CN107894788A - 一种高精度连续可调电控减压器 - Google Patents

Abstract

一种高精度连续可调电控减压器，包括减压器(1)、控制组件(2)、外置压力传感器(3)，用两个高频电磁阀控制减压器(1)控制腔压力，利用控制腔气动力代替机械式减压器(1)敏感元件加载力，通过调节减压器(1)控制腔压力的变化，可实现减压器(1)出口压力的连续调节。通过匹配减压器(1)控制腔大小，优化高频电磁阀启闭控制算法，可实现控制腔压力的高精度调节，从而提高减压器(1)出口压力的控制精度，可靠性高，使用寿命长，调节精度高。

Description

一种高精度连续可调电控减压器

技术领域

本发明涉及一种高精度连续可调电控减压器，属于压力控制领域。

背景技术

减压器广泛应用于涉及液压气动的各行各业。目前，普遍使用的减压器多为机械式减压器，一方面由于敏感元件加载力固定，机械式减压器只能实现出口压力的单一压力点调节；另一方面限于机械式减压器敏感元件固有刚度的影响，在进出口压力发生变化时，其加载力会发生小范围的波动，从而导致减压器出口压力的控制精度不高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术中机械式减压器由于加载力固定导致实现压力点调节功能单一、减压器出口压力控制精度低的问题，提出了一种高精度连续可调电控减压器，可实现控制腔压力的高精度调节，从而提高减压器出口压力的控制精度。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种高精度连续可调电控减压器，包括减压器、控制组件、外置压力传感器，所述减压器包括顶部腔体、连接活塞、底部腔体，顶部腔体与底部腔体通过连接活塞相连，减压器通过顶部腔体与控制组件相连，通过底部腔体与外置压力传感器相连，控制组件接收进气指令并向顶部腔体充气，同时将外置压力传感器反馈的底部腔体输出的压力信息与目标压力值进行比较，根据比较结果产生排气指令使底部腔体排气，通过对减压器顶部腔体压力进行连续可调控制，使得底部腔体压力与目标压力差值在设定范围内。

所述控制组件包括信号接收天线、信号反馈天线、排气接口、控制气接口、控制电路板、排气电磁阀、进气电磁阀、控制组件顶盖，控制组件壳体与所述控制组件顶盖构成一个密闭腔体，所述信号接收天线及信号反馈天线均安装于控制组件顶盖上方，所述控制电路板紧贴控制组件顶盖安装于密闭腔体内部，信号接收天线接收外部进气指令并发送至控制电路板，控制电路板控制与进气电磁阀相连的控制气接口进气，信号反馈天线接收外置压力传感器反馈压力信号并发送给控制电路板，控制电路板将外置压力传感器反馈的底部腔体输出的压力信息与目标压力值进行比较，根据比较结果产生排气指令，控制与排气电磁阀相连的排气接口排气，其中进气电磁阀、排气电磁阀安装于密闭腔体内，减压器顶部腔体通过控制组件壳体与减压器相连。

所述减压器包括减压器壳体及设置于减压器壳体内的入口腔体、减压器活阀、减压器顶杆、减压器活塞、减压器膜片、减压器上盖、减压器作动杆、回位弹簧、第一O型圈、第二O型圈、主弹簧、出口腔体、控制腔体、排气腔体，所述入口腔体与所述减压器底部减压器活阀所在腔体相连，所述出口腔体与外置压力传感器连通，所述主弹簧安装于减压器活阀所在腔体内并与减压器活阀相连，所述减压器活阀与减压器顶杆连接，减压器顶杆与减压器活塞底部相连，减压器活塞工作时向下运动，推动减压器顶杆及减压器活阀并通过主弹簧调节出口腔体压力，减压器活塞分为上下两部分，内部设置通气腔道，用于支撑减压器活塞上半部分的回位弹簧设置于减压器活塞上半部分所处腔体内部两侧，用于密封的第一O型圈、第二O型圈分别设置于减压器活塞上部两侧及减压器活塞下半部分两侧，且分别密封压装于减压器壳体与减压器活塞连接处，所述排气腔体设置于减压器活塞中部，与减压器活塞内部通气腔道相连，减压器活塞上半部分所在腔体通过减压器作动杆与控制腔体连通，减压器活塞上半部分与减压器作动杆不连接，所述减压器膜片设置于控制腔体内减压器作动杆顶部，减压器膜片通过顶部中间位置气腔接收控制组件压力时产生变形，带动减压器作动杆向下运动并推动减压器活塞，所述减压器上盖安装于控制腔体上部。

