CN106382271B - 一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀及其方法。包括相互固定的先导阀块和主阀块，通过主阀部分的两个独立的阀芯调节负载进出口的压力和流量，并通过阀内部自带的压力传感器和位移传感器实时监测负载进出油口的压力和流量，并直接将压力信号和阀芯位移信号反馈给控制器，控制器进行闭环控制，提高控制精度。发明的双阀芯可实现负载口独立控制，增加系统的自由度，降低能耗，尤其是背压功率损失；利用阀内自带的压力、阀芯位移传感器，对阀出口的压力、流量数据反馈，提高控制精度。先导部分通过PWM控制，加强可控性。高速开关阀替换传统的先导比例阀，降低了成本，提高了可控性，降低了控制难度，减少了能耗损失。
Description
技术领域
本发明属于液压领域，具体涉及一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀及其方法。
背景技术
电液比例控制技术完善，大大提高了液压在各工程领域的地位。作为电液比例技术的关键控制元件——电液比例阀，其性能的优越将直接决定整个电液系统的性能好坏。因此如何设计出结构巧妙并且控制特性优良的电液比例阀，一直是各学者的研究重点。电液比例阀具有控制精度高、稳定性好、成本低、抗污染能力强等优点，并且可以方便地与计算机对接，控制简单，因此应用领域日益广泛。
传统的电液比例阀采用一根阀芯控制，阀的进口与出口的开口量有着连动的关系。对于不需要回油背压的负载，传统的电液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。
近些年来，传感技术的不断发展，包括压力传感器，位移传感器在内的诸多传感器被嵌入到各类液压元件中，并实现相关液压参数的闭环控制，其控制精度较传统比例阀有较大提升。
随着高速开关阀的快速发展，高速开关阀被广泛的运用与各类先导场合，有些流量较大的高速开关阀甚至可以直接驱动负载。高速开关阀具有快速启闭，体积小，结构简单，控制方便，能耗损失低，抗干扰性强，价格低廉等诸多优点。
如何将高速开关技术与电液比例技术结合起来一直是液压领域学者的研究重点。同时，通过控制器实现比例阀的压力流量的可编程控制，也是目前的研究热点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀及其方法。
本发明一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀的技术方案如下：
先导阀块开有4个安装孔，分别用于安装先导的第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀和第一高速开关阀，每个安装孔有3个油口；安装上高速开关阀之后，3个油口分别为进油口、出油口和工作口；每个安装孔的进油口相互连通，并最终连通先导进油孔；每个安装孔的出油口相互连通，并最终连通先导出油孔；第一高速开关阀、第二高速开关阀、第三高速开关阀和第一高速开关阀的工作口分别连通先导阀块上开设的第一先导工作孔、第二先导工作孔、第三先导工作孔和第四先导工作孔；
主阀块上开有回油口、先导阀供油口、主阀供油口、第一主阀工作口、第二主阀工作口；回油口与先导回油孔连接孔在阀体内部连通；先导阀供油口与先导阀进油孔连接孔在阀体内部连通；
主阀块上设有第一压力传感器安装孔和第二压力传感器安装孔，第一压力传感器安装孔上安装有第一压力传感器，并通过阀块内部油路与第一主阀工作口连通；第二压力传感器安装孔上安装有第二压力传感器，并通过内部油路与第二主阀工作口连通；
