CN106151142B - 流量按比例分配的独立阀芯控制阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量按比例分配的独立阀芯控制阀及其控制方法。包括比例换向阀、旁路压力补偿器和两个比例溢流阀。应用独立阀芯控制技术，将系统的进油口与回油口独立出来。其中，进油口采用比例换向阀，并通过旁路压力补偿器，使得进油口两端压差与旁路压力补偿器两端压差基本相同，实现进油流量仅与进油口过流面积和旁路口过流面积的比有关，而与负载压力无关，使流量按比例分配，达到控制流量的目的；回油口采用比例溢流阀，在系统正常运行过程中，调节其溢流压力为较小值，实现节能，在系统制动过程中，调节溢流压力为所需阈值，此时，该比例溢流阀又起到缓冲阀的作用，有效吸收大惯量冲击，达到抑制背压冲击的目的。

Description

流量按比例分配的独立阀芯控制阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及电液比例控制技术，尤其是涉及一种流量按比例分配的独立阀芯控制阀及其控制方法。

背景技术

电液比例控制技术由于其可靠性、控制性、高精度性在现代控制领域得到了广泛的应用，其中阀控系统更是主流选择，在传统的阀控系统中，执行元件如液压缸或液压马达，在运行过程中通常会出现运动速度波动，压力冲击大等问题，虽然目前已经有大量学者研究通过旁路调速、设置缓冲阀等途径来优化系统，使问题在一定程度上得到改善，但传统阀控系统始终是依靠传统的一根阀芯控制执行元件的进出油口，而两油口开度的对应关系是机械固联的，早在阀芯设计加工时便确定，在使用过程中不能更改，从而使得通过两油口的流量或压力不能进行独立控制，不能达到很好的控制效果，造成系统效率低，并且由于设置缓冲、补油等装置使得系统复杂，成本较高。

独立阀芯技术采用两个阀芯分别控制执行元件的进出油口，能够独立控制系统的流量和压力，该方法较传统阀控系统提高了液压系统的控制自由度。目前已有专利在独立阀芯技术方面做了有益的探索，但其中也存在很多明显不足，比如由于独立阀芯技术增加了系统的控制自由度，使得控制难度增大，对于流量控制没有旁路压力补偿，阀口开度一定时，负载压力波动会造成进油口压差也相应变化，导致进入执行元件的流量随负载压力变化而波动，难以保持执行元件的稳定运行，又比如当系统制动时，会产生巨大的背压冲击，没有提出有效的降低冲击的方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种流量按比例分配的独立阀芯控制阀及其控制方法，该阀采用了独立阀芯控制技术，并结合旁路压力补偿，使进入执行元件流量不随负载压力变化而变化，而仅与入口阀芯的开度有关，且出口阀芯能自由调节系统背压，有效吸收制动时的大惯量冲击。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一、流量按比例分配的独立阀芯控制阀

本发明包括比例换向阀、旁路压力补偿器、第一比例溢流阀、第二比例溢流阀；比例换向阀的旁路口出口C1与旁路压力补偿器的入口相连，比例换向阀的出油口A1与执行元件的A口相连，比例换向阀的出油口B1与执行元件的B口相连，比例换向阀的进油口P1和另一进油口D1与主油路供油口P相连，第一比例溢流阀的进油口与执行元件的A口相连，第二比例溢流阀的进油口与执行元件的B口相连，旁路压力补偿器的出口与油箱相连，旁路压力补偿器的控制口与比例换向阀的K1口相连，第一比例溢流阀的出油口和第二比例溢流阀的出油口与油箱相连。

所述比例换向阀是三位六通电磁比例换向阀。所述第一比例溢流阀和第二比例溢流阀是电磁比例溢流阀。

二、流量按比例分配的独立阀芯控制阀的控制方法，该方法的步骤如下：

1)系统处于关闭状态时，调节控制电流，使比例换向阀在中位，第一比例溢流阀和第二比例溢流阀均处于关闭状态，系统流量经过比例换向阀的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器（2）再回到油箱；

