CN1050624A - 电液比例压力流量控制阀 - Google Patents

Abstract

一种对流体压力和流量可进行连续无级控制的 装置，本发明用插入式的压力传感器(25)直接检测被 控制的压力，并转换成电信号与设定值比较，再用比 较产生的差值对压力进行控制。在主阀芯(12)的运 动过程中其位移X将通过弹簧(11)产生一个力反馈 到先导阀芯(6)上，这提高了阀对压力控制的稳定 性。这一反馈还使阀可以对主阀芯的位移进行控制， 并与压力传感器(25)，流量修正运算器(27)一起实现 了对通过阀流量的控制功能。

Description

本发明是属于流体控制系统中对流体压力，流量实现比例控制的装置。

传统对流体压力进行连续无级控制的装置是比例溢流阀，该阀自70年代初问世以来，就以其比伺服阀抗污染、节能、廉价的优势获得了勃蓬发展。

到目前为止，比例压力阀虽已发展了几代，且最新一代阀由于采用了“输出压力-直接电检测”原理，性能虽已达到了很完美的程度（西德专利公报DE  3629226），但也只能对压力这一个参量进行控制，而无法对流量进行控制。同样流量控制元件也无法对压力进行控制。而一个流体控制系统常常要求能对流量和压力这二个参量都能进行控制，这时就必须采用2个比例阀，一个控制压力，一个控制流量。本发明提出的观点是在一个压力电检测的比例溢流阀上采用“位移-力反馈”或“位移-电反馈”原理，同时用压力对主阀芯位移修正的方法来实现对压力和流量的双重控制功能。同时“主阀芯位移-力反馈”还提高了阀对压力控制的稳定性。

本发明对阀输出流量的控制原理同现有“流量传感器检测-反馈”及维持节流口前后压差恒定的原理有着根本的区别，且能用来控制压力。同现有比例溢流阀，流量阀相比更具有原理和结构上的合理性和新颖性。

本发明的目的就是将原只能控制单一参量压力的阀，在不增加甚至减少构件和成本的前提下变成了能对压力、流量二个参量控制的阀，且该阀在对流量进行控制时使系统压力始终和负载压力一致，是最节能的一种阀控调速回路。

下面将结合附图对本发明的原理和结构实施方案作进一步详细说明。

图1是本发明人所设计的压力流量控制阀的结构图。称为电液比例压力流量控制阀。

电液比例压力流量控制阀是由单向电流控制器[1]，耐高压比例电磁铁[2]，压力传感器[25]，位移传感器[30]，流量修正运算器[27]，调节器[26]，先导阀和主阀组成。

其中电流控制器用来供给比例电磁铁[2]电信号，对它的输出力进行控制，比例电磁铁[2]具有两个特性，其1为输出电磁力与输入电信号成比例，其2为当输入电信号不变时，输出电磁力与衔铁[3]的位移无关，它用螺钉[4]固定在阀体[14]上。压力传感器[25]固定在阀体[14]上与流道[10]相通的螺纹孔[28]中，其作用是将流道[10]中的压力线性地转换成电压信号，供给调节器[26]或运算器[27]对压力和流量进行控制，同时也可用于对压力进行监测。位移传感器[30]与主阀芯[12]同轴布置，其作用是将主阀芯位移线性地转换成电压信号供给调节器[26]或监测控制主阀芯位移。流量修正运算器[27]的作用是将检测到的电信号与标准的电信号进行比较和运算，然后将结果加入到设定信号Us中去，这一运算器[27]只在对流量控制时起作用。调节器[26]的作用是将压力传感器[25]或位移传感器[30]输出的电信号同设定值Us进行比较，并对比较后的差值进行某种规律的运算后输入到电流控制器[1]，对压力和流量进行控制。先导阀由先导阀芯[6]，弹簧[11]组成。先导阀芯[6]是双控制边的滑阀，中间开有连通腔[5]和流道[10]的流道[16]。先导弹簧[11]用来将主阀芯[12]的位移转换成力并与电磁铁输出力进行比较。主阀由主阀芯[12]，主阀体[14]，弹簧[23]和端盖[21]组成。主阀芯[12]是插装式结构，右端做成中空的放入弹簧[23]，左端开有阀口[19]，且阀口[19]可根据不同的要求具有多种几何形状。主阀体[14]做成中空的以便导阀芯[6]，主阀芯[12]，弹簧[11]，[23]能同轴地布置其中，装配时弹簧[11]的左端顶住导阀芯[6]，右端顶住主阀芯[12]，弹簧[23]的预压量设定阀的零位和最低可控压力。阀体[14]上还开有流道[8]、[10]、[13]、[17]、[20]及与外部的接口P、O，端盖[21]用螺钉[15]固定在阀体[14]上，其上开有流道[22]，用来将流道[20]的油引入容腔[24]。阀内各流道之间的连通关系是流道[8]与[10]相通，[13]与[17]相通，流道[20]经阻尼器[29]后与流道[22]相通，流道[22]与容腔[24]相通。油口P、O是该阀的2个对外油路接口。