先导阀块固定在主阀块上；先导阀块上有两个位移传感器先导阀块部分安装孔；主阀块上有两个位移传感器主阀块部分安装孔；两个位移传感器主阀块部分安装孔和两个位移传感器先导阀块部分安装孔配合形成两个安装位移传感器的空间，并通过密封圈实现油液密封；
先导进油孔和先导阀进油孔连接孔连通，并通过密封圈实现油液密封；先导回油孔连接孔和先导出油孔连通，并通过密封圈实现油液密封；主阀块上与4个先导工作孔对应的位置开设有4个先导工作孔连接孔，其中第一先导工作孔与第一先导工作孔连接孔连通，第二先导工作孔与第二先导工作孔连接孔连通，第三先导工作孔与第三先导工作孔连接孔连通，第四先导工作孔与第四先导工作孔连接孔连通，并通过密封圈实现油液密封；
主阀块内设有三位三通的液压阀A和液压阀B，两个液压阀的两端均安装有复位弹簧，用于回中位；每个液压阀的主阀芯位于位移传感器主阀块部分安装孔正下方，液压阀A和液压阀B的主阀芯上安装有第一位移传感器和第二位移传感器；用于检测阀芯位移，液压阀A工作口与第一主阀工作口连通，液压阀B工作口与第二主阀工作口连通；第一高速开关阀的工作口通过第一先导工作孔、第一先导工作孔连接孔再与液压阀A的左先导液力位相连；第二高速开关阀的工作口通过第二先导工作孔、第二先导工作孔连接孔再与液压阀A的右先导液力位相连，第三高速开关阀的工作口通过第三先导工作孔、第三先导工作孔连接孔再与液压阀B的左先导液力位相连，第四高速开关阀的工作口通过第四先导工作孔、第四先导工作孔连接孔再与液压阀B的右先导液力位相连，液压阀A和液压阀B的进油口在主阀块内部连通，并最终与主阀供油口连通；液压阀A和液压阀B的出油口在主阀块内部连通，并最终与回油口连通。
优选的，所述的先导阀块上开有4个螺钉安装孔，主阀体上相应的开设有4个螺钉孔，螺钉安装孔与螺钉孔通过螺钉分别连接，使得先导阀块固定在主阀块上成整体式结构。
优选的，高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀还包括控制器，所述的压力传感器和位移传感器的输出信号线与控制器连接。
优选的，所述的控制器是带PWM驱动电路的DSP芯片或arm芯片，具有信号采集和PWM驱动功能。
所述高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀的控制方法是：
第一主阀工作口和第二主阀工作口分别连接负载的进出油口，开始启动时，4个高速开关阀处于相同的工作占空比，由于高速开关阀快速的启闭特性以及较高的工作频响，其作用在液压阀A和液压阀B左右先导液力位的液压力是相等的，液压阀A和液压阀B处于中位；
当第一主阀工作口连接负载进油口，第二主阀工作口连接负载出油口时，控制器输出PWM驱动信号，使第一高速开关阀的工作占空比降低，使第二高速开关阀的工作占空比升高，当第一高速开关阀的驱动PWM占空比小于第二高速开关阀的驱动PWM占空比时，液压阀A左先导液力位的液压力大于右先导液力位的液压力，此时液压阀A阀芯往右移动，液压阀A的进油口与工作口连通；改变第一高速开关阀和第二高速开关阀的PWM驱动占空比的差值。，可以调节主阀开口的大小。通过第一位移传感器和第一压力传感器反馈液压阀A的流量压力参数至控制器，控制器通过闭环运算控制第一高速开关阀和第二高速开关阀，确保液压阀A输出所需的压力或流量参数，提高控制精度；同理，若要液压阀A的工作口与出油口连通，只要控制第二高速开关阀的PWM驱动占空比小于高速开关阀的PWM驱动占空比即可；
液压阀B的工作原理同理可通过调节第三高速开关阀和第四高速开关阀的工作占空比。
