CN107654430A - 一种高频响双级比例方向阀及其比例方向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频响双级比例方向阀及其比例方向控制方法，高频响双级比例方向阀包括：先导阀；驱动系统，驱动系统与先导阀芯配合连接；主阀，主阀与先导阀配合连接；位置传感机构，位置传感机构分别与主阀芯和驱动系统连接，比例方向控制方法包括如下步骤：(1)首先通过集成式放大器给比例电磁铁输入驱动值；(2)主阀体内的主阀芯进行位移，位置传感器将位移值通过传感器解调器发送给集成式放大器；(3)集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁的驱动值进行对比，如果存在偏差，就会控制比例电磁铁驱动比例电磁铁推杆向前或向后。本发明可实现快速的比例方向控制，与常用比例换向阀相比其响应速度快，控制精度高。

Description

一种高频响双级比例方向阀及其比例方向控制方法

技术领域

本发明涉及一种比例伺服阀，具体涉及一种高频响双级比例方向阀及其比例方向控制方法。

背景技术

在很多高精液压控制场合，经常需要用到比例伺服阀。此处的比例伺服阀往往充当核心部件的角色，直接影响设备的性能和生产的产品的质量。

现有的比例伺服阀一般采用双弹簧结构，而双弹簧结构对称性要求高，并且预压缩大。

另外，现有的比例伺服阀中的集成式放大器与比例电磁铁分开设置，需要中间转接，结构复杂，且密封及控制和电磁屏蔽效果不好。

再者，现有的比例伺服阀在先导阀和主阀之间不设置减压阀，压力的波动会直接传导到闭环信号里面去，增加了控制难度，尤其是脉动和负载引起的系统压力波动大的场合尤为明显。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从而提供一种高频响双级比例方向阀及其比例方向控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高频响双级比例方向阀，所述高频响双级比例方向阀包括：

先导阀，所述先导阀包括先导阀体，所述先导阀体内设有先导阀套，所述先导阀套内设有先导阀芯，所述先导阀芯可在先导阀套内水平滑动；

驱动系统，所述驱动系统与先导阀芯配合连接，可驱动先导阀芯在先导阀套内滑动；

主阀，所述主阀与先导阀配合连接，先导阀内的油液可直接流入到主阀内，所述主阀内设有主阀体，所述主阀体内设有主阀芯；

位置传感机构，所述位置传感机构分别与主阀芯和驱动系统连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述先导阀为三位四通阀。

在本发明的一个优选实施例中，所述先导阀还包括端盖、第一弹簧座和第一弹簧，所述端盖设置在先导阀体一侧，且与先导阀体之间形成第一弹簧腔，所述第一弹簧设置在第一弹簧腔内，所述第一弹簧一端与端盖固定连接，所述第一弹簧座设置在第一弹簧腔内，且与第一弹簧另一端固定连接，所述第一弹簧座与先导阀套连接，所述先导阀芯一端可穿过弹簧座与第一弹簧配合连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动系统包括比例电磁铁和集成式放大器，所述比例电磁铁上的电磁铁推杆与先导阀芯的另一端连接，先导阀芯通过比例电磁铁的推动与第一弹簧形成力平衡，所述集成式放大器直接设置在比例电磁铁的上表面。

在本发明的一个优选实施例中，所述先导阀体底部设有第一油道和第二油道，所述第一油道和第二油道分别与先导阀体上的油口连通。

在本发明的一个优选实施例中，所述主阀为单弹簧结构，所述主阀还包括左端盖、右端盖、第二弹簧和第二弹簧座，所述左端盖和右端盖分别设置在主阀体两端，所述左端盖与主阀体之间设有第二弹簧腔，所述第二弹簧座设置在第二弹簧腔内，所述第二弹簧设置在第二弹簧座上，所述主阀芯一端直接与第二弹簧座连接，所述主阀芯与左端盖之间设有定位螺钉，所述右端盖上设有连接孔。

