CN106762909A - 一种高速开关阀先导控制的液压多路阀及其控制方法 - 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液压多路阀及其控制方法。液压多路阀包括主阀体(1)、控制阀和N联工作阀，N≥2；多路工作阀中的每一联工作阀具有两个独立的液压阀，即主阀A和主阀B，每个主阀分别由两个高速开关阀对其独立控制，从而可以独立控制执行器进出口的压力和流量；通过每一联阀内自带的压力传感器和位移传感器直接向控制器反馈压力和流量信息；控制器将反馈的信息通过工业总线反馈给操作者，使操作者可以实时获取执行器的工况信息。控制器根据反馈的压力和流量信息，计算产生PWM信号驱动先导高速开关阀，控制主阀，形成压力和流量的闭环控制，提高控制精度。
Description
技术领域
本发明属于液压多路阀领域，具体涉及一种高速开关阀先导控制的液压多路阀及其控制方法。
技术背景
液压多路阀是一种集成了多个液压阀于一体的多功能集成式液压阀，由于其具有结构紧凑、管路连接简单等优点，被广泛运用于各类工程机械中，如挖掘机，装载机等。液压多路阀的性能对主机影响巨大。作为各类工程机械液压系统的控制核心，液压多路阀同时控制着多个负载的动作。
目前市场上的液压多路阀多为先导式结构，即控制先导阀产生液压力驱动主阀，先导阀多为小流量的先导比例阀，主阀多为单根阀芯的换向阀。此结构将带来以下几点问题：1.先导比例阀的价格较高，而且控制较为复杂，节流较大，能耗损失较为严重；2单阀芯的主阀做换向用时，其进出油口的过油面积存在联动关系，无法独立控制，在一些需要背压实时控制的场合，传统单阀芯的换向阀无法独立调节进口和出口的压力，造成能源的浪费；3.传统的多路阀多为手动操控，缺少控制策略和信息传输，操控者无法实时得知各负载的工况。
随着电子技术，通讯技术，数字控制技术，电液比例技术和测试传感技术的不断发展，各种嵌入式传感器被运用到液压阀中，实时测试压力和阀芯位移，并通过各类工业总线将数据反馈给使用者。近年来，液压高速开关阀发展迅猛，其流量和频响都有较大提升，在有些场合，高速开关阀逐渐取代比例阀作为先导阀对主阀进行控制。高速开关阀具有结构简单、快速启闭、节流小、控制简单等优点，当其工作频响足够高时，阀口离散的流量可以被等效成连续的液体，其功能也可以等效成比例阀的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速开关阀先导控制的液压多路阀，多路阀中的每一联工作阀具有两个独立的液压阀，即主阀A和主阀B，每个主阀分别由两个高速开关阀对其独立控制，从而可以独立控制执行器进出口的压力和流量；通过每一联阀内自带的压力传感器和位移传感器直接向控制器反馈压力和流量信息；控制器将反馈的信息通过工业总线反馈给操作者，使操作者可以实时获取执行器的工况信息。控制器根据反馈的压力和流量信息，计算产生PWM信号驱动先导高速开关阀，控制主阀，形成压力和流量的闭环控制，提高控制精度。
本发明的技术方案具体如下：
一种高速开关阀先导控制的液压多路阀包括主阀体(1)、控制阀和N联工作阀，N≥2；
所述的控制阀包括减压阀(8)、安全阀(9)、负载敏感阀(4‐7‐1)、进油口压力传感器(5‐7‐2)、负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)、主阀阀芯位移传感器(6‐7‐1)、控制器(7‐7)和控制阀先导阀块(2‐7)；进油口压力传感器(5‐7‐2)安装在进油口(1‐9)管路上，减压阀(8)安装在进油口(1‐9)与先导高速开关阀进油口的管路上，安全阀(9)安装在主阀体(1)进油管路与出油管路之间；主阀阀芯位移传感器(6‐7‐1)、负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)、进油口压力传感器(5‐7‐2)与控制器(7‐7)相连；控制阀先导阀块(2‐7)上安装有两个先导高速开关阀，负载敏感阀(4‐7‐1)受控制阀先导阀块(2‐7)上的两个先导高速开关阀控制；
所述的N联工作阀结构相同，每一联工作阀包括主阀A、主阀B、工作阀负载口A、工作阀负载口B、负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器、工作阀控制器和工作阀先导阀块；主阀A工作口连接工作阀负载口A，主阀B工作口连接工作阀负载口B，负载口A压力传感器安装在工作阀负载口A内，负载口B压力传感器安装在工作阀负载口B内，主阀A阀芯位移传感器安装在主阀A的阀芯上，主阀B阀芯位移传感器安装在主阀B的阀芯上；工作阀控制器与负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器通过信号线连接；工作阀先导阀块上安装有4个先导高速开关阀，其中两个先导高速开关阀控制主阀A开度，另两个控制主阀B开度；