液压阀A的阀口开度可以由第一高速开关阀和第二高速开关阀独立控制，液压阀B的阀口开度可以由第三高速开关阀和第四高速开关阀独立控制，两个三位三通的液压阀的开口量相互独立，不受约束，具有负载口独立控制的功能。在负载需要提供背压或者对负载的压力流量等参数需要复合控制的时候，在方案能够很好的实现所需功能，并节约能耗。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明的双阀芯可实现负载口独立控制，增加系统的自由度，降低能耗，尤其是背压功率损失；利用阀内自带的压力、阀芯位移传感器，对阀出口的压力、流量数据反馈，提高控制精度。先导部分通过PWM控制，加强可控性。通高速开关阀替换传统的先导比例阀，降低了成本，提高了可控性，降低了控制难度，减少了能耗损失。
附图说明
图1是本发明先导阀块的结构示意图(一)；
图2是本发明先导阀块的结构示意图(二)；
图3是本发明主阀块的结构示意图(一)；
图4是本发明主阀块的结构示意图(二)；
图5是安装之后本发明的内部液压原理图；
图6是本发明高速开关阀的结构示意图；
图7是本发明控制器的安装示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
本发明一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀的技术方案如下：
如图1、2和6所示，先导阀块1开有4个安装孔1-2-1,1-2-2,1-2-3,1-2-4，分别用于安装先导的第一高速开关阀3-1、第二高速开关阀3-2、第三高速开关阀3-3和第一高速开关阀3-4，每个安装孔有3个油口；安装上高速开关阀之后，3个油口分别为进油口、出油口和工作口；每个安装孔的进油口相互连通，并最终连通先导进油孔1-4；每个安装孔的出油口相互连通，并最终连通先导出油孔1-8；第一高速开关阀3-1、第二高速开关阀3-2、第三高速开关阀3-3和第一高速开关阀3-4的工作口分别连通先导阀块1上开设的第一先导工作孔1-5-1、第二先导工作孔1-5-2、第三先导工作孔1-6-1和第四先导工作孔1-6-2；
如图3和4所述，主阀块2上开有回油口2-11、先导阀供油口2-10、主阀供油口2-9、第一主阀工作口2-7、第二主阀工作口2-8；回油口2-11与先导回油孔连接孔2-12在阀体内部连通；先导阀供油口2-10与先导阀进油孔连接孔2-4在阀体内部连通；
主阀块2上设有第一压力传感器安装孔2-3-1和第二压力传感器安装孔2-3-2，第一压力传感器安装孔2-3-1上安装有第一压力传感器5-1，并通过阀块内部油路与第一主阀工作口2-7连通；第二压力传感器安装孔2-3-2上安装有第二压力传感器5-2，并通过内部油路与第二主阀工作口2-8连通；
先导阀块1固定在主阀块上；先导阀块1上有两个位移传感器先导阀块部分安装孔；主阀块2上有两个位移传感器主阀块部分安装孔；两个位移传感器主阀块部分安装孔和两个位移传感器先导阀块部分安装孔配合形成两个安装位移传感器的空间，并通过密封圈实现油液密封；
先导进油孔1-4和先导阀进油孔连接孔2-4连通，并通过密封圈实现油液密封；先导回油孔连接孔2-12和先导出油孔1-8连通，并通过密封圈实现油液密封；主阀块2上与4个先导工作孔对应的位置开设有4个先导工作孔连接孔，其中第一先导工作孔1-5-1与第一先导工作孔连接孔2-5-2连通，第二先导工作孔1-5-2与第二先导工作孔连接孔2-5-1连通，第三先导工作孔1-6-1与第三先导工作孔连接孔2-6-2连通，第四先导工作孔1-6-2与第四先导工作孔连接孔2-6-1连通，并通过密封圈实现油液密封；