该阀的工作过程是：油口P与油源接通，油口O与油箱接通。当比例电磁铁[2]无电流输入时，P口的油进不到容腔[24]，所以容腔[24]的压力为零。阀芯在压力PB作用下开启，油从P口，流道[10]经阀口[19]流到O口回油箱，阀处于泄荷状态。当供给电磁铁[2]电流时，先导阀芯[6]就在衔铁[3]推力作用下向+Y方向运动，节流口[9]打开，[7]关小，压力油经流道[8]，节流口[9]，流道[20]，阻尼器[29]，流道[22]进入容腔[24]，使该腔压力升高，由于弹簧[23]的作用，阀芯[12]就向+X方向移动，这时如对压力控制，将开关S与Uf接通，就会有与P口压力成正比的电信号从压力传感器[25]进入调节器[26]，并在调节器[26]中与设定值Us比较，经运算后输入到电流控制器[1]来控制比例电磁铁[2]的输出力，稳态时P口压力便与设定值Us一致，这样不断地增加设定值Us，输出压力就不断升高，同理当设定信号Us减小时输出压力就不断降低，总之输出压力始终跟随设定值信号，这就是对压力的控制过程。

当阀受到外界扰动时，如泵供给的流体突然减小时。设这时输入的电信号为定值，则输出压力就有降低的趋势，压力传感器[25]输出的电压就变小，差值Us-Uf增大，输入比例电磁铁[2]的电流增大，衔铁[3]推力增加，这时再现前段的调节过程，阀口[19]关小，从P口流向O口的流体减少，使P口压力升高，稳态时回到Us的设定值。从而在输入信号不变时其输出压力在负载变化时仍能保持不变，即具有水平的等压力特性。

当对流量进行控制时，将开关S与Uq接通。这时随着设定值Us的增加，阀口[9]开大，[7]关小，压力油不断从流道[8]经阀口[9]，流道[20]，阻尼器[29]，流道[22]进入容腔[24]使该腔压力不断升高，主阀芯[12]不断向+X方向移动，稳态时由平衡关系Fm＝Cy·X（Cy弹簧[11]的刚度，Fm电磁力，X主阀芯位移），知阀芯位移与输入电信号成正比例，从而实现对流量的控制。

当阀受到外界干扰时，如P口的压力突然升高，这时由流量公式Q＝K·X·P知，流量就会增加，这时压力传感器[25]输出的电信号也将增加，这一增大的电信号经过在流量修正运算器[27]中的运算后产生一修正电压，用来对设定值Us进行修正，当稳态时使输出流量又回到了最初设定值。

本发明如果在对流量进行控制时，增设一个与主阀芯同轴布置的耐高压位移传感器[30]，就可实现主阀位移的电闭环控制，其动作过程同前所述的流量控制过程，只是此时主阀芯的位移经位移传感器[30]检测后直接与设定值Us进行比较，提高了控制精度。

