CN105757033B - 一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀。它包括上机位、主动伺服驱动、主动伺服电机、主动联轴器、阀体、左密封腔、滚珠丝杠螺母、螺母连接轴、滚珠丝杠、反馈联轴器、反馈伺服电机、端盖、反馈伺服驱动、光栅、一组螺母连接轴角接触球轴承、一组阀芯角接触球轴承、阀芯、右密封腔、油缸、一组螺栓和回油箱。本发明采用光栅负反馈，直接可以控制普通油缸，对油缸的缸径、行程无限制，数字控制阀部分和油缸分离，适合恶劣环境下使用，主动伺服电机、反馈伺服电机的传动采用锥环式无间隙传动，阀的控制精度提高。

Description

一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制阀，尤其涉及一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀及其控制方法。
背景技术
液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的操纵装置。阀芯的主要形式有滑阀、锥阀和球阀；阀体上除有与阀芯精密配合的阀体孔或阀座孔外，必须有外接油管的进、出油口，此外，根据功能需要可能还有控制油口和泄油口；驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置可以是手动机构，也可以是弹簧或电磁铁，还有就是采用液压作用力驱动。
随着计算机技术的发展，液压系统中数字技术的应用领域得到不断拓展。近几年，由于微型计算机的发展和提高，特别是单板机、单片机低廉的价格，为液压系统的数字化提供了必要的条件，使数字技术已应用于液压的诸多方面，并且还不断地在开拓着新的应用领域。
液压系统中采用的数字控制阀，可分为模拟式阀、组合式数字阀、步进式数字阀及高速开关阀等类型。
模拟式阀需要进行数模和模数的反复转换，也常采用脉宽调制式控制，是一种间接式的数字控制。组合式数字阀是由成组的普通电磁阀和压力阀或流量阀组成的数字式压力或流量阀。
电磁阀接受由微机编码的经电压放大后的二进制电压信号，省去了昂贵的D/A转换装置。
步进式数字阀是采用步进电动机作为电—机械转换元件，将输入信号转换为与步数成比例的阀输出信号，这类阀具有重复精度高、无滞环、无需采用D/A转换和线性放大器等优点，但由于它的响应速度慢，对于要求快速响应的高精密系统，需要采用模拟量控制方式。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀及其控制方法。
控制油缸速度环、位置环的数字控制阀包括主动伺服电机、反馈伺服电机、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠、阀体、阀芯、螺母连接轴角接触球轴承、阀芯角接触球轴承、主动联轴器、反馈联轴器、螺母连接轴、光栅、主动伺服驱动、反馈伺服驱动、油缸、回油箱、上机位、左密封腔、右密封腔、以及端盖；上机位与主动伺服驱动相连，主动伺服驱动与主动伺服电机相连，主动伺服电机通过主动联轴器与螺母连接轴相连，主动联轴器位于右密封腔内，阀芯通过一组角接触球轴承与滚珠丝杠形成转动联接，滚珠丝杠螺母套在滚珠丝杠上，螺母连接轴套在滚珠丝杠螺母上并通过一组螺栓固连，螺母连接轴两端套有一组角接触球轴承，角接触球轴承通过端盖和左密封腔定位固定，反馈联轴器与螺母连接轴固连，反馈伺服电机与反馈联轴器固连，反馈伺服电机与反馈伺服驱动相连，光栅与反馈伺服驱动相连，回油箱位于阀体的上方并且与阀体上的主回油口T相连，阀体上还设有主进油口P、工作油口A以及工作油口B，光栅包括指示光标和光电元件部分，光栅的指示光标固定在油缸的活塞杆上，光栅的光电元件部分位置固定且与反馈伺服驱动相连。
所述的阀芯上设置有四个凸形侧面，即A面、B面、C面、D面，所述的阀体内腔上设置有四个凹形侧面，即A1面、B2面、C3面、D4面；当油缸处于平衡位置时，所述的凸形侧面和凹形侧面互相对齐配合。