在本发明的一个优选实施例中，所述主阀体顶端设有第三油道和第四油道，所述第三油道一端与第一油道连通，另一端与主阀体内部连通，所述第四油道一端与第二油道连通，另一端与主阀体内部连通。

在本发明的一个优选实施例中，所述位置传感机构包括位置传感器和传感器解调器，所述位置传感器的耐压管与右端盖之间通过压配过盈配合，耐压管内的测杆穿过右端盖上的连接孔插进主阀芯内，所述传感器解调器一端与位置传感器连接，另一端通过电气连接线与集成式放大器连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述先导阀与主阀之间设有定值减压阀，所述定值减压阀分别与第一油道、第二油道、第三油道和第四油道连通，所述定值减压阀为滑阀结构，所述定值减压阀通过将减压口的压力引入到定值减压阀内部的减压阀芯一端，使此压力推动减压阀芯去控制减压阀芯开口增减压力并与定值减压阀内部的减压弹簧达到平衡，然后减压压力再进到先导阀的进油口。

一种高频响双级比例方向阀的比例方向控制方法，其特征在于，所述比例方向控制方法包括如下步骤：

(1)首先通过集成式放大器给比例电磁铁输入驱动值，比例电磁铁根据驱动值将先导阀芯推动到相应位置，先导阀芯和先导阀套之间会形成相应的开口，这时先导阀会将相应压力的油液流入到主阀体内；

(2)主阀体内的主阀芯根据流入的油液会进行相应位置的位移，而位置传感器会感应到主阀芯的位移，并将位移值通过传感器解调器发送给集成式放大器；

(3)集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁的驱动值进行对比，如果存在偏差，就会控制比例电磁铁驱动比例电磁铁推杆向前或向后，而由于先导阀芯的一端与比例电磁铁的推杆联动，先导阀芯的另一端通过第一弹簧座连接第一弹簧，集成式放大器驱动比例电磁铁推杆向前或后，先导阀芯和先导阀套之间的开口会变大和变小，也会改变方向，由此会导致先导阀的油口压力的变化，而先导阀与主阀体内的两端是连通的，主阀芯会再次位移让弹簧力与液压力再次平衡，而位置传感器会再次感应到主阀芯的位移，并将位移值通过传感器解调器发送给集成式放大器；

(4)集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁纠正后的驱动值再次进行对比，如果存在偏差，继续重复步骤(3)的操作；

(5)通过依次重复步骤(4)，直至集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号值与其输入给比例电磁铁的驱动值的差值为零。

本发明的有益效果是：

本发明可实现快速的比例方向控制，与常用比例换向阀相比其响应速度快，控制精度高，相对于传统的双弹簧结构，单弹簧结构增强了比例方向阀在两个输出方向上的一致性，减少了预压缩。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为先导阀套的结构示意图；

图3为图2的A-A方向的剖视图；

图4为先导阀套与先导阀芯配合时处于安全位时的结构示意图；

图5为先导阀套与先导阀芯配合时处于通电中位时的结构示意图；

图6为比例电磁铁的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图6，本发明提供的高频响双级比例方向阀，其包括先导阀100、主阀200、驱动系统和位置传感机构，先导阀100与主阀200配合连接，且先导阀100可将油液流入到主阀200内。

先导阀100，其包括先导阀体110、先导阀套120、先导阀芯130、端盖140、第一弹簧座150和第一弹簧160。

先导阀套120设置在先导阀体110内，而先导阀芯130设置在先导阀套120内，并可在先导阀套120内进行水平滑动，通过先导阀芯130的滑动可改变先导阀套120与先导阀芯130之间的油口开口的大小。

先导阀100具体阀为三位四通阀，具有一个安全保护位，通过对采用先导阀芯130和先导阀套120的配合结构，可以实现不同的安全位机能，并能实现不同的遮盖情况从而具有不同的控制特性，以满足不同的工况，此处采用Y型安全机能，其他机能可控制主阀200的断电初始液压位置。