以上是本阀的结构及对流量和压力的控制过程，其主要优点如下：

1.用过去只能控制单1参量压力的阀，实现了对压力、流量2个参量的控制，而且结构最简单。

2.在比例压力阀中采用“位移-力反馈”原理提高了阀动态稳定性和快速性。

3.电闭环控制大大提高了对压力和流量的控制精度，对频宽在20Hz以下的液压系统，仅此一阀就能对执行机构的压力和速度进行连续地、高精度地控制，且抗污染，节能。故可代替伺服阀及现有比例溢流阀和流量阀，广泛地应用于压机、注塑机、机床、工程机械等多种液压主机中。

4.使用本阀将构成最节能的阀控调速调压系统。

下面结合图1，通过实例对本发明进一步描述。

单向电流控制器[1]选用脉宽调制的BKT型控制器。比例电磁铁[2]选045型号，额定输出力70N，额定电流1A，比例电磁铁中的衔铁[3]直径5mm，用来推动导阀芯[6]。流道[8]、[17]、[20]、[22]的直径为4mm，流道[10]、[12]的直径为12mm，M5×65的螺钉[4]共4条。M5×20的螺钉[15]共4条。先导阀芯[6]外径为12mm。全长30mm，控制边[7]、[9]间距为10mm，先导阀弹簧[11]外径10mm，主阀弹簧[23]外径13mm。主阀芯[12]，直径为20mm，右端圆孔直径为14mm，深20mm，左端锥角40°，材料为40Cr。主阀体[14]的尺寸为100×57×60mm，右端开有φ20的孔，左端开有φ12mm的孔。端盖[21]尺寸为57×37mm²，中间加工有φ14的孔。压力传感器[25]的测量范围是0～40MPa，连接螺纹M16×1.5，靠端面密封。阻尼器[29]由黄铜制成，孔径1.4mm，用M6的螺纹装在流道[20]中，位移传感器[30]的行程应在6mm以上。调节器[26]，选用PID调节算法。

Claims (8)

1、一种电液比例压力流量控制阀是包含有一个单向电流控制器[1]、一个单向耐高压比例电磁铁[2](简称比例电磁铁)、压力传感器[25]、位移传感器[30]，流量修正运算器[27]、调节器[26]、先导阀和主阀组成，其特征是先导阀由导阀芯[6]和弹簧[11]组成；主阀由阀芯[12]，阀体[14]，弹簧[23]和端盖[21]组成。

2、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是所述的先导阀中的阀芯[6]是有双控制边[7]、[9]的滑阀，阀芯上开有连通容腔[5]和流道[10]的流道[16]。

3、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是所述的主阀中的阀芯[12]右端做成中空的用来安放弹簧[23]，左端加工有凸台或凹坑，用来固定弹簧[11]，主阀体[14]做成中空，右端安放主阀芯[12]，左端放置导阀芯[6]，其上还开有流道[8]、[10]、[13]、[17]、[20]及和外界联接的油口P、O，端盖[21]上开有流道[22]，用螺钉[15]固定在主阀体[14]上。

4、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是流道[8]与[10]相通，[13]与[17]相通，流道[20]经阻尼器[29]后与流道[22]相通，流道[22]与容腔[24]相通。

5、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是所述的压力传感器[25]安装在主阀体[14]上与流道[10]相通的螺纹孔[28]中。

6、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是导阀芯[6]，主阀芯[12]，弹簧[11]，弹簧[23]同轴布置在主阀体[14]中，且弹簧[11]的左边顶住导阀芯[6]的右端，右边顶住主阀芯[12]的左端。

7、根据权利要求1所述的电液比例压力流量控制阀，其特征是增设一个与主阀芯[12]同轴布置的耐高压位移传感器[30]，即为含“主阀位移-电反馈”的压力流量控制阀。

8、根据权利要求1至7所述的电液比例压力流量控制阀，它们可制成板式、管式和插件式。