀体的内壁与外界设有通道，所述通道在阀体内腔的开口位置对应有相应的凸沿，所述通道在所述阀体内壁开口的轴向宽度尺寸不大于对应位置的所述凸沿外侧面的宽度，使该凸沿可将该对应通道完全关闭或设置所述运算需要的开度。

作为优化方案，所述指令电机或反馈电机是步进电机。

作为一种实施例，所述指令电机或反馈电机是伺服电机。

本发明可以将执行机构（如液压缸或液压马达）的反馈信号直接反馈到液压阀的反馈端，不需要控制器的控制算法运算，从而使用简单，有高的可靠性和快的响应速度。使得液压伺服控制无需繁琐的电子控制系统的控制和编程开发的过程，大大简化了系统构成的周期和可靠性，必会为液压控制领域的发展带来一个质的飞跃。

该发明的主要优点体现在以一下方面：

1、可靠性高、响应快

由于省去了控制器环节，系统的集成度高，从而提高了可靠性和可维护性。同样由于环节少了，系统的响应速度提高。

2、便于液压技术人员使用

所有自动控制环节在直馈式数字液压阀内自行完成，不需要控制算法和调节，便于液压伺服控制系统的普及。

3、性能稳定、调试方便

使用的是数字脉冲信号，数字信号因为是高低电平，抗干扰能力很强，信号稳定。同时由于液压缸（马达）的位置和速度与脉冲的数量和频率对应的，调试好了不会改变对应关系，可以离线调试好了直接使用，基本不用在线调试。

附图说明

图1是由电液伺服阀组成的伺服控制系统原理示意图，

图2是直馈式数字液压阀原理结构图，

图3是直馈式数字液压阀组成的液压伺服控制系统原理示意图，

图4是直馈式数字液压阀的结构示意图。

图中：1—控制器，2—电液伺服阀，3—位移传感器，4—液压缸，5—滑阀，6—反馈电机，7—比较器，8—指令电机，9—直馈式数字液压阀，10—阀芯，11—反馈螺纹副，12—花键副，13—阀体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：本发明“直馈式数字液压阀”的结构原理如图2所示，主要有四部分组成。滑阀5，三位四通比例滑阀；指令电机8，一般为步进电机，接收指令信号；比较器7，完成指令信号与反馈信号的比较，控制滑阀5的开度和方向；反馈电机6，一般为步进电机，接收液压缸（或液压马达）的反馈信号。由直馈式数字液压阀组成的位置控制系统如图3所示。在阀的指令输入端输入指令信号，阀口打开向液压缸（或液压马达）供油，液压缸（或液压马达）的位移信号直接反馈在直馈式数字阀的反馈输入端，在阀内完成比较从而控制阀的开口：指令信号与反馈信号比较，两者的差值大，阀的开度大，流量大；两者的差值小，阀的开度小，流量小；反馈信号与指令信号相同，阀口关闭，流量为零。由于位移信号直接反馈到直馈式数字液压阀，不需要控制器的比较运算。

如图4中所示，所述直馈式数字液压阀，包括阀体13、阀芯10、花键副12、指令电机8，指令电机用于接收指令脉冲并根据所述指令脉冲的频率和个数分别确定所述指令电机输出轴的转速和旋转角度；花键副12的两相背侧面分别与所述指令电机8的输出轴和所述数字液压阀的阀芯10一端连接，还包括反馈螺纹副11和反馈电机6，所述反馈螺纹副11与所述阀芯10的另一端螺纹连接，使所述阀芯绕轴转动时产生轴向移动；所述反馈电机的输出轴连接反馈螺纹副11，用于接收执行机构的反馈脉冲信号，根据所述反馈脉冲的频率和个数分别确定所述反馈电机输出轴的转速和旋转角度，使反馈电机的输出轴相对指令电机的输出轴反向转动，由此完成所述阀芯位置的比较运算。

所述反馈螺纹副11与反馈电机的输出轴固定，所述花键副12与所述阀芯可伸缩式套接，所述阀芯10与反馈螺纹副11产生相对旋转时，即产生轴向的移动。

如图4，作为一种实施例，所述阀芯10与所述阀体13的内腔均为圆柱形，所述阀芯中部设有与该阀芯同轴的圆柱形凸沿，所述凸沿外侧面与所述阀体13的圆柱形内腔接触。

如图4，作为一种实施例，所述阀芯10与所述阀体13配合成为三位四通的换向阀，所述阀体13的内壁与外界设有通道，所述通道在阀体内腔的开口位置对应有相应的凸沿，所述通道在所述阀体内壁开口的轴向宽度尺寸不大于对应位置的所述凸沿外侧面的宽度，使该凸沿可将该对应通道完全关闭或设置所述运算需要的开度。