2)系统处于启动状态时，调节控制电流，增大比例换向阀开度，系统流量一部分通过比例换向阀的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器再回到油箱，另一部分通过比例换向阀的出油口A1或B1口进入执行元件的A口或B口，保持第一比例溢流阀或第二比例溢流阀关闭，打开第二比例溢流阀或第一比例溢流阀，使执行元件B口或A口的回油通过第二比例溢流阀或第一比例溢流阀流回油箱；

3)系统处于正常运行状态时，调节控制电流，控制比例换向阀至所需开度，从而控制进入执行元件A口或B口的流量，调节控制电流，保持第一比例溢流阀或第二比例溢流阀关闭，控制第二比例溢流阀或第一比例溢流阀的溢流压力为较小值，从而控制系统背压，达到节能目的；

4)系统处于减速状态时，调节控制电流，减小比例换向阀开度直至关闭，调节控制电流，保持第一比例溢流阀或第二比例溢流阀关闭，控制第二比例溢流阀或第一比例溢流阀的溢流压力，使其起到缓冲阀的作用，吸收制动时的大惯量冲击。

所述比例换向阀是三位六通电磁比例换向阀，用于控制执行元件的流量，通过旁路压力补偿器，实现流量仅与阀芯开度有关，系统流量根据进油口和旁路的过流面积比按比例分配，在中位时，比例换向阀的进油口D1和比例换向阀的旁路口出口C1连通，其余油口均关闭。

所述第一比例溢流阀和第二比例溢流阀是电磁比例溢流阀，用于控制系统背压。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明采用独立阀芯技术，将阀控系统的进油口阀芯和出油口阀芯独立出来，使系统的流量和压力能够独立控制。其中，进油口采用比例换向阀，并通过旁路压力补偿器，在进油口和旁路口并联流动时，进油口两端压差与压力补偿器两端压差基本相同，实现进油流量仅与进油口的过流面积和旁路口的过流面积的比有关，而与负载压力无关，系统流量根据进油口和旁路的过流面积比按比例分配，达到控制流量的目的，执行元件两个工作油口的高压通过换向阀芯内部通道引入到压力补偿器的控制腔，使压力补偿器控制腔中压力总是来自执行元件的进油口，既克服了在负负载工况下使用梭阀导致补偿阀误动作的缺点，又比使用换向阀结构简单；回油口采用比例溢流阀，在系统正常运行过程中，调节其溢流压力为较小值，使系统背压值较小，实现节能，在系统制动过程中，调节溢流压力为所需阈值，此时，该比例溢流阀又起到缓冲阀的作用，有效吸收大惯量冲击，达到抑制背压冲击的目的。

附图说明

图1是本发明一种流量按比例分配的独立阀芯控制阀的液压原理图。

图中：1、比例换向阀，2、旁路压力补偿器，3、第一比例溢流阀，4、第二比例溢流阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，流量按比例分配的独立阀芯控制阀，包括比例换向阀1、旁路压力补偿器2、第一比例溢流阀3、第二比例溢流阀4；比例换向阀1的旁路口出口C1与旁路压力补偿器2的入口相连，比例换向阀1的出油口A1与执行元件的A口相连，比例换向阀1的出油口B1与执行元件的B口相连，比例换向阀1的进油口P1和另一进油口D1与主油路供油口P相连，第一比例溢流阀3的进油口与执行元件的A口相连，第二比例溢流阀4的进油口与执行元件的B口相连，旁路压力补偿器2的出口与油箱相连，旁路压力补偿器2的控制口与比例换向阀1的K1口相连，第一比例溢流阀3的出油口和第二比例溢流阀4的出油口与油箱相连。

所述比例换向阀1是三位六通电磁比例换向阀。

所述第一比例溢流阀3和第二比例溢流阀4是电磁比例溢流阀。

如图1所示，流量按比例分配的独立阀芯控制阀的控制方法，该方法的步骤如下：

1)系统处于关闭状态时，调节控制电流，使比例换向阀1在中位，第一比例溢流阀3和第二比例溢流阀4均处于关闭状态，系统流量经过比例换向阀1的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器2再回到油箱；