工作阀负载口A、工作阀负载口B设在主阀体(1)上，主阀体(1)上还设有出油口A(1‐7)、出油口B(1‐8)、进油口(1‐9)、负载敏感口(1‐10)；负载敏感阀(4‐7‐1)的工作口与负载敏感口(1‐10)连接；主阀体(1)的进油口(1‐9)与负载敏感阀(4‐7‐1)、主阀A和主阀B的进油口相连，主阀体(1)的进油口(1‐9)经减压阀(8)减压后与各先导高速开关阀的进油口相连，出油口A(1‐7)和出油口B(1‐8)相互连通并与工作阀、控制阀的所有回油口相连。
优选的，所述的每一联工作阀内部均为对称式结构，即主阀A和主阀B为对称分布；工作阀先导阀块上的每两个先导高速开关阀控制一个主阀。
所述高速开关阀先导控制的液压多路阀的控制方法是：
减压阀(8)将高压油减压，给先导高速开关阀供低压油；安全阀(9)起安全作用，确保负载突然增大时，油液卸荷；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀(4‐7‐1)的开度，从而控制负载敏感口的压力，并进一步控制与多路工作阀相连的负载敏感泵的输出流量，以匹配所有工作阀的流量需求；负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)实时监测负载敏感口的压力，并反馈给控制器(7‐7)，形成闭环控制，提高控制精度；
多路工作阀在连接负载敏感泵的时候，根据负载敏感泵的负载敏感口压力与流量的关系，给每个工作阀发送流量指令，每一个工作阀的流量指令求和之后计算得到总的需求流量，并通过负载敏感口压力与流量的关系反算得到该流量下的负载敏感口压力，控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀(4‐7‐1)，使负载敏感口达到指定的压力，以确保负载敏感泵输出所需的流量；
工作阀上的先导高速开关阀在PWM信号驱动下一直处于高速启闭状态，通过改变其占空比，可以改变其所控制的主阀的输出流量；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀以同样的方式控制负载敏感阀(4‐7‐1)的开度；
负载口A压力传感器、负载口B压力传感器实时监测工作阀负载口A和第工作阀负载口B的压力，并反馈给工作阀控制器，主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器实时监测主阀A和主阀B的主阀芯位移，并反馈给工作阀控制器，工作阀控制器通过闭环运算对先导高速开关阀进行进一步的控制，提高执行器压力和流量的控制精度。
附图说明
图1为本发明高速开关阀先导控制的液压多路阀的结构示意图(右视立体图，N＝6)；
图2为本发明高速开关阀先导控制的液压多路阀的结构示意图(左视立体图，N＝6)；
图3为本发明高速开关阀先导控制的液压多路阀的液压控制示意图(N＝2)。
具体实施方式
如图1和2所示，一种高速开关阀先导控制的液压多路阀包括主阀体(1)、控制阀和N联工作阀，N≥2；在本实施例中N＝6。
所述的控制阀包括减压阀8、安全阀9、负载敏感阀4‐7‐1、进油口压力传感器5‐7‐2、负载敏感口压力传感器5‐7‐1、主阀阀芯位移传感器6‐7‐1、控制器7‐7和控制阀先导阀块2‐7；进油口压力传感器5‐7‐2安装在进油口1‐9管路上，减压阀8安装在进油口1‐9与先导高速开关阀进油口的管路上，安全阀9安装在主阀体1进油管路与出油管路之间；主阀阀芯位移传感器6‐7‐1、负载敏感口压力传感器5‐7‐1、进油口压力传感器5‐7‐2与控制器7‐7相连；控制阀先导阀块2‐7上安装有两个先导高速开关阀，负载敏感阀4‐7‐1受控制阀先导阀块2‐7上的两个先导高速开关阀控制；
所述的N联工作阀结构相同，每一联工作阀包括主阀A、主阀B、工作阀负载口A、工作阀负载口B、负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器、工作阀控制器和工作阀先导阀块；主阀A工作口连接工作阀负载口A，主阀B工作口连接工作阀负载口B，负载口A压力传感器安装在工作阀负载口A内，负载口B压力传感器安装在工作阀负载口B内，主阀A阀芯位移传感器安装在主阀A的阀芯上，主阀B阀芯位移传感器安装在主阀B的阀芯上；工作阀控制器与负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器通过信号线连接；工作阀先导阀块上安装有4个先导高速开关阀，其中两个先导高速开关阀控制主阀A开度，另两个控制主阀B开度；
