CN107100909A - 一种智能控制节能阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控制节能阀，包括比例溢流阀(9)、比例方向节流阀(13)；比例溢流阀(9)主要由依次相连的第一伺服电机(10)，第一溢流阀(11)和第一丝杆螺母(12)组成；比例方向节流阀(13)主要由依次相连的第二伺服电机(14)、第二丝杆螺母(15)和液压阀(16)组成；比例溢流阀(9)并联安装在油泵(2)出口与比例方向节流阀(13)之间的油路上，比例方向节流阀(13)出口的两个工作油口之间设置有梭阀(17)，在梭阀(17)上设置有压力传感器(18)。本发明利于型号拓展、缩短开发周期，提高可靠性、利于智能或数字控制。

Description

一种智能控制节能阀

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，特别涉及的一种实现了多参数比例控制、且能够节能的比例阀。

背景技术

《中国机械工程技术路线图》提出了“绿色、智能、超常、融合、服务”的理念，囊括了机械工业今后二十年发展的方向。液压作为机械工程关键技术体系，其发展方向即“紧凑、高效、智能(或数字)、可靠。

液压比例控制系统是将机械、液压、电子控制技术结合的一种系统。能够对液压系统参数实现比例控制。系统的关键元件是比例阀，常规比例阀由控制器、比例电磁铁、液压阀组成，一般采用专用的比例电磁铁和控制器，研发周期长，型号拓展困难，比例阀电磁铁，结构很复杂，可靠性低，阻碍了比例阀的开发和应用。

在常规的定量泵进口节流调速的液压系统中，泵出口安装溢流阀，泵出口压力不变。做功的执行元件的流量的控制一般可以选择节流阀或调速阀控制，非做功流量通过溢流阀溢流，此时系统不可避免产生节流损失和溢流损失，特别是当执行元件载荷、速度变化流大时，会产生巨大的节流损失和溢流损失。

在传统的进油节流系统中，定量泵按液压缸最大速度选定，并为系统提供固定不变的流量。该系统通过对节流阀开口度的控制调节进入液压缸流量从而控制液压缸的速度，多余的流量通过溢流阀排出。由于溢流阀工作时压力按最大工作压力调定，系统最高输出压力固定不变，因此定量泵最大输出功率不变。该系统正常工作时，溢流阀始终处于溢流状态，当液压缸载荷小或速度低时，所需功率就会降低，泵多余的输出功率就损失掉了，故这种系统效率低。此系统存在两种能量损失，一种因节流阀压降引起的节流损失，一种因溢流阀引起的溢流损失。

相对来讲，节流阀的压降越大，节流损失就越大，溢流阀的调定压力越高，溢流损失就越大，因此，对于这种系统，如果降低功率损失，应尽量降低节流阀的压降或降低溢流阀溢流压力。此系统虽然可以通过调节节流阀开口度控制进入液压缸流量从而控制液压缸的速度。但是，由流量公式可知，流过节流阀的流量不仅受节流阀开口度的的控制，而且载荷变化时，作用在节流阀的上压降会变化，流过节流阀的流量就会变化，使得液压缸的速度发生变化，因此其速度刚度低。虽然也可以将节流阀换成调速阀提高速度刚度，但带来的另一个问题就是由于调速阀由减压阀和节流阀串联构成，工作时压降大于节流阀的压降，溢流阀调定压力的因此有所增加，不仅节流和溢流损失不能避免，还加大了功率损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种智能控制节能阀，用在液压系统中，能够根据负荷大小，通过对P或Q双参数联合控制，可有效降低液压系统的损失，提高速度刚度。随着伺服电机的PLC控制的更加开放和小型化，这种阀可以成为一种智慧型液压阀用于工业系统，在工业信息控制系统、网络系统中的找到广阔应用空间。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种智能控制节能阀，包括比例溢流阀、比例方向节流阀；所述比例溢流阀为直驱式或者先导式，其主要由依次相连的第一伺服电机，第一溢流阀和第一丝杆螺母组成；所述比例方向节流阀为直驱式或者先导式，其主要由依次相连的第二伺服电机、第二丝杆螺母和液压阀组成；所述比例溢流阀并联安装在油泵出口与比例方向节流阀之间的油路上，所述比例方向节流阀出口的两个工作油口之间设置有梭阀，在所述梭阀上设置有压力传感器；所述比例方向节流阀出口的两个工作油口与液压缸缸相连。

进一步的，当所述比例方向节流阀采用先导式时，增设主阀，则液压阀称为先导阀，所述主阀采用液控阀；先导阀控制的两个出油口之间通过固定节流孔连接，主阀采用压力控制，且控制压力取自于先导阀油口与固定节流孔之间的压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用伺服电机驱动，使得比例阀具有了智能化、型号易拓展、更可靠等特点；用于油缸进油调速系统中，通过采用比例方向阀节流阀和比例溢流阀的联合比例控制，不仅实现调速阀的功能，提高的速度刚度，而且降低了系统能量损失，系统效率得到了提高，泵的输出功率随载荷自动变化。由于伺服电机采用成熟的PLC控制，使得该阀的智能化成为可能。