所述的主动伺服电机与右密封室之间设有密封圈，阀体分别与右密封室、左密封室之间设置有密封圈，左密封室与端盖之间设置有密封圈。
所述的阀体上设置有油孔，用于接通来自液压源的液压油。
所述的主动伺服电机、反馈伺服电机的传动采用锥环式无间隙传动。
控制油缸速度环、位置环的数字控制阀的控制方法包括以下步骤：
1)油缸处于平衡位置：当阀芯的A、B、C、D面分别与阀体的A1、B1、C1、D1面对齐，此时油缸的A、B口处于闭合状态，油缸静止不动；
2)控制油缸向左方向移动：上位机发出左移运动指令脉冲信号经主动伺服驱动放大控制主动伺服电机顺时针旋转，经主动联轴器带动滚珠丝杆顺时针旋转，推动阀芯向右移动，此时主进油口P与工作油口B接通、主回油口T与工作油口A接通，油缸处于向左方向运动；随着油缸向左运动，当光栅的指示光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅输出左移反馈脉冲信号，此信号经反馈伺服驱动放大控制反馈伺服电机顺时针转动经反馈联轴器带动螺母连接轴顺时针转动，带动滚珠丝杆螺母顺时针转动，使得阀芯获得向左方向移动的负反馈运动；当左移脉冲信号停止时，阀芯处于平衡位置，此时油缸停止运动；
3)控制油缸向右方向移动：上位机发出右移运动指令脉冲信号经主动伺服驱动放大控制主动伺服电机逆时针旋转，经主动联轴器带动滚珠丝杆逆时针旋转，推动阀芯向左移动，此时主进油口P与工作油口A接通、主回油口T与工作油口B接通，油缸处于向右方向运动，随着油缸向右运动，当光栅的指示光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅输出右移反馈脉冲信号，此信号经反馈伺服驱动放大控制反馈伺服电机逆时针转动经反馈联轴器带动螺母连接轴逆时针转动，带动滚珠丝杆螺母逆时针转动，使得阀芯获得向右方向移动的负反馈运动；当右移脉冲信号停止时，阀芯处于平衡位置，此时油缸停止运动。
市场上的数字油缸的负反馈形式为机械式，本发明采用光栅负反馈，直接可以控制普通油缸，对油缸的缸径、行程无限制。数字控制阀部分和油缸分离，适合恶劣环境下使用。而且市场上的数字油缸阀芯运动为旋转加轴向移动方式，阀芯、阀体易磨损使用寿命短等缺陷，本发明阀芯采用轴向移动式，减少了阀体与阀芯之间的摩擦。主动伺服电机、反馈伺服电机的传动采用锥环式无间隙传动，提高阀的控制精度。
附图说明
图1为本发明控制油缸速度环及位置环的数字控制阀的装配示意图；
图2为本发明控制油缸速度环及位置环的数字控制阀阀体局部示意图；
图中，主动伺服电机1、反馈伺服电机2、滚珠丝杠螺母3、滚珠丝杠4、阀体5、阀芯6、螺母连接轴角接触球轴承7、阀芯角接触球轴承8、主动联轴器9、反馈联轴器10、螺母连接轴11、光栅12、主动伺服驱动13、反馈伺服驱动14、油缸15、回油箱16、上机位17、左密封腔18、右密封腔19、端盖20以及螺栓21。
具体实施方式
如图1所示，控制油缸速度环及位置环的数字控制阀包括主动伺服电机1、反馈伺服电机2、滚珠丝杠螺母3、滚珠丝杠4、阀体5、阀芯6、螺母连接轴角接触球轴承7、阀芯角接触球轴承8、主动联轴器9、反馈联轴器10、螺母连接轴11、光栅12、主动伺服驱动13、反馈伺服驱动14、油缸15、回油箱16、上机位17、左密封腔18、右密封腔19、端盖20以及螺栓21；上机位17与主动伺服驱动13相连，主动伺服驱动13与主动伺服电机1相连，主动伺服电机1通过主动联轴器9与螺母连接轴11相连，主动联轴器9位于右密封腔19内，阀芯6通过一组角接触球轴承8与滚珠丝杠4形成转动联接，滚珠丝杠螺母3套在滚珠丝杠4上，螺母连接轴11套在滚珠丝杠螺母3上并通过一组螺栓21固连，螺母连接轴11两端套有一组角接触球轴承7，角接触球轴承7通过端盖20和左密封腔18定位固定，反馈联轴器10与螺母连接轴11固连，反馈伺服电机2与反馈联轴器10固连，反馈伺服电机2与反馈伺服驱动14相连，光栅12与反馈伺服驱动14相连，回油箱16位于阀体5的上方并且与阀体5上的主回油口T相连，阀体5上还设有主进油口P、工作油口A以及工作油口B，光栅12包括指示光标和光电元件部分，光栅12的指示光标固定在油缸15的活塞杆上，光栅12的光电元件部分位置固定且与反馈伺服驱动14相连。