工作阀负载口A、工作阀负载口B设在主阀体1上，主阀体1上还设有出油口A1‐7、出油口B1‐8、进油口1‐9、负载敏感口1‐10；负载敏感阀4‐7‐1的工作口与负载敏感口1‐10连接；主阀体1的进油口1‐9与负载敏感阀4‐7‐1、主阀A和主阀B的进油口相连，主阀体1的进油口1‐9经减压阀8减压后与各先导高速开关阀的进油口相连，出油口A1‐7和出油口B1‐8相互连通并与工作阀、控制阀的所有回油口相连。
优选的，所述的每一联工作阀内部均为对称式结构，即主阀A和主阀B为对称分布；工作阀先导阀块上的每两个先导高速开关阀控制一个主阀。
如图3所示，以N＝2为例，所述高速开关阀先导控制的液压多路阀的控制方法是：
减压阀(8)将高压油减压，给先导高速开关阀供低压油；安全阀(9)起安全作用，确保负载突然增大时，油液卸荷；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀4‐7‐1的开度，从而控制负载敏感口的压力，并进一步控制与多路工作阀相连的负载敏感泵的输出流量，以匹配所有工作阀的流量需求；负载敏感口压力传感器5‐7‐1实时监测负载敏感口的压力，并反馈给控制器7‐7，形成闭环控制，提高控制精度；
多路工作阀在连接负载敏感泵的时候，根据负载敏感泵的负载敏感口压力与流量的关系，给每个工作阀发送流量指令，每一个工作阀的流量指令求和之后计算得到总的需求流量，并通过负载敏感口压力与流量的关系反算得到该流量下的负载敏感口压力，控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀4‐7‐1，使负载敏感口达到指定的压力，以确保负载敏感泵输出所需的流量；
工作阀上的先导高速开关阀在PWM信号驱动下一直处于高速启闭状态，通过改变其占空比，可以改变其所控制的主阀的输出流量；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀以同样的方式控制负载敏感阀4‐7‐1的开度；
负载口A压力传感器、负载口B压力传感器实时监测工作阀负载口A和第工作阀负载口B的压力，并反馈给工作阀控制器，主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器实时监测主阀A和主阀B的主阀芯位移，并反馈给工作阀控制器，工作阀控制器通过闭环运算对先导高速开关阀进行进一步的控制，提高执行器压力和流量的控制精度。
仅以第一联工作阀为例进行说明其它联工作阀的工作原理相同，第一联工作阀包括主阀A4‐1‐1、主阀B4‐1‐2、工作阀负载口A1‐1‐1、工作阀负载口B1‐1‐2、负载口A压力传感器5‐1‐1、负载口B压力传感器5‐1‐2、主阀A阀芯位移传感器6‐1‐1、主阀B阀芯位移传感器6‐1‐2、工作阀控制器7‐1和工作阀先导阀块2‐1；工作阀先导阀块2‐1上安装有4个先导高速开关阀3‐1‐1,3‐1‐2,3‐1‐3,3‐1‐4，其中先导高速开关阀3‐1‐1,3‐1‐2控制主阀A4‐1‐1，先导高速开关阀3‐1‐3,3‐1‐4控制主阀B4‐1‐2；
启动时，工作阀控制器7‐1驱动工作阀上相连的四个先导高速开关阀3‐1‐1,3‐1‐2,3‐1‐3,3‐1‐4处于相同的工作占空比状态下；由于工作占空比相同，因此主阀A4‐1‐1左右液力位收到的液压力几乎相同，主阀A4‐1‐1在两端复位弹簧的作用力和左右两端相同大小的液压力的作用下，处于中位；同理，主阀B4‐1‐2也处于中位；
以对第一联工作阀的主阀A进行控制为例其它工作阀的主阀A、主阀B及负载敏感阀4‐7‐1的控制同理，工作阀控制器7‐1输出PWM驱动信号，使主阀A左侧的高速开关阀3‐1‐1的工作占空比降低，使主阀A右侧高速开关阀3‐1‐2的工作占空比升高，当左侧高速开关阀的驱动PWM占空比小于右侧高速开关阀的驱动PWM占空比时，主阀A左侧先导液力位的液压力大于右侧先导液力位的液压力，此时主阀A阀芯向右移动，主阀A的进油口与工作口连通；改变两个高速开关阀3‐1‐1,3‐1‐2的PWM驱动占空比的差值，可以调节主阀A4‐1‐1开口的大小；通过负载口A压力传感器5‐1‐1、主阀A阀芯位移传感器6‐1‐1反馈主阀A的流量压力参数至工作阀控制器7‐1，控制器通过闭环运算控制两个高速开关阀，确保主阀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A8-1的工作口与出油口连通，只要控制高速开关阀3‐1‐2的PWM驱动占空比小于高速开关阀3‐1‐1的PWM驱动占空比即可。