如图5所示，主阀块2内设有三位三通的液压阀A8-1和液压阀B8-2，两个液压阀的两端均安装有复位弹簧，用于回中位；每个液压阀的主阀芯位于位移传感器主阀块部分安装孔正下方，液压阀A8-1和液压阀B8-2的主阀芯上安装有第一位移传感器6-1和第二位移传感器6-2；用于检测阀芯位移，液压阀A8-1工作口与第一主阀工作口2-7连通，液压阀B8-2工作口与第二主阀工作口2-8连通；第一高速开关阀3-1的工作口通过第一先导工作孔1-5-1、第一先导工作孔连接孔2-5-2再与液压阀A8-1的左先导液力位相连；第二高速开关阀3-2的工作口通过第二先导工作孔1-5-2、第二先导工作孔连接孔2-5-1再与液压阀A8-1的右先导液力位相连，第三高速开关阀3-3的工作口通过第三先导工作孔1-6-1、第三先导工作孔连接孔2-6-2再与液压阀B8-2的左先导液力位相连，第四高速开关阀3-4的工作口通过第三先导工作孔1-6-2、第三先导工作孔连接孔2-6-1再与液压阀B8-2的右先导液力位相连，液压阀A8-1和液压阀B8-2的进油口在主阀块内部连通，并最终与主阀供油口2-9连通；液压阀A8-1和液压阀B8-2的出油口在主阀块内部连通，并最终与回油口2-11连通。
优选的，所述的先导阀块1上开有4个螺钉安装孔1-3-1，1-3-2,1-3-3，1-3-4，主阀体2上相应的开设有4个螺钉孔2-2-1,2-2-2,2-2-3,2-2-4，螺钉安装孔与螺钉孔通过螺钉分别连接，使得先导阀块1固定在主阀块上成整体式结构。
如图7优选的，高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀还包括控制器4，所述的压力传感器5-1,5-1和位移传感器6-1,6-2的输出信号线与控制器4连接。
优选的，所述的控制器4是带PWM驱动电路的DSP芯片或arm芯片，具有信号采集和PWM驱动功能。
如图5和7所示，所述高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀的控制方法是：
第一主阀工作口2‐7和第二主阀工作口2‐8分别连接负载的进出油口，开始启动时，4个高速开关阀3‐1、3‐2、3‐3和3‐4处于相同的工作占空比，由于高速开关阀快速的启闭特性以及较高的工作频响，其作用在液压阀A8-1和液压阀B8-2左右先导液力位的液压力是相等的，液压阀A8-1和液压阀B8-2处于中位；
当第一主阀工作口2‐7连接负载进油口，第二主阀工作口2‐8连接负载出油口时，控制器输出PWM驱动信号，使第一高速开关阀3‐1的工作占空比降低，使第二高速开关阀3‐2的工作占空比升高，当第一高速开关阀3‐1的驱动PWM占空比小于第二高速开关阀3‐2的驱动PWM占空比时，液压阀A8-1左先导液力位的液压力大于右先导液力位的液压力，此时液压阀A8-1阀芯往右移动，液压阀A8-1的进油口与工作口连通；改变第一高速开关阀3‐1和第二高速开关阀3‐2的PWM驱动占空比的差值。，可以调节主阀开口的大小。通过第一位移传感器6‐1和第一压力传感器5‐1反馈液压阀A8-1的流量压力参数至控制器，控制器通过闭环运算控制第一高速开关阀3‐1和第二高速开关阀3‐2，确保液压阀A8-1输出所需的压力或流量参数，提高控制精度；同理，若要液压阀A8-1的工作口与出油口连通，只要控制第二高速开关阀3‐2的PWM驱动占空比小于高速开关阀3‐1的PWM驱动占空比即可；
液压阀B8-2的工作原理同理可通过调节第三高速开关阀3‐3和第四高速开关阀3‐4的工作占空比。
液压阀A8-1的阀口开度可以由第一高速开关阀3‐1和第二高速开关阀3‐2独立控制，液压阀B8-2的阀口开度可以由第三高速开关阀3‐3和第四高速开关阀3‐4独立控制，两个三位三通的液压阀的开口量相互独立，不受约束，具有负载口独立控制的功能。在负载需要提供背压或者对负载的压力流量等参数需要复合控制的时候，在方案能够很好的实现所需功能，并节约能耗。
该发明为高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀，通过主阀部分的两个独立的阀芯调节负载进出口的压力和流量，并通过阀内部自带的压力传感器和位移传感器实时监测负载进出油口的压力和流量，并直接将压力信号和阀芯位移信号反馈给控制器，控制器进行闭环控制，提高控制精度。