所述的阀芯6上设置有四个凸形侧面，即A面、B面、C面、D面，所述的阀体5内腔上设置有四个凹形侧面，即A1面、B2面、C3面、D4面；当油缸15处于平衡位置时，所述的四个凸形侧面和凹形侧面互相对齐配合。
如图1所示，本发明是由压力油液提供驱动，要求装置本身有很高的密封性，数字控制阀的主动伺服电机1与右密封室19之间设有密封圈，阀体5分别与右密封室19、左密封室18之间设置有密封圈，左密封室18与端盖20之间设置有密封圈。
如图1所示，本发明的主动伺服电机1、反馈伺服电机2的传动采用锥环式无间隙传动。
如图2所示，本发明阀体5上设置有油孔，用于接通来自液压源的液压油。
本发明控制油缸速度和位置的数字控制阀的控制方法包括以下步骤：
1)油缸15处于平衡位置：当阀芯6的A、B、C、D面分别与阀体5的A1、B1、C1、D1面对齐，此时去油缸15的A、B口处于闭合状态，油缸静止不动；
2)控制油缸15向左方向移动：上位机17发出左移运动指令脉冲信号经主动伺服驱动13放大控制主动伺服电机1顺时针旋转，经主动联轴器9带动滚珠丝杆4顺时针旋转，推动阀芯6向右移动，此时主进油口P与工作油口B接通、主回油口T与工作油口A接通，油缸15处于向左方向运动；随着油缸15向左运动，当光栅12的指示光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅12输出左移反馈脉冲信号，此信号经反馈伺服驱动14放大控制反馈伺服电机2顺时针转动经反馈联轴器10带动螺母连接轴11顺时针转动，带动滚珠丝杆螺母3顺时针转动，使得阀芯6获得向左方向移动的负反馈运动；当左移脉冲信号停止时，阀芯6处于平衡位置，此时油缸15停止运动；
3)控制油缸15向右方向移动：上位机17发出右移运动指令脉冲信号经主动伺服驱动13放大控制主动伺服电机1逆时针旋转，经主动联轴器9带动滚珠丝杆4逆时针旋转，推动阀芯6向左移动，此时主进油口P与工作油口A接通、主回油口T与工作油口B接通，油缸15处于向右方向运动，随着油缸15向右运动，当光栅12的指示光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅12输出右移反馈脉冲信号，此信号经反馈伺服驱动14放大控制反馈伺服电机2逆时针转动经反馈联轴器10带动螺母连接轴11逆时针转动，带动滚珠丝杆螺母3逆时针转动，使得阀芯6获得向右方向移动的负反馈运动；当右移脉冲信号停止时，阀芯6处于平衡位置，此时油缸15停止运动。

Claims (6)

1.一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀，其特征在于：包括主动伺服电机（1）、反馈伺服电机（2）、滚珠丝杠螺母（3）、滚珠丝杠（4）、阀体（5）、阀芯（6）、螺母连接轴角接触球轴承（7）、阀芯角接触球轴承（8）、主动联轴器（9）、反馈联轴器（10）、螺母连接轴（11）、光栅(12)、主动伺服驱动（13）、反馈伺服驱动(14)、油缸（15）、回油箱（16）、上位机（17）、左密封腔（18）、右密封腔（19）、端盖（20）以及螺栓（21）；上位机（17）与主动伺服驱动（13）相连，主动伺服驱动（13）与主动伺服电机（1）相连，主动伺服电机（1）通过主动联轴器（9）与螺母连接轴（11）相连，主动联轴器（9）位于右密封腔（19）内，阀芯（6）通过一组阀芯角接触球轴承（8）与滚珠丝杠（4）形成转动联接，滚珠丝杠螺母（3）套在滚珠丝杠（4）上，螺母连接轴（11）套在滚珠丝杠螺母（3）上并通过