CN105422921A - 一种数字阀单元及其组合和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字阀单元及其组合和控制方法。数字阀单元包括阀块、多个开关阀、出油口压力传感器、进油口压力传感器、阀块进油口、阀块出油口，数字阀组合单元由多个所述数字阀单元连接而成。所有的开关阀进油口与阀块内的下层油道联通，所有的开关阀出油口与阀块内的上层油道联通。本发明可通过快换接头或螺栓连接等方式，根据工况需求加减阀组，控制更灵活，更节能。通过对阀口过流面积成2的倍数关系的开关阀的组合运用实现对所需流量的高分辨率输出，以及负载背压的精确控制。通过对高速开关阀的组合运用，确保在单个插装阀出现故障时，只需更换故障插装阀，无需对整个数字阀组合单元进行更换，由此带来的维修和更换成本的降低将大大降低生产升本。

Description

一种数字阀单元及其组合和控制方法

技术领域

本发明涉及一种数字阀单元及其组合和控制方法。

背景技术

电液比例控制技术是电液控制技术的一个重要分支，在近30年来得到了飞速发展，在民用机械、工程机械、军工等领域中得到广泛的应用。比例阀可以根据用户输入电压值来控制阀芯位移，输出相应值的流量，实现对流量模拟量的输出控制，且精度较高。但是比例阀结构复杂，控制难度大，价格高，而且存在中位死区、对油液污染敏感等缺点。因此寻求一种结构简单，控制便捷，抗污染性较强的液压阀来替代比例阀输出大小可调且精度等级较高的流量成为了现如今液压领域的研究热点。

高速开关阀是由PWM数字信号来控制，一直在全开或全闭的状态下工作，因此压力损失小、能耗低，而且抗油液污染性强、动态特性好、工作可靠、结构简单且价格低廉。近年来对高速开关阀的研究和应用已经成为液压领域的一个重要课题。

实际运用中，很多场合对流量的输出精度要求较高，由于比例阀和伺服阀能输出连续模拟量的流量，因此这些对流量精度要求较高的场合往往会选择采用比例阀甚至伺服阀。在一些需要对负载的背压实现压力控制的工况下，同样需要比例阀甚至伺服阀来实现阀口开度的精确控制，从而实现对负载背压大小的精确控制。

常规的开关阀因为只有“开”和“关”两种状态，所以流量分辨率较低，无法满足对流量分辨率和精度要求较高的场合。开关阀因为只有“开”和“关”两个状态，等效于二进制中的“1”和“0”，而通过对二进制计数下每个位的赋值来等效一个十进制数值是一种简单而有效的方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种数字阀单元及其组合和控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了一种数字阀单元：包括阀块、多个开关阀、出油口压力传感器、进油口压力传感器、阀块进油口、阀块出油口，

所述开关阀以螺纹连接形式插装在阀块上；阀块内部开有两层油道，阀块侧面开设有阀块出油口和阀块进油口，阀块进油口和阀块内部下层油道接通，阀块出油口和阀块内部上层油道接通，出油口压力传感器连接至上层油道，进油口压力传感器连接至下层油道，所有的开关阀进油口与下层油道联通，所有的开关阀出油口与上层油道联通。

优选的，所述的开关阀为二位二通结构的常闭式开关阀；包括螺塞组件、钢球座、钢球、推杆、推杆导套、阀套、电磁铁连接螺母、线圈、衔铁，

所述螺塞组件以螺纹形式安装在阀套上，对进入开关阀的油液进行过滤；所述钢球座在阀套内，两者成过盈配合；所述推杆一端安装在衔铁内，另一端在电磁铁通电时顶住钢球；所述推杆导套安装在阀套内，对推杆起到支撑作用，所述电磁铁连接螺母以螺纹形式安装在阀套上，并通过密封圈密封；电磁铁通电时，衔铁带动推杆运动，推杆推动钢球运动，实现开关阀的阀口开启。

优选的，所述的每一个每一个开关阀阀口过流面积均不同。

进一步的，所述所述开关阀按阀口过流面积大小排序，依次为n，2n，4n，…，2(k-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的过流面积，k为所述数字阀单元中的开关阀个数。

本发明还提供了一种数字阀组合单元，它由多个所述数字阀单元连接而成，所述的数字阀单元通过出油口管接头和进油口管接头实现连接，出油口管接头将相邻数字阀单元的上层油道联通，进油口管接头将相邻数字阀单元的下层油道联通。

本发明还提供了所述数字阀单元的控制方法，是：

当需要控制管路流量时，数字阀单元通过阀块进油口和阀块出油口串接在所需控制流量的管路中，根据用户流量需求，通过运算得到满足用户所需流量的开关阀启闭状态，并驱动相应开关阀，输出所需流量；

