CN1060896A

CN1060896A - 内部位置反馈式高精度分流阀

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Publication number: CN1060896A
Application number: CN 90108474
Authority: CN
Inventors: 周文; 陆世鑫; 权龙�
Original assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Current assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2005-10-15
Also published as: CN1021989C

Abstract

一种内部位置反馈式高精度分流阀属于流体传动与控制系统中实现高精度分流控制的装置。这种阀采用了内部位置反馈，把液动力、摩擦力等扰动点包围在反馈回路内，在稳定工作的前提下，适当加大开环增益。大大减少了干扰因素的影响，达到了提高精度，扩大通流范围和实现了三路分流及三路以上的多路分流的目的。

Description

本发明属流体传动与控制系统中实现高精度分流控制的装置。

目前，采用分流阀的同步方案用得较广。我国3FL系列换向活塞式和挂钩式分流（集流）阀，是由两个固定节流口和一个负载补偿阀组成，这类阀的稳态分流精度随流量的减小而降低，小到额定流量的60%以下时，误差显著增大。其次是由于稳态轴向液动力、摩擦力和弹簧力等因素的影响，其分流误差着较大，一般只能达到+1.5～+2.5%，即使参数经过优化，精度也不高于+1%。

自调式分流阀是在3FL系列阀基础上，将两个固定节流孔改为可调式（自动调节），使阀口开口面积大小自动随流量的变化而变化，在规定的精度下，扩大了通流范围，但精度并没有大的提高。

武汉工业大学张运祺教授提出的“分配阀外置唇边活塞式同步阀”在一定程度上提高了分流精度，但也只达到+1.5%。

日本SumiToMo精仪有限公司研制的带补偿活塞的节流型分流阀，相当于一种和执行机构联合作用的阀，用两个固定节流孔检测执行机构的速度，形成速度反馈，构成大闭环以补偿负载变化、泄漏、制造误差等因素的影响，但补偿阀上稳态液动力的影响并没有消除。西德和美国的一些分流阀，例如：Buchen公司的MTEA、MTRA和MTDA系列流阀，Henon公司MT系列分流阀，Hawe公司TQ系列分流阀，虽然在结构上各有特点，但原理上都属于固定节流式阀，分流精度最高也只能达到+1.5%，且不能实现三路分流。

本发明的目的是用一种新原理的分流阀，克服传统阀原理上的缺陷，在较宽通流范围内提高稳态分流精度。这种阀采用了内部位置反馈，把液动力、摩擦力等扰动点包围在反馈回路内，在稳定工作的前提下，适当加大开环增益，可大大减少这些干扰因素的影响，以达到提高精度，扩大通流范围的目的。采用新原理阀还可以实现三路分流及三路以上的多路分流。

本发明是一种具有内部位置反馈的高精度分流阀，其特征是，它包括阀体（1），装于阀体（1）中的负荷补偿器阀芯（2），装于阀芯（2）两侧的对中弹簧（3），装于阀体（1）中的流量检测和位置反馈阀芯（4），同轴装于每个阀芯（4）上端的复位弹簧（5），置于进油腔和阀芯（4）上位置反馈节流口a、b（a、b、c）之间薄刃口固定节流孔（6），位于阀芯（2）两侧控制腔和阀芯（4）上位置反馈节流口a、b（a、b、c）之间的动态阻尼（7），位于每个阀芯（4）出油口和上控制腔之间的速度反馈阻尼（8）。

本发明所述的流量检测和位置反馈阀芯（4）采用分离式插装结构，视阀芯（4）的数目可构成两路、三路或三路以上的分流装置，阀芯（4）的数目等于分流路数。

本发明所述的位置反馈节流口a、b（a、b、c）置于流量检测和位置反馈阀芯（4）上，数目随位置反馈阀芯（4）的数目而定。负荷补偿器阀芯（2）的工作位置由节流口a、b（a、b、c）的位置差来控制。其负荷补偿器阀芯（2）的数目等于流量检测和位置反馈阀芯（4）的数目减1，各阀芯（4）的位置同步由负荷补偿器阀芯（2）的位置控制。

本发明的工作原理对照附图1进一步说明。图中P₁和P₂分别为管道9和10的压力，P₃和P₄分别为两出口的负载压力，P₅和P₆分别为控制腔12和11的压力，P₇和P₈分别为补偿阀左、右控制腔中的压力，P₉和P₁₀分别为两个阀芯（4）上腔的压力，Q_A和Q_B分别为流经开口X_A（Z_A）和X_B（Z_B）的流量。功率油流首先经负荷补偿器（2）的控制开口X_A和X_B，然后流入两个流量检测和位置反馈单元（4）中，再通过两个控制开口Z_A与Z_B，分别流进两个负载元件L_A和L_B中，最后流回油箱。

