CN105546162A - 一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法 - Google Patents

一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法。组合式数字阀包括阀块、多个开关阀、负载口压力传感器A、负载口压力传感器B，阀块四面各开有一个螺纹孔，其中螺纹孔P和螺纹孔T相对设置，螺纹孔A和螺纹孔B相对设置，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,负载口独立控制，增加了系统的控制自由度，使工程机械的操控和节能性能进一步提升成为可能。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。

Description

一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法
技术领域
本发明涉及一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法。
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、工业及军用等机械行业中得到广泛的应用。但是电液比例阀控制复杂，需要对死区进行补偿，滞环大、频响较低；传统的电液比例阀采用一根阀芯控制，阀的进口与出口的阀口开度有着连动的关系。对于不需要回油背压的系统，传统的比例阀无法独立的调节阀的进口和出口的压力，造成了能源的浪费。而负载口独立技术作为一种新兴的液压技术，通过对负载端口的独立控制，提高单执行动作时系统的不稳定性，降低工况切换时压力冲击现象，解决多执行器复合控制时流量分配以及泵流量达到饱和时的流量分配问题。使得系统更加灵活，更加节能。
高速开关阀是由开关量来控制，一直在全开或全闭的状态下工作，因此，压力损失小、能耗低、对污染不敏感、工作比伺服阀可靠、结构简单且廉价。
实际运用中，很多场合对流量的输出精度要求较高，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要求较高的场合。高速开关阀“开”和“闭”两种状态可以等效成2进制下每个位上的“1”和“0”，通过对二进制下每个位的数值的调整来等效任何10进制的数值是一种非常有效的方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的不足，提供了一种负载口独立控制的组合式数字阀及其方法
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种负载口独立控制的组合式数字阀包括阀块、多个开关阀、负载口压力传感器A、负载口压力传感器B，所述开关阀以螺纹连接形式插装在阀块上；阀块四面各开有一个螺纹孔，其中螺纹孔P和螺纹孔T相对设置，螺纹孔A和螺纹孔B相对设置，
所述开关阀均分为四组开关阀组，每组开关阀组的开关阀数量为k*k个，所述开关阀呈正方形均匀布置在阀块上，k为自然数，
所述阀块内开设有四个油道，四个油道分别与4个螺纹孔相连，其中与螺纹孔P相连的油道连接靠近P侧的两组开关阀组的进油口，与螺纹孔T相连的油道连接靠近T侧两组开关阀组的出油口，与螺纹孔A相连的油道连接靠近A侧两组开关阀组的剩余油口，与螺纹孔B相连的油道连接靠近B侧两组开关阀组的剩余油口，
负载口压力传感器A和螺纹孔A相连的油道相连，负载口压力传感器B和螺纹孔B相连的油道相连。
作为优选的，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。
进一步的所述的每组开关阀组内的开关阀阀口过流面积均不同。
更进一步的，所述每组开关阀组内的开关阀按阀口过流面积大小排序，其过流面积大小依次为n，2n，4n，…，2(t-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的阀口过流面积，t为每组开关阀组内的开关阀个数。
同时靠近A侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔P之间的油路A-P，同时靠近A侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔T之间的油路A-T，同时靠近B侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔P之间的油路B-P，同时靠近B侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔T之间的油路B-T。
本发明还公开了一种所述的组合式数字阀的控制方法：
工作过程中，螺纹孔P接动力油源，螺纹孔T连接油箱，螺纹孔A和螺纹孔B分别连接执行结构的两个负载端口，控制阀块中P-A和P-B两条油路的开关阀组实现流量的控制，控制阀块中A-T和B-T两条油路的开关阀组实现压力的控制，