通过先导的4个高速开关阀均为两位三通高速开关阀，通过PWM控制，实际工作中，4个高速开关阀工作在相同频率，不同或相同的占空比下。通过对高速开关阀工作占空比的控制来控制主阀的位移，并通过主阀出口的压力传感器和主阀芯上的位移传感器将负载的压力信号和流量信号反馈给控制器，控制器通过计算来调节各高速开关阀的工作占空比，从而实现对主阀阀芯的位移控制，从而实现压力和流量的复合控制。
Claims (5)
1.一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀,其特征在于：
先导阀块（1）开有4个安装孔（1-2-1,1-2-2,1-2-3,1-2-4），分别用于安装先导的第一高速开关阀（3-1）、第二高速开关阀（3-2）、第三高速开关阀（3-3）和第四高速开关阀（3-4），每个安装孔有3个油口；安装上高速开关阀之后，3个油口分别为进油口、出油口和工作口；每个安装孔的进油口相互连通，并最终连通先导进油孔（1-4）；每个安装孔的出油口相互连通，并最终连通先导出油孔（1-8）；第一高速开关阀（3-1）、第二高速开关阀（3-2）、第三高速开关阀（3-3）和第四高速开关阀（3-4）的工作口分别连通先导阀块（1）上开设的第一先导工作孔（1-5-1）、第二先导工作孔（1-5-2）、第三先导工作孔（1-6-1）和第四先导工作孔（1-6-2）；
主阀块（2）上开有回油口（2-11）、先导阀供油口（2-10）、主阀供油口（2-9）、第一主阀工作口（2-7）、第二主阀工作口（2-8）；回油口（2-11）与先导回油孔连接孔（2-12）在阀体内部连通；先导阀供油口（2-10）与先导阀进油孔连接孔（2-4）在阀体内部连通；
主阀块（2）上设有第一压力传感器安装孔（2-3-1）和第二压力传感器安装孔（2-3-2），第一压力传感器安装孔（2-3-1）上安装有第一压力传感器（5-1），并通过阀块内部油路与第一主阀工作口（2-7）连通；第二压力传感器安装孔（2-3-2）上安装有第二压力传感器（5-2），并通过内部油路与第二主阀工作口（2-8）连通；
先导阀块（1）固定在主阀块上；先导阀块（1）上有两个位移传感器先导阀块部分安装孔；主阀块（2）上有两个位移传感器主阀块部分安装孔；两个位移传感器主阀块部分安装孔和两个位移传感器先导阀块部分安装孔配合形成两个安装位移传感器的空间，并通过密封圈实现油液密封；
先导进油孔（1-4）和先导阀进油孔连接孔（2-4）连通，并通过密封圈实现油液密封；先导回油孔连接孔（2-12）和先导出油孔（1-8）连通，并通过密封圈实现油液密封；主阀块（2）上与4个先导工作孔对应的位置开设有4个先导工作孔连接孔，其中第一先导工作孔（1-5-1）与第一先导工作孔连接孔（2-5-2）连通，第二先导工作孔（1-5-2）与第二先导工作孔连接孔（2-5-1）连通，第三先导工作孔（1-6-1）与第三先导工作孔连接孔（2-6-2）连通，第四先导工作孔（1-6-2）与第四先导工作孔连接孔（2-6-1）连通，并通过密封圈实现油液密封；