先导反馈油流首先经两个固定节流孔（6）再经由位置反馈节流口C和D流回油箱。控制压力P₅和P₆之差和位置反馈节流口C和D的通流截面积差有关，用P₅和P₆的压力差来控制负荷补偿器阀芯（2）的位置，以补偿负载偏差。控制点的工作压力随通流量而变，因此，额定工作点的先导压力P₅₀和P₆₀的选择，要兼顾通流范围和下限。

两个流量检测和位置反馈阀芯（4）的主阀口的通流量分别为：

Q_A＝＊＊Z_A2/ P_A

Q_B＝＊＊Z_B2/ P_B

式中为流量系数，为主阀口面积梯度，Z_A和Z_B为两个主阀口开口量，P_A和P_B分别为两主阀口前后压差，其值为：

P_A＝P₁-P₃＝P₁-P₉＝K_Z（Z_O+Z_A）/A_Z

P_B＝P₂-P₄＝P₂-P₁₀＝K_Z（Z_O+Z_B）/A_Z

式中Z_O为复位弹簧（5）的予压缩量，K_Z为复位弹簧（5）的弹簧刚度，A_Z为流量检测阀芯（4）的控制面积，若满足Z_O＞＞Z_A和Z_O＞＞Z_B，则

P_A＝P_B＝K_ZZ_O/A_Z＝常数

因而，通流量Q_A、Q_B分别正比于开口量Z_A、Z_B，反馈节流口C和D检测出的位移Z_A和Z_B，即表示了流量Q_A和Q_B。Q_A和Q_B的变化，立刻转化为节流口的位置变化，形成位置反馈，并产生先导油路中控制压力的变化，作用到负荷补偿器阀芯（2）两控制腔，用以补偿负载偏差对流量的影响。只要适当设计反馈节流口的面积梯度和固定节流孔（6）通流截面间的比例关系，即可在较宽通流范围内，达到较高分流精度。调节负荷补偿器的弹簧（3），可以修正反馈节流口的位置和尺寸误差，从而降低了加工精度要求。

当两个出口的负载压力相等（P₅＝P₄）时，Z_A＝Z_B，X_A＝X_B，因而，Q_A＝Q_B。

当某端压力升高时，例如，P₃突然升高，Q_A减少，Z_A减少，反馈节流开口C减小，控制压力P₆升高（P₈亦升高），负荷补偿器阀芯（2）失去平衡而左移，X_B关小，X_A开大，P₂降低，P₁升高，从而使Q_A重新增大，Q_B略有减小（Z_A重又开大，Z_B略有减小），在新的条件下，P₅近似等于P₆（即P₇＝P₈），阀进入新的平衡状态，Q_A近似等于Q_B。

P₄升高后的自动调节过程与此类似。

两个阻尼孔（7）起速度反馈作用，用以提高流量检测和位置反馈阀芯（4）的动态稳定性，两个阻尼孔（8）的作用，可以提高负荷补偿器阀芯（2）的动态稳定性。

和传统分流阀相比，本发明的优点在于，一是可以在较宽通流范围内有较高的稳态分流精度，二是由于流量检测和位置反馈阀芯（4）采用分离式结构，可方便地构成三路以上分流阀。其缺点是存在先导泄漏流量（q_max＝3%Q_N），无功损耗略大于传统分流阀。

实施例1，按新原理构成的两路分流阀，其结构如图2所示，工作原理如前述。主要技术参数和指标是：

额定流量：Q_N＝200l/min（Q_AN＝Q_BN＝100l/min）

额定压力：P_N＝31.5MPa

通流范围：Q/Q_N＝40～100%（根据计算和试验）

负载偏差：P_AB＝P₃-P₄＜10MPa

负载补偿器弹簧刚度k＝15N/min时，稳态分流误差：T_f＜+0.5%。

实施例2，按新原理设计的三路分流阀，其工作原理如图3所示。

这种阀主要由下列单元构成：阀体（1），两个负荷补偿器阀芯（2），三个对中弹簧（3），三个流量检测和位置反馈阀芯（4），三个复位弹簧（5），三个先导反馈油路的固定节流孔（6），三个动态反馈阻尼（7）和三个速度反馈阻尼（8）。

阀的工作原理如下（见图3）：功率油流分三路经负荷补偿器的阀口X_A、X_B1+X_B2和X_C作用到三个流量检测和位置反馈阀芯（4），再经阀口Z_A、Z_B和Z_C流入负载元件L_A、L_B和L_C，然后回到油箱。