先导阀套120通过以线切割和电火花加工出矩形或根据需要的窗口，达到不同的输出特性。

先导阀芯130和先导阀套120为配磨加工，严格保证其遮盖情况和间隙。

端盖140设置在先导阀体110一侧，且与先导阀体110之间形成第一弹簧腔，第一弹簧160设置在第一弹簧腔内，第一弹簧160一端与端盖140连接，第一弹簧座150设置在第一弹簧腔内，且与第一弹簧160另一端连接，第一弹簧座150与先导阀套120连接，先导阀芯130一端可伸出先导阀套120与第一弹簧座150配合连接，这样第一弹簧160可为先导阀芯130提供一个弹力，并与驱动系统给予先导阀芯130的推力形成力平衡，从而达到控制先导阀体110内油液流到先导阀体110的油口A和油口B的压力及流量的大小。

驱动系统，其与先导阀芯130配合连接，其可驱动先导阀芯130在先导阀套120内克服第一弹簧160的弹力进行移动，其包括比例电磁铁310和集成式放大器320。

比例电磁铁310上的电磁铁推杆与先导阀芯130的端部连接，比例电磁铁310控制电磁铁推杆推动先导阀芯130进行位移。

集成式放大器320，其与比例电磁铁310连接，其可控制比例电磁铁310工作。

为了便于安装，在比例电磁铁310顶部设有螺钉孔311，而集成式放大器320通过螺钉与螺钉孔311的配合直接安装在比例电磁铁310的顶部，这样减少了中间转接，外观简洁，密封及控制效果更佳。

另外，在比例电磁铁310内设有传感器，传感器与集成式放大器320连接，电磁铁传感器可将电磁铁推杆位置信号直接发送给集成式放大器320，而集成式放大器320再将位置信号进行对比，将差值转换成比例电磁铁310可识别的驱动值发送给比例电磁铁310，高精度控制电磁铁推杆位置。

主阀200，其为单弹簧结构，其与先导阀100连接，其包括主阀体210、主阀芯220、左端盖230、右端盖240、第二弹簧250和第二弹簧座260。

主阀芯220设置在主阀体210内，左端盖230和右端盖240分别密封设置在主阀体210的两端，左端盖230与主阀体210之间设有第二弹簧腔，第二弹簧座260设置在第二弹簧腔内，第二弹簧250设置在第二弹簧座260上，主阀芯220一端直接与第二弹簧座260连接，主阀芯220与左端盖230之间设有定位螺钉270，在右端盖240上设有防止主阀芯220旋转的防转螺钉241。

相对于传统的双弹簧结构，本申请中的主阀200采用单弹簧结构，这样增强了比例方向阀在两个输出方向上的一致性，减少了弹簧预压缩量。

这样，当先导阀100将油液流入到主阀体210内时，油液会推动主阀芯220克服第二弹簧250的弹力进行移动，从而改变主阀体210上油口的开口大小。

具体可在先导阀100的底部设有第一油道171和第二油道172，在主阀200顶部设有第三油道201和第四油道202，第三油道201一端与第一油道171连通，另一端与主阀体210内部连通，第四油道202一端与第二油道172连通，另一端与主阀体210内部连通，这样先导阀100可将油液直接输送给主阀体210内。

另外，在先导阀100与主阀200之间设有叠加式的定值减压阀500，定值减压阀500分别与第一油道171、第二油道172、第三油道201和第四油道202连通。

定值减压阀为滑阀结构，其通过将减压口的压力引入到定值减压阀内部的减压阀芯一端，使此压力推动减压阀芯去控制减压阀芯开口增减压力并与定值减压阀内部的减压弹簧达到平衡，然后减压压力再进到先导阀的进油口，最后可为主阀200提供更加稳定的先导控制压力，使本申请可以使用更广泛的工况。