2)系统处于启动状态时，调节控制电流，增大比例换向阀1开度，系统流量一部分通过比例换向阀1的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器2再回到油箱，另一部分通过比例换向阀1的出油口A1或B1口进入执行元件的A口或B口，保持第一比例溢流阀3或第二比例溢流阀4关闭，打开第二比例溢流阀4或第一比例溢流阀3，使执行元件B口或A口的回油通过第二比例溢流阀4或第一比例溢流阀3流回油箱；

3)系统处于正常运行状态时，调节控制电流，控制比例换向阀1至所需开度，从而控制进入执行元件A口或B口的流量，调节控制电流，保持第一比例溢流阀3或第二比例溢流阀4关闭，控制第二比例溢流阀4或第一比例溢流阀3的溢流压力为较小值，从而控制系统背压，达到节能目的；

4)系统处于减速状态时，调节控制电流，减小比例换向阀1开度直至关闭，调节控制电流，保持第一比例溢流阀3或第二比例溢流阀4关闭，控制第二比例溢流阀4或第一比例溢流阀3的溢流压力，使其起到缓冲阀的作用，吸收制动时的大惯量冲击。

所述比例换向阀1是三位六通电磁比例换向阀，用于控制执行元件的流量，通过旁路压力补偿器2，实现流量仅与阀芯开度有关，系统流量根据进油口和旁路的过流面积比按比例分配，在中位时，比例换向阀1的进油口D1和比例换向阀1的旁路口出口C1连通，其余油口均关闭。

所述第一比例溢流阀3和第二比例溢流阀4是电磁比例溢流阀，用于控制系统背压。

下面对一种流量按比例分配的独立阀芯控制阀的工作过程再作进一步的说明。

如图1所示，当系统处于停止状态时，比例换向阀1在中位，第一比例溢流阀3和第二比例溢流阀4处于关闭状态，此时比例换向阀1的进油口D1和比例换向阀1的旁路口出口C1连通，其余油口均截止，主油路供油口P的流量通过比例换向阀1的进油口D1进入，从比例换向阀1 旁路口出口C1流出再进入旁路压力补偿器2的进油口，克服旁路压力补偿器2控制腔的弹簧压力，流量从旁路压力补偿器2的出油口流出最后回到油箱，执行元件没有流量通过。

当系统处于正向运行状态时，即从执行元件的A口进油，B口出油，调节控制电流，比例换向阀1 工作在左位，关闭第一比例溢流阀3，打开第二比例溢流阀4，在比例换向阀1的出油口A1完全打开的过程中，出油口A1和旁路口出口C1处于并联状态，来自主油路供油口P的流量一部分通过比例换向阀1的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器2，一部分通过比例换向阀1的出油口A1进入执行元件的A口，执行元件A口的压力通过比例换向阀1阀芯内部通道K1引入到旁路压力补偿器2的控制腔，在忽略弹簧力的情况下，旁路压力补偿器2的进出口压差与比例换向阀1的进出口压差相等，于是进入旁路压力补偿器2和进入比例换向阀1的流量仅与它们的过流面积比有关，实现流量按比例分配，控制比例换向阀1的阀芯开度，便能得到所需的进入执行元件的流量，且该流量不随负载压力变化而变化，简单有效地控制了执行元件的流量；调节控制电流，使第二比例溢流阀4的溢流压力为理想背压值，执行元件B口流量通过第二比例溢流阀4流回油箱，达到控制系统背压的目的。

当系统处于反向运行状态时，即从执行元件的B口进油，A口出油，调节控制电流，比例换向阀1 工作在右位，打开第一比例溢流阀3，关闭第二比例溢流阀4，在比例换向阀1的出油口B1完全打开的过程中，出油口B1和旁路口出口C1处于并联状态，来自主油路供油口P的流量一部分通过比例换向阀1的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器2，一部分通过比例换向阀1的出油口B1进入执行元件的B口，执行元件B口的压力通过比例换向阀1阀芯内部通道K1引入到旁路压力补偿器2的控制腔，其压力补偿原理与正向运行状态相同，使进入执行元件的流量仅与比例换向阀1的开度有关；调节控制电流，使第一比例溢流阀3的溢流压力为理想背压值，执行元件A口流量通过第一比例溢流阀3流回油箱，有效地控制系统背压。