先导反馈油流首先经三个固定节流孔（6）流入三个流量检测和位置反馈阀芯（4）的反馈控制腔中，再经位置反馈节流口a、b和c，最后流回油箱，反馈压力Pa、Pb和Pc分别引入负载补偿器的左、中、右三个控制腔。当三个负载相同时，即P₄＝P₅＝P₆时，P₁＝P₂＝P₃，Z_A＝Z_B＝Z_B，X_A＝X_B1+X_B2＝X_B＝X_C＝X_O，故负载流量Q_A＝Q_B＝Q_C。

当某负载突然增大时，例如L_A增大，则P₄升高，Q_A减小，Z_A减小，Pa升高，负载补偿器左阀芯右移，通过中间弹簧（3），右阀芯也右移，于是X_A增大，X_C减小，X_B1减小，X_B2增大，但由于中间弹簧变形的影响，X_B1的减小量大于X_B2的增加量，所以（X_B1+X_B2）的总效果是减小，因而Q_A重新增加，Q_B和Q_C略有降低，Z_B和Z_C略减小，在新的条件下，达到一个新的平均平衡状态，使Q_A＝Q_B＝Q_C（Q_B＝Q_B1+Q_B2），其他负载变化所引起的调节过程与此类似。

经计算，当额定流量Q_N＝240l/min（Q_NA＝Q_NB＝Q_NC＝80l/min），额定压力P_N＝31.5MPa，通流范围Q/Q_N＝40～100%，负载压差P_AB（或P_AC或P_BC）＜10MPa，负载补偿器对中弹簧（3）的刚度k＝12.8N/mm时，稳态分流误差T_f＜+0.8%。先导油漏量q＜Q_N＊3%。

附图说明：

图1为内部位置反馈分流阀原理图。

1、阀体 2、负荷补偿器阀芯

3、对中弹簧 4、流量检测和位置反馈阀芯

5、复位弹簧 6、先导反馈油路固定节流孔

7、动态反馈阻尼 8、速度反馈阻尼

P₁～P₁₀为各腔中压力

a、b为两流量检测阀芯（4）位置反馈节流开口

Q_A、Q_B分别为两个负载流量

X_A、X_B为负荷补偿阀的两个开口

Z_A、Z_B为流量检测阀芯（4）的开口量

L_A、L_B为两个负载

图2为正视剖面图

1、阀体 2、负荷补偿器阀芯

3、对中弹簧 4、流量检测和位置反馈阀芯

5、复位弹簧 6、先导反馈油路固定节流孔

7、动态反馈阻尼 8、速度反馈阻尼

尺寸说明：

250-阀的最大轮廓尺寸（mm） 226-阀盖间距离（mm）

208-阀体长度（mm）

图3为三路分流阀原理结构图

1、阀体 2、负荷补偿器阀芯

3、对中弹簧 4、流量检测和位置反馈阀芯

5、复位弹簧 6、先导反馈油路固定节流孔

7、动态反馈阻尼 8、速度反馈阻尼

a、b、c为各流量检测阀芯上的位置反馈节流开口

X_O为负荷补偿器的予开口量

X_A、X_B1、X_B2、X_C分别为负荷补偿器的四个开口量

Z_A、Z_B、Z_C分别为三个流量检测阀芯的开口量

P₁～P₆为各腔的压力 L_A、L_B、L_C为三个出口的负载

Q_A、Q_B、Q_C为三个出口流量

Pa、Pb、Pc分别为负载补偿器的三个控制腔压力

Claims

1、一种具有内部位置反馈的高精度分流阀，其特征是，它包括阀体(1)，装于阀体(1)中的负荷补偿器阀芯(2)，同轴装于阀芯(2)两侧的对中弹簧(3)，装于阀体(1)中的流量检测和位置反馈阀芯(4)，同轴装于每个阀芯(4)上端的复位弹簧(5)，置于进油腔和阀芯(4)上位置反馈节流口a、b(a、b、c)之间薄刃口固定节流孔(6)，位于阀芯(2)两侧控制腔和阀芯(4)上位置反馈节流口a、b(a、b、c)之间的动态阻尼(7)，位于每个阀芯(4)出油口和上控制腔之间的速度反馈阻尼(8)。

2、按照权利要求1所述的内部位置反馈高精度分流阀，其特征是流量检测和位置反馈阀芯（4），采用分离式插装结构，视阀芯（4）的数目可构成两路、三路或三路以上的分流装置，阀芯（4）的数目等于分流路数。

3、按照权利要求1所述的内部位置反馈高精度分流阀，其特征在于位置反馈节流口a、b（a、b、c）置于流量检测和位置反馈阀芯（4）上，其负荷补偿器阀芯（2）的工作位置由节流口a、b（a、b、c）的位置差来控制。

4、按照权利要求1所述的内部位置反馈高精度分流阀，其特征在于，负荷补偿器阀芯（2）的数目等于流量检测阀芯（4）的数目减1，各阀芯（4）的位置同步由负荷补偿器阀芯（2）的位置控制。