位置传感机构，其分别与主阀芯220和驱动系统配合连接，其是用于感应主阀芯220的位移，并将感应到的位移值发送给驱动系统。

位置传感机构具体包括位置传感器410和传感器解调器420，位置传感器410的耐压管内的测杆穿过右端盖240上的连接孔插进主阀芯220内，并固连，由此位置传感器410可感应主阀芯220的位移，并通过传感器解调器420将位移值发送给集成式放大器320。

耐压管与右端盖240之间通过压配过盈配合或者螺纹连接法兰端面密封，传感器解调器420一端与位置传感器410连接，另一端通过电气连接线与集成式放大器320连接。

另外主阀芯220与耐压管内的测杆的连接采用压配方式，通过将测杆连接部位压扁，将其牢牢锁定在主阀芯220上的测杆安装孔内，这样可提高位置传感器410的感应精度。

集成式放大器320内设有对比模块，位置传感器410将位移值发送给集成式放大器320后，对比模块会将接受的位移值与集成式放大器320输入给比例电磁铁310的驱动值进行对比，并将对比后的结果发送给集成式放大器320，而集成式放大器320根据对比结果控制比例电磁铁310进行工作，从而实现快速的比例方向控制，与常用比例换向阀相比其响应速度快，控制精度高，可用于高频响、高精度的控制系统内。

基于上述方案的实施，本申请还公开了一种高频响双级比例方向阀的比例方向控制方法，其包括如下步骤：

(1)首先通过集成式放大器320给比例电磁铁310输入驱动值，比例电磁铁310根据驱动值将先导阀芯130推动到相应位置，先导阀芯130和先导阀套120之间会形成相应的开口，这时先导阀100会将相应压力的油液流入到主阀体210内；

(2)主阀体210内的主阀芯220根据流入的油液会进行相应位置的位移，而位置传感器410会感应到主阀芯220的位移，并将位移值通过传感器解调器420发送给集成式放大器320；

(3)集成式放大器320将传感器解调器420发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁310的驱动值进行对比，如果存在偏差，就会控制比例电磁铁310驱动比例电磁铁推杆向前或向后，而由于先导阀芯130的一端与比例电磁铁310的推杆联动，先导阀芯130的另一端通过第一弹簧座150连接第一弹簧160，集成式放大器320驱动比例电磁铁推杆向前或后，先导阀芯130和先导阀套120之间的开口会变大和变小，也会改变方向，由此会导致先导阀100的油口压力的变化，而先导阀100与主阀体210内的两端是连通的，主阀芯220会再次位移让弹簧力与液压力再次平衡，而位置传感器410会再次感应到主阀芯220的位移，并将位移值通过传感器解调器420发送给集成式放大器320；

(4)集成式放大器320将传感器解调器420发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁310纠正后的驱动值再次进行对比，如果存在偏差，继续重复步骤(3)的操作；

(5)通过依次重复步骤(4)，直至集成式放大器320将传感器解调器420发送来的位置信号值与其输入给比例电磁铁310的驱动值的差值为零。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述高频响双级比例方向阀包括：

先导阀，所述先导阀包括先导阀体，所述先导阀体内设有先导阀套，所述先导阀套内设有先导阀芯，所述先导阀芯可在先导阀套内水平滑动；

驱动系统，所述驱动系统与先导阀芯配合连接，可驱动先导阀芯在先导阀套内滑动；

主阀，所述主阀与先导阀配合连接，先导阀内的油液可直接流入到主阀内，所述主阀内设有主阀体，所述主阀体内设有主阀芯；

位置传感机构，所述位置传感机构分别与主阀芯和驱动系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述先导阀为三位四通阀。