附图说明

图1是常规进油节流液压系统示意图。

图2是本发明节能阀构成及节能原理图。

图3是本发明中先导式比例方向节流阀的结构示意图。

图中：1-电机；2-油泵；3-油箱；4-溢流阀；5-节流阀；6-方向阀；7-液压缸(或马达)；8-智能节能阀；9-比例溢流阀；10-第一伺服电机；11-第一溢流阀；12-第一丝杆螺母(或其他传动机构)；13-比例方向节流阀；14-第二伺服电机；15-第二丝杆螺母；16-液压阀；17-梭阀；18-压力传感器；19-先导式比例方向节流阀；20-主阀；21-固定节流孔；22-先导阀；23-第三伺服电机；24-第三丝杆螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明作为一种“超常、智能”的新型液压元件、将成熟的伺服电机与液压阀结合，无需开发专用比例电磁铁和控制器。本节能阀由第一伺服电机10驱动的比例溢流阀9和第二伺服电机14驱动的比例方向节流阀13、梭阀17、和压力传感器18等组成；其中，比例方向节流阀13由第一伺服电机10、传动机构(如第一丝杆螺母12)、第一溢流阀11组成，由第一伺服电机10取代常规比例电磁铁，控制第一溢流阀11的阀芯压力，可为直驱或先导式。比例方向节流阀13由第二伺服电机14、传动机构(如第二丝杆螺母15)、液压阀16构成，由第二伺服电机14取代常规比例电磁铁驱动阀芯动作，可为直驱或先导式。当流量小时采用直驱，当流量大时采用先导式。比例溢流阀9并联安装在油泵2出口与比例方向节流阀13之间的油路上，比例方向节流阀13出口的两个工作油口之间安装了梭阀17，在梭阀17上安装了压力传感器18，比例方向节流阀13出口的两个工作油口与液压缸7连接。

以上结构的控制机理为：通过比例方向节流阀13调节油缸的速度，通过压力传感器18时刻感知液压缸7负载的大小，由此调节比例溢流阀9的溢流压力，使得不论外载荷怎么变，第一溢流阀11的压力仅比比例方向节流阀13出口压力大一个比较小固定值(如1MPa)。这样，由于节流阀工作时的压降基本固定且较低，比例节流阀就实现了调速阀的功能，不仅大大提高了速度刚度，降低了节流损失，与普通的调速阀比不会产生由于减压阀存在而产生的多余能量损失，特别是系统溢流压力不需按系统最大载荷调定，而只需按载荷大小调节比例溢流阀的压力，溢流损失会也大为降低，定量泵的输出功率也随载荷的变化得到自动调节，降低了泵的输出功率，工作效率得到提高。

另外，当液压系统短暂不工作时，通常为了不使原动机和泵频繁的起停，泵一直处于供油状态，此时可以将比例溢流阀的溢流压力调到最小，此时，虽然定量泵的流量依然最大，但是功率损失几乎为零。

当比例方向节流阀采用先导式时，如图3所示，主阀20采用液控阀，先导阀22采用第三伺服电机23驱动的比例方向节流阀13。先导阀22控制两个出油口之间通过固定节流口连接，主阀20动作采用压力控制，且控制压力取自于先导阀22油口与固定节流孔之间的压力。其油口形式不论左位还是右位都为进油节流、回流没有节流，先导阀22的两个出油口安装了一个固定节流孔21；主阀20的阀芯的动作采用压力控制，控制压力取自于的先导阀22的出口与固定节流孔21之间的压力，由先导比例节流控制阀控制固定节流孔前压力的大小，从而控制主阀20的流量，主阀20控制油液的回油和先导阀22的回油都经过先导阀22回油(由于回流没有节流，此时回油无液阻)由此节流孔的流量公式可知，通过第三伺服电机23控制先导阀芯的位移控制先导阀的流量、就可以控制固定节流孔前端压力，从而得到主阀的控制压力，压力与主阀弹簧平衡，从而控制了主阀芯的位移，从而控制了主阀20的流量。采用一个伺服电机实现的双向控制，油路左右对称。

Claims (2)

1.一种智能控制节能阀，其特征在于，包括比例溢流阀(9)、比例方向节流阀(13)；

所述比例溢流阀(9)为直驱式或者先导式，其主要由依次相连的第一伺服电机(10)，第一溢流阀(11)和第一丝杆螺母(12)组成；

所述比例方向节流阀(13)为直驱式或者先导式，其主要由依次相连的第二伺服电机(14)、第二丝杆螺母(15)和液压阀(16)组成；

所述比例溢流阀(9)并联安装在油泵(2)出口与比例方向节流阀(13)之间的油路上，所述比例方向节流阀(13)出口的两个工作油口之间设置有梭阀(17)，在所述梭阀(17)上设置有压力传感器(18)；

所述比例方向节流阀(13)出口的两个工作油口与液压缸(7)缸相连。

2.如权利要求1所述的一种智能控制节能阀，其特征在于，

当所述比例方向节流阀(13)采用先导式时，增设主阀(20)，则液压阀(16)称为先导阀(22)，所述主阀(20)采用液控阀；

先导阀(22)控制的两个出油口之间通过固定节流孔(21)连接，主阀(20)采用压力控制，且控制压力取自于先导阀(22)油口与固定节流孔(21)之间的压力。