当需要控制管路压力时，数字阀单元通过阀块进油口和阀块出油口串接在所需控制压力的管路中，根据用户压力需求，通过运算得到满足用户所需压力的开关阀启闭状态，并驱动相应开关阀实现阀块进油口到阀块出油口之间的节流口开度控制，改变相应压降，达到所需压力，进油口压力传感器和出油口压力传感器实时检测阀块进油口压力和阀块出油口的压力，用户根据压力传感器的检测值做进一步调节形成压力闭环控制。

所述开关阀均为高速开关阀，其特点在于可以快速响应控制信号，提高系统动态特性。

所述开关阀为可更换开关阀，当某个开关阀出现故障时，只需对出现故障的开关阀进行维修和更换即可，无需对整个组合单元进行维修和更换。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明可以直接用ON/OFF数字信号转换成离散的流体脉冲，无须D/A和A/D转换接口即可实现可靠地数字化电液控制，控制简单。

2、本发明可通过快换接头或螺栓连接等方式，根据工况需求加减阀组，控制更灵活，更节能。

3、本发明通过对阀口过流面积成2的倍数关系的开关阀的组合运用实现对所需流量的高分辨率输出。

4、本发明通过对阀口过流面积成2的倍数关系的开关阀的组合运用实现对阀块进油口到阀块出油口之间油路阻尼大小的调节，实现对负载背压的精确控制。

5、本发明通过对高速开关阀的组合运用，确保在单个插装阀出现故障时，只需更换故障插装阀，无需对整个数字阀组合单元进行更换，由此带来的维修和更换成本的降低将大大降低生产升本。

6、本发明通过对高速开关阀的组合运用，确保在单个或多个插装阀出现故障时，其余插装阀仍然可以正常工作，从而对被控对象的影响降至最低。

7、本发明通过对高速开关阀的组合运用，利用高速开关阀优越的动态特性，快速响应控制指令，输出相应流量，提高对负载的控制性能。

附图说明

图1是本发明数字阀单元的结构示意图；

图2是本发明数字阀单元的剖视图；

图3是本发明插装阀的剖视图；

图4是本发明阀块示意图；

图中:阀块1，开关阀2，螺塞组件2-1，钢球座2-2，钢球2-3，推杆2-4，推杆导套2-5，阀套2-6，电磁铁连接螺母2-7，线圈2-8，衔铁2-9，磁路零件2-10，出油口压力传感器3-1，进油口压力传感器3-2，出油口管接头4，进油口管接头5，阀块进油口6，阀块出油口7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供了一种数字阀单元：包括阀块1、多个开关阀2、出油口压力传感器3-1、进油口压力传感器3-2、阀块进油口6、阀块出油口7，

如图2所示，所述开关阀2以螺纹连接形式插装在阀块1上；阀块2内部开有两层油道，阀块2侧面开设有阀块出油口7和阀块进油口6，阀块进油口6和阀块内部下层油道接通，阀块出油口7和阀块内部上层油道接通，出油口压力传感器3-1连接至上层油道，进油口压力传感器3-2连接至下层油道，所有的开关阀2进油口与下层油道联通，所有的开关阀2出油口上层油道联通。

如图3所示，优选的，所述的开关阀2为二位二通结构的常闭式开关阀；包括螺塞组件2-1、钢球座2-2、钢球2-3、推杆2-4、推杆导套2-5、阀套2-6、电磁铁连接螺母2-7、线圈2-8、衔铁2-9，

所述螺塞组件2-1以螺纹形式安装在阀套2-6上，对进入开关阀的油液进行过滤；所述钢球座2-2在阀套2-6内，两者成过盈配合；所述推杆2-4一端安装在衔铁2-9内，另一端在电磁铁通电时顶住钢球2-3；所述推杆导套2-5安装在阀套2-6内，对推杆2-4起到支撑作用，所述电磁铁连接螺母2-7以螺纹形式安装在阀套2-6上，并通过密封圈密封；电磁铁通电时，衔铁带动推杆运动，推杆推动钢球运动，实现开关阀2的阀口开启。

优选的，所述的每一个开关阀2的阀口过流面积均不同。

如图4所示，本发明还提供了一种数字阀组合单元，它由多个所述数字阀单元连接而成，所述的数字阀单元通过出油口管接头4和进油口管接头5实现连接，出油口管接头4将相邻数字阀单元的上层油道联通，进油口管接头5将相邻数字阀单元的下层油道联通。

根据本发明的一个实施例，所述开关阀2以螺纹连接形式，插装在阀块1上；钢球2-3与钢球座2-2之间的密封面作为开关阀2的主要工作部分；所述推杆导套2-5安装在阀套2-6内，对推杆2-4起到支撑作用，并保证其运动的准确性；所述阀块2分两层油道，每层油道均用于联通开关阀的相应工作口，阀块四周共开有八个螺纹孔，每面两个螺纹孔，分别是阀块进油口和阀块出油口，每个螺纹孔在需要的时候可以与其他单元或负载联通，不需要时可用螺堵堵住。