所述进气电磁阀、排气电磁阀为常闭式电磁阀。

所述进气电磁阀、排气电磁阀响应时间小于5ms。

所述进气电磁阀、排气电磁阀采用双通道PID脉宽调制方式进行闭环控制。

所述减压器活塞、减压器作动杆、减压器活阀、减压器壳体为同心同轴间隙配合安装。

优选的，所述第一O型圈、第二O型圈总摩擦力小于回位弹簧提供的支撑力。

进一步的，所述减压器活塞截面积小于减压器膜片有效面积。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种高精度连续可调电控减压器，使用进气电磁阀和排气电磁阀控制减压器控制腔体压力，利用控制腔体气动力代替机械式减压器敏感元件加载力，消除了机械式减压器弹簧固有刚度对出口腔体压力精度的影响，提高了出口腔体压力的调节精度。

(2)本发明采用活塞、膜片分别感受减压器出口腔体压力和控制腔体压力，利用活塞和膜片有效面积的差异，可利用较小的控制腔体压力实现减压器出口腔体压力的大范围连续调节。

(3)本发明采用脉宽调制方式进行进气电磁阀和排气电磁阀的启闭控制，当电磁阀打开关闭响应时间足够快时，可实现控制腔体压力的高精度连续调节，进气电磁阀、排气电磁阀采用双通道PID脉宽调制方式进行闭环控制，通过控制算法优化，出口腔体压力在斜坡、方波、正弦等出口腔体压力输入信号下具有良好的稳态精度和频幅特性。

附图说明

图1为发明提供的电控减压器系统原理图；

图2为发明提供的减压器结构图；

图3为发明提供的控制组件结构图；

具体实施方式

本发明提供的一种高精度连续可调电控减压器，如图1所示，包括减压器1、控制组件2、外置压力传感器3，所述减压器1通过装置顶部气腔与控制组件2相连，所述控制组件2通过外部天线与外置压力传感器3进行信息传递，减压器1通过装置底部气腔与外置压力传感器3相连。

减压器1结构如图2所示，所述减压器1包括减压器壳体100、入口腔体101、减压器活阀102、减压器顶杆103、减压器活塞104、减压器膜片105、减压器上盖106、减压器作动杆107、回位弹簧108、第一O型圈109、第二O型圈110、主弹簧111、出口腔体112、控制腔体113、排气腔体114，所述入口腔体101与所述减压器1底部减压器活阀102所在腔体相连，所述主弹簧111于减压器活阀102所在腔体内与减压器活阀102相连，所述减压器活阀102与减压器顶杆103连接，减压器顶杆103与减压器活塞104底部相连，所述回位弹簧108设置于减压器活塞104上半部分所处装置腔体内部两侧，所述第一O型圈109设置于减压器活塞104中部两侧，密封压装于减压器壳体100与减压器活塞104连接处，所述第二O型圈110设置于减压器活塞104下半部分两侧，密封压装于减压器壳体100与减压器活塞104连接处，所述排气腔体114设置于减压器活塞104中部左侧，与减压器活塞104内部通气腔道相连，所述减压器活塞104上半部分所在腔体通过减压器作动杆107与控制腔体113相连，所述减压器膜片105设置于控制腔体113内减压器作动杆107顶部，所述减压器上盖106安装于控制腔体113上部，控制腔体113通过顶部中间位置气腔与控制组件2连接，所述出口腔体112一端与减压器活塞104下半部分所在腔体相连，一端与外置压力传感器3相连，其中，所述减压器活阀102、减压器顶杆103、减压器活塞104、减压器膜片105、减压器上盖106、减压器作动杆107、回位弹簧108、第一O型圈109、第二O型圈110、主弹簧111、控制腔体113均设置于减压器壳体100内部。

所述控制组件2结构如图3所示，所述控制组件2包括信号接收天线201、信号反馈天线202、排气接口203、内置传感器204、控制气接口205、控制电路板206、排气电磁阀207、进气电磁阀208、控制组件顶盖209，控制组件2所在腔体与所述减压器1的控制腔体113相连，所述控制气接口205、排气接口203分别设置于控制组件2组件所在腔体两侧，所述进气电磁阀208、排气电磁阀207分别设置于控制气接口205、排气接口203上方控制组件2组件所在腔体两侧，所述内置传感器204与控制电路板206相连且安装于控制电路板206下方，所述控制电路板206紧贴控制组件顶盖209并安装于控制组件顶盖209下方，所述信号接收天线201、信号反馈天线202分别设置于控制组件顶盖209上方控制组件2所在腔体外部。