当需要控制管路流量时，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，并驱动相应开关阀组，输出所需流量；
当需要控制管路压力时，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。负载口压力传感器A、负载口压力传感器B实时检测阀块A口压力和阀块B口的压力，并根据电压值对开关阀做进一步的控制，实现压力的闭环控制。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明可以可以直接用ON/OFF数字信号转换成流体脉冲信号，是计算机控制技术无须D/A转换接口即可实现可靠地数字化电液控制。
2、通过多个过流面积不同的开关阀的配合启闭，实现流量的高精度输出。
3、负载口独立控制，增加了系统的控制自由度，使工程机械的操控和节能性能进一步提升成为可能。
4、控制油口安装压力传感器，实时监控负载压力，反馈给控制器，控制器根据反馈压力值对数字阀做进一步调节。
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是本发明的结构示意图(螺纹孔P和B)。
图2是本发明的结构示意图(螺纹孔T和A)。
图3是本发明阀块内部油道示意图。
图4是本发明的阀块结构示意图(螺纹孔P和B)。
图5是本发明的阀块结构示意图(螺纹孔T和A)。
图6是本发明开关阀剖面图。
图7是图1中C-C剖面图。
图8是图2中D-D剖面图。
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，负载口压力传感器A3-1，负载口压力传感器B3-2，与螺纹孔P相连的油道4，与螺纹孔T相连的油道5，与螺纹孔A相连的油道6，与螺纹孔B相连的油道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1-8所示，负载口独立控制的组合式数字阀包括阀块1、多个开关阀2、负载口压力传感器A3-1、负载口压力传感器B3-2，所述开关阀2以螺纹连接形式插装在阀块1上；阀块1四面各开有一个螺纹孔，其中螺纹孔P和螺纹孔T相对设置，螺纹孔A和螺纹孔B相对设置，所述开关阀2均分为四组开关阀组，每组开关阀组的开关阀数量为k*k个，所述开关阀2呈正方形均匀布置在阀块1上，k为自然数，
所述阀块1内开设有四个油道，四个油道分别与4个螺纹孔相连，其中与螺纹孔P相连的油道4连接靠近P侧的两组开关阀组的进油口，与螺纹孔T相连的油道5连接靠近T侧两组开关阀组的出油口，与螺纹孔A相连的油道6连接靠近A侧两组开关阀组的剩余油口，与螺纹孔B相连的油道7连接靠近B侧两组开关阀组的剩余油口，
负载口压力传感器A3-1和螺纹孔A相连的油道6相连，负载口压力传感器B3-2和螺纹孔B相连的油道7相连。
如图6所示，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。
所述每组开关阀组内的开关阀按阀口过流面积大小排序，其过流面积大小依次为n，2n，4n，…，2(t-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的阀口过流面积，t为每组开关阀组内的开关阀个数。
四个开关阀组中同时靠近A侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔P之间的油路A-P，同时靠近A侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔T之间的油路A-T，同时靠近B侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔P之间的油路B-P，同时靠近B侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔T之间的油路B-T。
所述的组合式数字阀的控制方法是：
工作过程中，螺纹孔P接动力油源，螺纹孔T连接油箱，螺纹孔A和螺纹孔B分别连接执行结构的两个负载端口，控制阀块中P-A和P-B两条油路的开关阀组实现流量的控制，控制阀块中A-T和B-T两条油路的开关阀组实现压力的控制，
当需要控制管路流量时，根据用户流量需求，通过计算达到用户流量所需要的开关阀启闭状态，并驱动相应开关阀组，输出所需流量；
当需要控制管路压力时，根据用户压力需求，通过计算达到用户压力所需要的开关阀启闭状态，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。负载口压力传感器A(3-1)、负载口压力传感器B(3-2)实时检测阀块A口压力和阀块B口的压力，并根据电压值对开关阀做进一步的控制，实现压力的闭环控制。