主阀块（2）内设有三位三通的液压阀A（8-1）和液压阀B（8-2），两个液压阀的两端均安装有复位弹簧，用于回中位；每个液压阀的主阀芯位于位移传感器主阀块部分安装孔正下方，液压阀A（8-1）和液压阀 B（8-2）的主阀芯上安装有第一位移传感器（6-1）和第二位移传感器（6-2），用于检测阀芯位移，液压阀A（8-1）工作口与第一主阀工作口（2-7）连通，液压阀B（8-2）工作口与第二主阀工作口（2-8）连通；第一先导工作孔连接孔（2-5-2）与液压阀A（8-1）的左先导液力位相连；第二先导工作孔连接孔（2-5-1）与液压阀A（8-1）的右先导液力位相连，第三先导工作孔连接孔（2-6-2）与液压阀B（8-2）的左先导液力位相连，第四先导工作孔连接孔（2-6-1）与液压阀B（8-2）的右先导液力位相连，液压阀A（8-1）和液压阀B（8-2）的进油口在主阀块内部连通，并最终与主阀供油口（2-9）连通；液压阀A（8-1）和液压阀B（8-2）的出油口在主阀块内部连通，并最终与回油口（2-11）连通。
2.根据权利要求1所述的一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀,其特征在于所述的先导阀块（1）上开有4个螺钉安装孔（1-3-1，1-3-2,1-3-3，1-3-4），主阀体（2）上相应的开设有4个螺钉孔（2-2-1,2-2-2,2-2-3,2-2-4），螺钉安装孔与螺钉孔通过螺钉分别连接，使得先导阀块（1）固定在主阀块上成整体式结构。
3.根据权利要求1所述的一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀,其特征在于还包括控制器（4），所述的压力传感器（5-1,5-1）和位移传感器（6-1,6-2）的输出信号线与控制器（4）连接。
4.根据权利要求3所述的一种高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀, 其特征在于所述的控制器（4）是带PWM驱动电路的DSP芯片或arm芯片，具有信号采集和PWM驱动功能。
5.一种如权利要求1所述高速开关阀先导控制的双阀芯可编程控制液压阀的控制方法，其特征在于：
第一主阀工作口（2-7）和第二主阀工作口（2-8）分别连接负载的进出油口，开始启动时，4个高速开关阀（3-1、3-2、3-3和3-4）处于相同的工作占空比，由于高速开关阀快速的启闭特性以及较高的工作频响，其作用在液压阀A（8-1）和液压阀B（8-2）左右先导液力位的液压力是相等的，液压阀A（8-1）和液压阀B（8-2）处于中位；
当第一主阀工作口（2-7）连接负载进油口，第二主阀工作口（2-8）连接负载出油口时，控制器输出PWM驱动信号，使第一高速开关阀（3-1）的工作占空比降低，使第二高速开关阀（3-2）的工作占空比升高，当第一高速开关阀（3-1）的驱动PWM占空比小于第二高速开关阀（3-2）的驱动PWM占空比时，液压阀A（8-1）左先导液力位的液压力大于右先导液力位的液压力，此时液压阀A（8-1）阀芯往右移动，液压阀A（8-1）的进油口与工作口连通；改变第一高速开关阀（3-1）和第二高速开关阀（3-2）的PWM驱动占空比的差值，可以调节主阀开口的大小，通过第一位移传感器（6-1）和第一压力传感器（5-1）反馈液压阀A（8-1）的流量压力参数至控制器，控制器通过闭环运算控制第一高速开关阀（3-1）和第二高速开关阀（3-2），确保液压阀A（8-1）输出所需的压力或流量参数，提高控制精度；同理，若要液压阀A（8-1）的工作口与出油口连通，只要控制第二高速开关阀（3-2）的PWM驱动占空比小于高速开关阀（3-1）的PWM驱动占空比即可；
液压阀B（8-2）的工作原理同理可通过调节第三高速开关阀（3-3）和第四高速开关阀（3-4）的工作占空比；
液压阀A（8-1）的阀口开度可以由第一高速开关阀（3-1）和第二高速开关阀（3-2）独立控制，液压阀B（8-2）的阀口开度可以由第三高速开关阀（3-3）和第四高速开关阀（3-4）独立控制，两个三位三通的液压阀的开口量相互独立，不受约束，具有负载口独立控制的功能。
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