所述高精度连续可调电控减压器的工作流程如下：

非工作状态下，进气电磁阀208与排气电磁阀207均为关闭状态，控制腔体113压力为零表压，减压器出口腔体112压力为零表压，减压器活塞104在回位弹簧108弹簧力和摩擦力作用下上升到上端极限位置，减压器活塞104与减压器顶杆103脱离，连通出口腔体112与排气腔体114，减压器活阀102上端锥面在主弹簧111112的弹簧力作用下与减压器壳体100锥面形成密封，隔断入口腔体101和出口腔体112。

工作状态下，信号接收天线201接收到出口压力的输入信号，出口压力通过外置压力传感器经由信号反馈天线202反馈到控制电路板206，控制电路板206对出口压力的输入信号和反馈信号进行对比，经控制电路板206上PID控制算法进行计算，得到进气电磁阀208和排气电磁阀207的控制信号，进而驱动进气电磁阀208和排气电磁阀207动作，控制腔体113压力随即开始变化，减压器膜片105将控制腔压力的变化转变为轴向力带动减压器作动杆107向下运动，减压器作动杆107克服回位弹簧108弹簧力和减压器活塞104摩擦力推动减压器活塞104与减压器顶杆103接触，隔断出口腔体112与排气腔体114，再推动减压器活阀102向下运动，接通入口腔体101与出口腔体112，出口腔体112产生压力，出口压力一方面通过活塞产生向上的轴向力抵消一部分控制腔体113通过膜片产生的向下的轴向力，另一方面通过外置压力传感器再次反馈到控制电路板206，如此反复调节控制腔体113压力，实现出口压力对出口压力输入信号的跟踪。

出口压力超压状态下，出口压力通过活塞产生向上的轴向力与回位弹簧108弹簧力之和将大于控制腔体113通过膜片产生的向下的轴向力和减压器活塞104所受摩擦力之和，减压器活塞104合力的作用下脱开顶杆，出口腔体112压力通过减压器活塞104内部通气腔道排入排气腔体114，实现出口压力的降压。

在本发明提供的一种高精度连续可调电控减压器中，主要特点包括：

(1)采用减压器活塞104及减压器膜片105分别感受减压器1入口腔体101、出口腔体112、控制腔体113的压力，利用减压器活塞104及减压器膜片105有效面积的差异，利用较小的控制腔体113的压力实现减压器1出口腔体112压力的大范围连续调节；

(2)同时利用脉宽调制方式对排气电磁阀207、进气电磁阀208进行控制，实现相应速度足够快时，实现控制腔体113压力的高精度调节；

(3)通过设计反向直接作用式减压器1结构，采用气动主弹簧111替代机械式减压器1中的调压弹簧，消除了调压弹簧固有刚度对出口压力精度的影响，提升调节精度；

(4)通过使用控制组件2中采用双通道改进PID控制算法的优化的排气电磁阀207、进气电磁阀208，提高了电控减压器的稳态精度和频幅特性。

本发明的工作原理如下：

利用外置压力传感器3实时采集出口压力，通过对比出口压力输入信号和实际出口压力信号，经改进PID控制算法计算获得进气电磁阀208和排气电磁阀207的调制指令，控制电路根据脉宽调制指令控制进气电磁阀208和排气电磁阀207的打开关闭，实现减压器膜片105上端控制腔体113压力的动态控制。减压器膜片105上端控制腔体113压力的变化经膜片产生不断变化的力再经减压器作动杆107传递到减压器活塞104，减压器活塞104受到的不平衡力通过减压器顶杆103传递到减压器活阀102，实时连续调整减压器活阀102开度，最终实现电控减压器出口压力的动态高精度连续调节。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：包括减压器(1)、控制组件(2)、外置压力传感器(3)，所述减压器(1)包括顶部腔体、连接活塞、底部腔体，顶部腔体与底部腔体通过连接活塞相连，减压器(1)通过顶部腔体与控制组件(2)相连，通过底部腔体与外置压力传感器(3)相连，控制组件(2)接收进气指令并向顶部腔体充气，同时将外置压力传感器(3)反馈的底部腔体输出的压力信息与目标压力值进行比较，根据比较结果产生排气指令使底部腔体排气，通过对减压器(1)顶部腔体压力进行连续可调控制，使得底部腔体压力与目标压力差值在设定范围内。