3.根据权利要求2所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述先导阀还包括端盖、第一弹簧座和第一弹簧，所述端盖设置在先导阀体一侧，且与先导阀体之间形成第一弹簧腔，所述第一弹簧设置在第一弹簧腔内，所述第一弹簧一端与端盖固定连接，所述第一弹簧座设置在第一弹簧腔内，且与第一弹簧另一端固定连接，所述第一弹簧座与先导阀套连接，所述先导阀芯一端可穿过第一弹簧座与第一弹簧配合连接。

4.根据权利要求3所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述驱动系统包括比例电磁铁和集成式放大器，所述比例电磁铁上的电磁铁推杆与先导阀芯的另一端连接，先导阀芯通过比例电磁铁的推动与第一弹簧形成力平衡，所述集成式放大器直接设置在比例电磁铁的上表面。

5.根据权利要求4所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述先导阀体底部设有第一油道和第二油道，所述第一油道和第二油道分别与先导阀体上的油口连通。

6.根据权利要求5所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述主阀为单弹簧结构，所述主阀还包括左端盖、右端盖、第二弹簧和第二弹簧座，所述左端盖和右端盖分别设置在主阀体两端，所述左端盖与主阀体之间设有第二弹簧腔，所述第二弹簧座设置在第二弹簧腔内，所述第二弹簧设置在第二弹簧座上，所述主阀芯一端直接与第二弹簧座连接，所述主阀芯与左端盖之间设有定位螺钉，所述右端盖上设有连接孔。

7.根据权利要求5所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述主阀体顶端设有第三油道和第四油道，所述第三油道一端与第一油道连通，另一端与主阀体内部连通，所述第四油道一端与第二油道连通，另一端与主阀体内部连通。

8.根据权利要求6所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述位置传感机构包括位置传感器和传感器解调器，所述位置传感器的耐压管与右端盖之间通过压配过盈配合，耐压管内的测杆穿过右端盖上的连接孔插进主阀芯内，所述传感器解调器一端与位置传感器连接，另一端通过电气连接线与集成式放大器连接。

9.根据权利要求5所述的一种高频响双级比例方向阀，其特征在于，所述先导阀与主阀之间设有定值减压阀，所述定值减压阀分别与第一油道、第二油道、第三油道和第四油道连通，所述定值减压阀为滑阀结构，所述定值减压阀通过将减压口的压力引入到定值减压阀内部的减压阀芯一端，使此压力推动减压阀芯去控制减压阀芯开口增减压力并与定值减压阀内部的减压弹簧达到平衡，然后减压压力再进到先导阀的进油口。

10.一种高频响双级比例方向阀的比例方向控制方法，其特征在于，所述比例方向控制方法包括如下步骤：

(1)首先通过集成式放大器给比例电磁铁输入驱动值，比例电磁铁根据驱动值将先导阀芯推动到相应位置，先导阀芯和先导阀套之间会形成相应的开口，这时先导阀会将相应压力的油液流入到主阀体内；

(2)主阀体内的主阀芯根据流入的油液会进行相应位置的位移，而位置传感器会感应到主阀芯的位移，并将位移值通过传感器解调器发送给集成式放大器；

(3)集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁的驱动值进行对比，如果存在偏差，就会控制比例电磁铁驱动比例电磁铁推杆向前或向后，而由于先导阀芯的一端与比例电磁铁的推杆联动，先导阀芯的另一端通过第一弹簧座连接第一弹簧，集成式放大器驱动比例电磁铁推杆向前或后，先导阀芯和先导阀套之间的开口会变大和变小，也会改变方向，由此会导致先导阀的油口压力的变化，而先导阀与主阀体内的两端是连通的，主阀芯会再次位移让弹簧力与液压力再次平衡，而位置传感器会再次感应到主阀芯的位移，并将位移值通过传感器解调器发送给集成式放大器；

(4)集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号与其输入给比例电磁铁纠正后的驱动值再次进行对比，如果存在偏差，继续重复步骤(3)的操作；

(5)通过依次重复步骤(4)，直至集成式放大器将传感器解调器发送来的位置信号值与其输入给比例电磁铁的驱动值的差值为零。