Claims (3)
1.一种高速开关阀先导控制的液压多路阀，其特征在于包括主阀体(1)、控制阀和N联工作阀，N≥2；
所述的控制阀包括减压阀(8)、安全阀(9)、负载敏感阀(4‐7‐1)、进油口压力传感器(5‐7‐2)、负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)、主阀阀芯位移传感器(6‐7‐1)、控制器(7‐7)和控制阀先导阀块(2‐7)；进油口压力传感器(5‐7‐2)安装在进油口(1‐9)管路上，减压阀(8)安装在进油口(1‐9)与先导高速开关阀进油口的管路上，安全阀(9)安装在主阀体(1)进油管路与出油管路之间；主阀阀芯位移传感器(6‐7‐1)、负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)、进油口压力传感器(5‐7‐2)与控制器(7‐7)相连；控制阀先导阀块(2‐7)上安装有两个先导高速开关阀，负载敏感阀(4‐7‐1)受控制阀先导阀块(2‐7)上的两个先导高速开关阀控制；
所述的N联工作阀结构相同，每一联工作阀包括主阀A、主阀B、工作阀负载口A、工作阀负载口B、负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器、工作阀控制器和工作阀先导阀块；主阀A工作口连接工作阀负载口A，主阀B工作口连接工作阀负载口B，负载口A压力传感器安装在工作阀负载口A内，负载口B压力传感器安装在工作阀负载口B内，主阀A阀芯位移传感器安装在主阀A的阀芯上，主阀B阀芯位移传感器安装在主阀B的阀芯上；工作阀控制器与负载口A压力传感器、负载口B压力传感器、主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器通过信号线连接；工作阀先导阀块上安装有4个先导高速开关阀，其中两个先导高速开关阀控制主阀A开度，另两个控制主阀B开度；
工作阀负载口A、工作阀负载口B设在主阀体(1)上，主阀体(1)上还设有出油口A(1‐7)、出油口B(1‐8)、进油口(1‐9)、负载敏感口(1‐10)；负载敏感阀(4‐7‐1)的工作口与负载敏感口(1‐10)连接；主阀体(1)的进油口(1‐9)与负载敏感阀(4‐7‐1)、主阀A和主阀B的进油口相连，主阀体(1)的进油口(1‐9)经减压阀(8)减压后与各先导高速开关阀的进油口相连，出油口A(1‐7)和出油口B(1‐8)相互连通并与工作阀、控制阀的所有回油口相连。
2.根据权利要求1所述的高速开关阀先导控制的液压多路阀，其特征在于所述的每一联工作阀内部均为对称式结构，即主阀A和主阀B为对称分布；工作阀先导阀块上的每两个先导高速开关阀控制一个主阀。
3.一种如权利要求1所述高速开关阀先导控制的液压多路阀的控制方法，其特征在于：
减压阀(8)将高压油减压，给先导高速开关阀供低压油；安全阀(9)起安全作用，确保负载突然增大时，油液卸荷；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀(4‐7‐1)的开度，从而控制负载敏感口的压力，并进一步控制与多路工作阀相连的负载敏感泵的输出流量，以匹配所有工作阀的流量需求；负载敏感口压力传感器(5‐7‐1)实时监测负载敏感口的压力，并反馈给控制器(7‐7)，形成闭环控制，提高控制精度；
多路工作阀在连接负载敏感泵的时候，根据负载敏感泵的负载敏感口压力与流量的关系，给每个工作阀发送流量指令，每一个工作阀的流量指令求和之后计算得到总的需求流量，并通过负载敏感口压力与流量的关系反算得到该流量下的负载敏感口压力，控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀控制负载敏感阀(4‐7‐1)，使负载敏感口达到指定的压力，以确保负载敏感泵输出所需的流量；
工作阀上的先导高速开关阀在PWM信号驱动下一直处于高速启闭状态，通过改变其占空比，改变其所控制的主阀的输出流量；控制阀先导阀块的两个先导高速开关阀以同样的方式控制负载敏感阀(4‐7‐1)的开度；
负载口A压力传感器、负载口B压力传感器实时监测工作阀负载口A和第工作阀负载口B的压力，并反馈给工作阀控制器，主阀A阀芯位移传感器、主阀B阀芯位移传感器实时监测主阀A和主阀B的主阀芯位移，并反馈给工作阀控制器，工作阀控制器通过闭环运算对先导高速开关阀进行进一步的控制，提高执行器压力和流量的控制精度。
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