当系统处于减速状态时，调节控制电流，减小比例换向阀1的开度，在比例换向阀1关闭过程中，同样，来自主油路供油口P口的流量一部分经过旁路口出口C1流入旁路压力补偿器2再流回油箱，一部分进入执行元件，随着比例换向阀1的关闭，进入执行元件的流量逐渐减少，通过旁路压力补偿器2流回油箱的流量逐渐增多，在比例换向阀1完全关闭的瞬间，由于大惯量负载作用，系统背压会产生冲击，通过控制第二比例溢流阀4（正向）或第一比例溢流阀3（反向）的溢流压力，有效地吸收背压冲击，起到缓冲溢流的作用。

Claims (3)

1.流量按比例分配的独立阀芯控制阀的控制方法，该独立阀芯控制阀，包括比例换向阀（1）、旁路压力补偿器（2）、第一比例溢流阀（3）、第二比例溢流阀（4）；比例换向阀（1）的旁路口出口C1与旁路压力补偿器（2）的入口相连，比例换向阀（1）的出油口A1与执行元件的A口相连，比例换向阀（1）的出油口B1与执行元件的B口相连，比例换向阀（1）的进油口P1和另一进油口D1与主油路供油口P相连，第一比例溢流阀（3）的进油口与执行元件的A口相连，第二比例溢流阀（4）的进油口与执行元件的B口相连，旁路压力补偿器（2）的出口与油箱相连，旁路压力补偿器（2）的控制口与比例换向阀（1）的K1口相连，第一比例溢流阀（3）的出油口和第二比例溢流阀（4）的出油口与油箱相连；

其特征在于，该独立阀芯控制阀控制方法的步骤如下：

1)系统处于关闭状态时，调节控制电流，使比例换向阀（1）在中位，第一比例溢流阀（3）和第二比例溢流阀（4）均处于关闭状态，系统流量经过比例换向阀（1）的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器（2）再回到油箱；

2)系统处于启动状态时，调节控制电流，增大比例换向阀（1）开度，系统流量一部分通过比例换向阀（1）的旁路口出口C1进入旁路压力补偿器（2）再回到油箱，另一部分通过比例换向阀（1）的出油口A1或B1口进入执行元件的A口或B口，保持第一比例溢流阀（3）或第二比例溢流阀（4）关闭，打开第二比例溢流阀（4）或第一比例溢流阀（3），使执行元件B口或A口的回油通过第二比例溢流阀（4）或第一比例溢流阀（3）流回油箱；

3)系统处于正常运行状态时，调节控制电流，控制比例换向阀（1）至所需开度，从而控制进入执行元件A口或B口的流量，调节控制电流，保持第一比例溢流阀（3）或第二比例溢流阀（4）关闭，控制第二比例溢流阀（4）或第一比例溢流阀（3）的溢流压力为较小值，从而控制系统背压，达到节能目的；

4)系统处于减速状态时，调节控制电流，减小比例换向阀（1）开度直至关闭，调节控制电流，保持第一比例溢流阀（3）或第二比例溢流阀（4）关闭，控制第二比例溢流阀（4）或第一比例溢流阀（3）的溢流压力，使其起到缓冲阀的作用，吸收制动时的大惯量冲击。

2.据权利要求1所述的流量按比例分配的独立阀芯控制阀的控制方法，其特征在于：所述比例换向阀（1）是三位六通电磁比例换向阀，用于控制执行元件的流量，通过旁路压力补偿器（2），实现流量仅与阀芯开度有关，系统流量根据进油口和旁路的过流面积比按比例分配，在中位时，比例换向阀（1）的进油口D1和比例换向阀（1）的旁路口出口C1连通，其余油口均关闭。

3.据权利要求1所述的流量按比例分配的独立阀芯控制阀的控制方法，其特征在于：所述第一比例溢流阀（3）和第二比例溢流阀（4）是电磁比例溢流阀，用于控制系统背压。