在实施流量控制的作过程中，数字阀单元的其中一个阀块出油口连接负载的进油端口，数字阀单元的其中一个阀块进油口连接动力油源。阀块进油口压力传感器和阀块出油口压力传感器实时监测动力油源和负载的压力值，得到两者的压差关系。在固定压差下，每个开关阀在开启状态时的输出流量是固定不变的。电脑根据当前压差以及所需流量计算数字阀单元中的各个插装阀的开关状态，并分别给每个插装阀相应的信号，保证该数字阀组合单元输出系统所需流量；该方法可以实现流量的高精度阶梯控制，即近似流量的连续控制。为适应不同工况需求，提供多组数字阀单元，通过在阀块四周的螺纹孔安装快换接头或者用螺栓连接等方式加减数字阀单元，从而增大或减小组合单元输出的最大流量。

在实施压力控制的作过程中，进油口压力传感器用于实时监测阀块进油口的压力大小，出油口压力传感器用于实时监测阀块出油口的压力大小。数字阀单元的其中一个阀块出油口连接油箱，数字阀单元的其中一个阀块进油口连接负载的出油口。每个数字阀单元中开关阀的阀口过流面积，依次为n，2n，4n，…，2(k-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的过流面积，k为所述数字阀单元中的开关阀个数，在固定的流量下，油液流过相应的开关阀的压降是固定的，通过不同开关阀的配合启闭，实现阀块进油口到阀块出油口之间的压降控制，由于负载出油口接在数字阀组合单元的阀块进油口，而阀块的出油口又是直接连接油箱，因此阀块进油口到阀块出油口之间的压降值就可以近似等效为负载背压值的大小，并根据进油口压力传感器和出油口压力传感器的数值，进一步改变相应开关阀的启闭状态，实现压力的闭环控制，从而实现对负载背压更精确的控制。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种数字阀单元，其特征在于：包括阀块(1)、多个开关阀(2)、出油口压力传感器(3-1)、进油口压力传感器(3-2)、阀块进油口(6)、阀块出油口(7)，

所述开关阀(2)以螺纹连接形式插装在阀块(1)上；阀块(2)内部开有两层油道，阀块(2)侧面开设有阀块出油口(7)和阀块进油口(6)，阀块进油口(6)和阀块内部下层油道接通，阀块出油口(7)和阀块内部上层油道接通，出油口压力传感器(3-1)连接至上层油道，进油口压力传感器(3-2)连接至下层油道，所有的开关阀(2)进油口与下层油道联通，所有的开关阀(2)出油口与上层油道联通。

2.根据权利要求1所述的数字阀单元，其特征在于所述的开关阀(2)为二位二通结构的常闭式开关阀；包括螺塞组件(2-1)、钢球座(2-2)、钢球(2-3)、推杆(2-4)、推杆导套(2-5)、阀套(2-6)、电磁铁连接螺母(2-7)、线圈(2-8)、衔铁(2-9)，

所述螺塞组件(2-1)以螺纹形式安装在阀套(2-6)上，对进入开关阀的油液进行过滤；所述钢球座(2-2)在阀套(2-6)内，两者成过盈配合；所述推杆(2-4)一端安装在衔铁(2-9)内，另一端在电磁铁通电时顶住钢球(2-3)；所述推杆导套(2-5)安装在阀套(2-6)内，对推杆(2-4)起到支撑作用，所述电磁铁连接螺母(2-7)以螺纹形式安装在阀套(2-6)上，并通过密封圈密封；电磁铁通电时，衔铁带动推杆运动，推杆推动钢球运动，实现开关阀(2)的阀口开启。

3.根据权利要求1所述的数字阀单元，其特征在于所述的每一个开关阀(2)的阀口过流面积均不同。

4.根据权利要求3所述的数字阀单元，所述开关阀按阀口过流面积大小排序，依次为n，2n，4n，…，2(k-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的过流面积，k为所述数字阀单元中的开关阀个数。

5.一种数字阀组合单元，其特征在于由多个权利要求1所述数字阀单元连接而成，所述的数字阀单元通过出油口管接头(4)和进油口管接头(5)实现连接，出油口管接头(4)将相邻数字阀单元的上层油道联通，进油口管接头(5)将相邻数字阀单元的下层油道联通。

6.一种如权利要求1所述数字阀单元的控制方法，其特征在于：

当需要控制管路流量时，数字阀单元通过阀块进油口(6)和阀块出油口(7)串接在所需控制流量的管路中，根据用户流量需求，通过运算得到满足用户所需流量的开关阀启闭状态，并驱动相应开关阀，输出所需流量；

当需要控制管路压力时，数字阀单元通过阀块进油口(6)和阀块出油口(7)串接在所需控制压力的管路中，根据用户压力需求，通过运算得到满足用户所需压力的开关阀启闭状态，并驱动相应开关阀实现阀块进油口到阀块出油口之间的节流口开度控制，改变相应压降，达到所需压力，进油口压力传感器(3-2)和出油口压力传感器(3-2)实时检测阀块进油口压力和阀块出油口的压力，用户根据压力传感器的检测值做进一步调节形成压力闭环控制。