由于三位四通的换向阀在现有技术中已经有很多不同的结构，本文不再一一赘述，仅就图4所示的一种滑阀控制的液压缸结构加以说明：P、A、B通道在阀体内腔分别设有环形槽，A、B通道的环形槽分布于P通道的两侧，通道T分为两支，分别对称设置在通道A、B的两侧，阀芯的凸沿设有对称的四个，一种暂态位置是：中间一对凸沿对应通道A、B的环形槽位置，阀芯的中心与P通道位置对应，外侧的一对凸沿与中间的一对凸沿之间完全开放一对T通道，使得阀芯的中心在向A通道侧移动时，P、A通道由逐渐到完全相通，B、T通道也同时由逐渐到完全相通；阀芯的中心在向B通道侧移动时，P、B通道由逐渐到完全相通，A、T通道也同时由逐渐到完全相通。以一种非常简单的结构完成了标准的三位四通换向阀的动作切换过程。而这其中阀芯的移动则由指令电机8和反馈电机6的自动比较运算决定，这种运算无需电子运算器和处理器的参与即可直接、快速、稳定、可靠的自动完成。

作为优化方案，所述指令电机8或反馈电机6是步进电机。

或者，作为一种实施例，所述指令电机8或反馈电机6是伺服电机。

所述的直馈式数字液压阀的工作过程如下：向指令电机8按设定的频率发送一定数量的脉冲（假设脉冲的方向为使其顺时针旋转），指令电机8按与脉冲频率对应的速度转过与指令脉冲数量对应的转角，此转角通过花键副12、传动到阀芯10，使其转过同样的角度。由于阀芯10的另一端为反馈螺纹副11，阀芯10在螺纹套内转动将产生轴向位移，位移的距离由螺纹副的导程和阀芯转过的角度决定。阀芯10的轴向位移将打开阀口使P口与A口连通，T口与B口连通，压力油将从A口通过进入液压缸（或马达），使其在压力油的作用下运动。液压缸（或马达）上的传感器反馈回信号给反馈电机6，反馈电机6在反馈信号的作用下带动螺纹套产生与指令电机8相反方向的转动，从而使阀芯10产生相反方向的位移，当该反向位移与因指令电机8旋转而产生的正向位移相等时，阀口关闭，停止向液压缸（或马达）供油，液压缸（或马达）停止运动，无反馈信号，反馈电机6停止转动，此时液压缸（或马达）的运动的速度与指令电机8接收的脉冲频率对应，距离（或角度）与指令电机8接收的脉冲数量对应，完成一次给定控制。当按相反方向给指令电机8发送脉冲使其反转时，液压阀的B口与压力管P连通，A口与回油管T连通，液压缸（或马达）将产生相反的运动，动作过程与上述相同。

连续向指令电机8发送脉冲，直馈式数字液压阀控制的液压缸（或马达）将产生连续的运动。

Claims (5)

1.一种直馈式数字液压阀，包括阀体（13）、阀芯（10）、花键副（12）、指令电机（8），指令电机用于接收指令脉冲并根据所述指令脉冲的频率和个数分别确定所述指令电机输出轴的转速和旋转角度；花键副（12）的两相背侧面分别与所述指令电机（8）的输出轴和所述数字液压阀的阀芯（10）一端连接，其特征是：

还包括反馈螺纹副（11）和反馈电机（6），所述反馈螺纹副（11）与所述阀芯（10）的另一端螺纹连接，使所述阀芯绕轴转动时产生轴向移动；所述反馈电机的输出轴连接反馈螺纹副（11），用于接收执行机构的反馈脉冲信号，根据所述反馈脉冲的频率和个数分别确定所述反馈电机输出轴的转速和旋转角度，使反馈电机的输出轴相对指令电机的输出轴反向转动，由此完成针对所述阀芯位置的指令指定量与反馈量的比较运算。

2.根据权利要求1所述的直馈式数字液压阀，其特征是：所述阀芯（10）与所述阀体（13）的内腔均为圆柱形，所述阀芯中部设有与该阀芯同轴的圆柱形凸沿，所述凸沿外侧面与所述阀体（13）的圆柱形内腔接触。

3.根据权利要求2所述的直馈式数字液压阀，其特征是：所述阀芯（10）与所述阀体（13）配合成为三位四通的换向阀，所述阀体（13）的内壁与外界设有通道，所述通道在阀体内腔的开口位置对应有相应的凸沿，所述通道在所述阀体内壁开口的轴向宽度尺寸不大于对应位置的所述凸沿外侧面的宽度，使该凸沿可将该对应通道完全关闭或设置所述运算需要的开度。

4.根据权利要求1所述的直馈式数字液压阀，其特征是：所述指令电机（8）或反馈电机（6）是步进电机。

5.根据权利要求1所述的直馈式数字液压阀，其特征是：所述指令电机（8）或反馈电机（6）是伺服电机。

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