一组螺栓（21）固连，螺母连接轴（11）两端套有一组螺母连接轴角接触球轴承（7），螺母连接轴角接触球轴承（7）通过端盖（20）和左密封腔（18）定位固定，反馈联轴器（10）与螺母连接轴(11)固连，反馈伺服电机(2)与反馈联轴器（10）固连，反馈伺服电机（2）与反馈伺服驱动（14）相连，回油箱（16）位于阀体（5）的上方并且与阀体（5）上的主回油口T相连，阀体（5）上还设有主进油口P、工作油口A以及工作油口B，光栅（12）包括指示光标和光电元件部分，光栅（12）的指示光标固定在油缸（15）的活塞杆上，光栅（12）的光电元件部分位置固定且与反馈伺服驱动（14）相连。
2.根据权利要求1所述的一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀，其特征在于：所述的阀芯（6）上设置有四个凸形侧面，即A面、B面、C面、D面，所述的阀体（5）内腔上设置有四个凹形侧面，即A1面、B2面、C3面、D4面；当油缸（15）处于平衡位置时，所述的凸形侧面和凹形侧面互相对齐配合。
3.根据权利要求1所述的一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀，其特征在于：所述主动伺服电机（1）与右密封腔（19）之间设有密封圈，阀体（5）分别与右密封腔（19）、左密封腔（18）之间设置有密封圈，左密封腔（18）与端盖（20）之间设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀，其特征在于：所述阀体（5）上设置有油口P，用于接通来自液压源的液压油。
5.根据权利要求1所述的一种控制油缸速度环及位置环的数字控制阀，其特征在于：所述主动伺服电机(1)、反馈伺服电机(2)的传动采用锥环式无间隙传动。
6.一种如权利要求1-4任一项所述数字控制阀的控制方法，其特征在于：
1）油缸（15）处于平衡位置：当阀芯（6）的A、B、C、D面分别与阀体（5）的A1、B1、C1、D1面对齐，此时油缸（15）的工作油口A、工作油口B处于闭合状态，油缸（15）活塞杆静止不动；
2）控制油缸（15）向左方向移动：上位机（17）发出左移运动指令脉冲信号，经主动伺服驱动（13）放大后控制主动伺服电机（1）顺时针旋转，经主动联轴器（9）带动滚珠丝杠（4）顺时针旋转，推动阀芯（6）向右移动，此时主进油口P与工作油口B接通、主回油口T与工作油口A接通，油缸（15）处于向左方向运动；随着油缸（15）向左运动，当光栅（12）的指示光栅光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅（12）输出左移反馈脉冲信号，此信号经反馈伺服驱动（14）放大后控制反馈伺服电机（2）顺时针转动，反馈联轴器（10）带动螺母连接轴（11）顺时针转动，滚珠丝杠螺母（3）顺时针转动，使得阀芯（6）获得向左方向移动的负反馈运动；当左移脉冲信号停止时，阀芯（6）处于平衡位置，此时油缸（15）停止运动；
3）控制油缸（15）向右方向移动：上位机（17）发出右移运动指令脉冲信号经主动伺服驱动（13）放大控制主动伺服电机（1）逆时针旋转，经主动联轴器（9）带动滚珠丝杠（4）逆时针旋转，推动阀芯（6）向左移动，此时主进油口P与工作油口A接通、主回油口T与工作油口B接通，油缸（15）处于向右方向运动，随着油缸（15）向右运动，当光栅（12）的指示光标给予光电元件部分光信号输入时，光栅（12）输出右移反馈脉冲信号，经反馈伺服驱动（14）放大控制反馈伺服电机（2）逆时针转动经反馈联轴器（10）带动螺母连接轴（11）逆时针转动，带动滚珠丝杠螺母（3）逆时针转动，使得阀芯(6)获得向右方向移动的负反馈运动；当右移脉冲信号停止时，阀芯(6)处于平衡位置，此时油缸(15)停止运动。
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