2.根据权利要求1所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述控制组件(2)包括信号接收天线(201)、信号反馈天线(202)、排气接口(203)、控制气接口(205)、控制电路板(206)、排气电磁阀(207)、进气电磁阀(208)、控制组件顶盖(209)，控制组件壳体与所述控制组件顶盖(209)构成一个密闭腔体，所述信号接收天线(201)及信号反馈天线(202)均安装于控制组件顶盖(209)上方，所述控制电路板(206)紧贴控制组件顶盖(209)安装于密闭腔体内部，信号接收天线(201)接收外部进气指令并发送至控制电路板(206)，控制电路板(206)控制与进气电磁阀(208)相连的控制气接口(205)进气，信号反馈天线(202)接收外置压力传感器(3)反馈压力信号并发送给控制电路板(206)，控制电路板(206)将外置压力传感器(3)反馈的底部腔体输出的压力信息与目标压力值进行比较，根据比较结果产生排气指令，控制与排气电磁阀(207)相连的排气接口(203)排气，其中进气电磁阀(208)、排气电磁阀(207)安装于密闭腔体内，减压器(1)顶部腔体通过控制组件壳体与减压器(1)相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述减压器(1)包括减压器壳体(100)及设置于减压器壳体(100)内的入口腔体(101)、减压器活阀(102)、减压器顶杆(103)、减压器活塞(104)、减压器膜片(105)、减压器上盖(106)、减压器作动杆(107)、回位弹簧(108)、第一O型圈(109)、第二O型圈(110)、主弹簧(111)、出口腔体(112)、控制腔体(113)、排气腔体(114)，所述入口腔体(101)与所述减压器(1)底部减压器活阀(102)所在腔体相连，所述出口腔体(112)与外置压力传感器(3)连通，所述主弹簧(111)安装于减压器活阀(102)所在腔体内并与减压器活阀(102)相连，所述减压器活阀(102)与减压器顶杆(103)连接，减压器顶杆(103)与减压器活塞(104)底部相连，减压器活塞(104)工作时向下运动，推动减压器顶杆(103)及减压器活阀(102)并通过主弹簧(111)调节出口腔体(112)压力，减压器活塞(104)分为上下两部分，内部设置通气腔道，用于支撑减压器活塞(104)上半部分的回位弹簧(108)设置于减压器活塞(104)上半部分所处腔体内部两侧，用于密封的第一O型圈(109)、第二O型圈(110)分别设置于减压器活塞(104)上部两侧及减压器活塞(104)下半部分两侧，且分别密封压装于减压器壳体(100)与减压器活塞(104)连接处，所述排气腔体(114)设置于减压器活塞(104)中部，与减压器活塞(104)内部通气腔道相连，减压器活塞(104)上半部分所在腔体通过减压器作动杆(107)与控制腔体(113)连通，减压器活塞(104)上半部分与减压器作动杆(107)不连接，所述减压器膜片(105)设置于控制腔体(113)内减压器作动杆(107)顶部，减压器膜片(105)通过顶部中间位置气腔接收控制组件(2)压力时产生变形，带动减压器作动杆(107)向下运动并推动减压器活塞(104)，所述减压器上盖(106)安装于控制腔体(113)上部。

4.根据权利要求2所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述进气电磁阀(208)、排气电磁阀(207)为常闭式电磁阀。

5.根据权利要求4所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述进气电磁阀(208)、排气电磁阀(207)响应时间小于5ms。

6.根据权利要求2或4或5所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述进气电磁阀(208)、排气电磁阀(207)采用双通道PID脉宽调制方式进行闭环控制。

7.根据权利要求1或2所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述减压器活塞(104)、减压器作动杆(107)、减压器活阀(102)、减压器壳体(100)为同心同轴间隙配合安装。

8.根据权利要求1或2所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述第一O型圈(109)、第二O型圈(110)总摩擦力小于回位弹簧(108)提供的支撑力。

9.根据权利要求1或2所述的一种高精度连续可调电控减压器，其特征在于：所述减压器活塞(104)截面积小于减压器膜片(105)有效面积。