电脑根据所需流量计算数字阀组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。负载A口压力传感器和负载B口压力传感器实时监测负载两端的压力值，在动力油源压力已知的情况下，就可以得到P-A和P-B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。因此相应的控制信号下对应的开关阀组的输出流量也是固定的，因此无需流量传感器便可知晓当前控制状态下的流量大小。
在实现压力控制的过程中，通过阀组中开关阀的配合启闭来模拟可变阻尼。每组开关阀组内的开关阀按阀口过流面积大小排序，其过流面积大小依次为n，2n，4n，…，2(t-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的阀口过流面积，t为每组开关阀组内的开关阀个数。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A-T或者B-T之间的压降控制，由于负载接在阀块A口和B口，而阀块的T口又是直接连接油箱，因为阀块A-T或者B-T之间的压降值就可以近似等效为负载背压值的大小。阀块上安装的负载口压力传感器A和负载口压力传感器B实时监测A口和B口的油液压力，并反馈给用户，用户根据反馈的压力值进行进一步的操作，从而实现压力的闭环控制。
本发明中，阀块A口和B口连接执行器负载两端，可以独立的控制执行器进油口和出油口进出油液的流量，从而达到工作压力流量与负载所需相适应。同时，因为出油口背压可以独立的进行调节，节约工作所需能源。
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)

1.一种负载口独立控制的组合式数字阀，其特征在于包括阀块(1)、多个开关阀(2)、负载口压力传感器A(3-1)、负载口压力传感器B(3-2)，所述开关阀(2)以螺纹连接形式插装在阀块(1)上；阀块(1)四面各开有一个螺纹孔，其中螺纹孔P和螺纹孔T相对设置，螺纹孔A和螺纹孔B相对设置，
所述开关阀(2)均分为四组开关阀组，每组开关阀组的开关阀数量为k*k个，所述开关阀(2)呈正方形均匀布置在阀块(1)上，k为自然数，
所述阀块(1)内开设有四个油道，四个油道分别与4个螺纹孔相连，其中与螺纹孔P相连的油道(4)连接靠近P侧的两组开关阀组的进油口，与螺纹孔T相连的油道(5)连接靠近T侧两组开关阀组的出油口，与螺纹孔A相连的油道(6)连接靠近A侧两组开关阀组的剩余油口，与螺纹孔B相连的油道(7)连接靠近B侧两组开关阀组的剩余油口，
负载口压力传感器A(3-1)和螺纹孔A相连的油道(6)相连，负载口压力传感器B(3-2)和螺纹孔B相连的油道(7)相连。
2.根据权利要求1所述的负载口独立控制的组合式数字阀，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所述的负载口独立控制的组合式数字阀，其特征在于所述的每组开关阀组内的开关阀阀口过流面积均不同。
4.根据权利要求3所述的负载口独立控制的组合式数字阀，其特征在于所述每组开关阀组内的开关阀按阀口过流面积大小排序，其过流面积大小依次为n，2n，4n，…，2(t-1)n，其中n为过流面积最小的开关阀的阀口过流面积，t为每组开关阀组内的开关阀个数。
5.根据权利要求1所述的负载口独立控制的组合式数字阀，其特征在于同时靠近A侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔P之间的油路A-P，同时靠近A侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔A和螺纹孔T之间的油路A-T，同时靠近B侧和P侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔P之间的油路B-P，同时靠近B侧和T侧的开关阀组控制螺纹孔B和螺纹孔T之间的油路B-T。
6.一种如权利要求1所述的组合式数字阀的控制方法，其特征在于：
工作过程中，螺纹孔P接动力油源，螺纹孔T连接油箱，螺纹孔A和螺纹孔B分别连接执行结构的两个负载端口，控制阀块中P-A和P-B两条油路的开关阀组实现流量的控制，控制阀块中A-T和B-T两条油路的开关阀组实现压力的控制，
当需要控制管路流量时，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，并驱动相应开关阀组，输出所需流量；
当需要控制管路压力时，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。负载口压力传感器A(3-1)、负载口压力传感器B(3-2)实时检测阀块A口压力和阀块B口的压力，并根据电压值对开关阀做进一步的控制，实现压力的闭环控制。
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