CN109780295A - 一种由步进电机控制的液压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电设备技术领域，提供一种由步进电机控制的液压阀，包括液压阀、步进电机、电机驱动器和电机控制器，所述步进电机的输出轴与所述液压阀的螺纹孔螺纹连接；所述步进电机的信号控制端与所述电机驱动器连接，所述电机控制器与所述电机驱动器连接；所述步进电机的输出轴的安装位置设有位置传感器，所述位置传感器与所述电机控制器连接，且所述电机控制器根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机精确调节所述液压阀，从而实现对液压阀的精确控制，进一步改善了整个液压系统的功能和特性，提高控制精度。

Description

一种由步进电机控制的液压阀

技术领域

本发明属于机电设备技术领域，尤其涉及一种由步进电机控制的液压阀。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角“),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是通过控制脉冲的个数控制转动角度的，一个脉冲对应一个步距角。

目前，在工程机械中实现液压系统的各种技术解决方案是常见的，在昂贵机械上通常用于高质量制造的昂贵部件；在低成本机器中，使用更容易制造的液压部件。机械上更简单的部件不一定具有低制造质量，但主要特征在于其具有较少的部件并因此具有更简单的结构。这有利有弊，其优点之一是价格低廉，坚固耐用，易于维修和维护。这种简单且廉价的部件的液压解决方案的最严重缺点是功能范围较小且操作特性较差，简单液压系统的缺点可以通过电子控制来补偿；对于液压系统，液压阀至关重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种通过虚拟的电控特性控制复杂的液压阀精度的由步进电机控制的液压阀。

本发明所提供的技术方案是：一种由步进电机控制的液压阀，包括液压阀、步进电机、电机驱动器和电机控制器，所述步进电机的输出轴与所述液压阀的螺纹孔螺纹连接；

所述步进电机的信号控制端与所述电机驱动器连接，所述电机控制器与所述电机驱动器连接；

所述步进电机的输出轴的安装位置设有位置传感器，所述位置传感器与所述电机控制器连接，且所述电机控制器根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机精确调节所述液压阀。

作为一种改进的方案，所述液压阀包括阀体和设置在所述阀体内腔中的阀块；

所述阀块靠近所述步进电机的一端设有螺纹孔，所述输出轴与所述螺纹孔相适应。

作为一种改进的方案，所述步进电机的输出轴通过一推拉主轴与所述阀块的螺纹孔螺纹连接。

作为一种改进的方案，所述推拉主轴的一端与所述步进电机的输出主轴花键连接，另一端设有与所述螺纹孔相适应的外螺纹，并与所述阀块螺纹连接在一起。

作为一种改进的方案，所述推拉主轴的外侧安装有一容纳所述位置传感器的底座。

作为一种改进的方案，所述步进电机安装在一框架结构中，所述框架结构设有一与所述输出主轴相适应的安装孔。

作为一种改进的方案，所述电机控制器包括：

阀门调节指令接收模块，用于接收输入的阀门调节指令；

阀门调节指令解析模块，与所述阀门调节指令接收模块连接，用于对输入的所述阀门调节指令进行解析，获取阀块的目标位置；

实际位置获取模块，与所述阀门调节指令解析模块连接，用于根据所述位置传感器反馈的所述推拉主轴的位置，计算阀块目前的实际位置；

转数计算模块，与所述实际位置获取模块连接，用于根据计算得到的所述阀块的目标位置和阀块目前的实际位置，计算所述步进电机的实际精确转数；

转数指令发送模块，与所述转数计算模块连接，用于将所述转数计算模块计算得到的所述步进电机的实际精确转数发送给所述电机驱动器；

存储器，与所述转数计算模块连接，用于存储所述液压阀基于流量或体积特征的参数以及所述步进电机转速的基础参数。

作为一种改进的方案，所述电机驱动器接收所述转数指令发送模块发送的所述步进电机的实际精确转数，并将接收到的所述步进电机的实际精确转数以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机，控制所述步进电机工作。

作为一种改进的方案，所述电机控制器接收到液压阀产生故障时，向所述电机驱动器发送阀门安全位置设置指令，所述电机驱动器将所述阀门安全位置设置指令以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机，控制所述阀块处于安全位置。

作为一种改进的方案，所述步进电机、所述电机驱动器和所述电机控制器之间通过CAN总线连接。

在本发明实施例中，由步进电机控制的液压阀包括液压阀、步进电机、电机驱动器和电机控制器，所述步进电机的输出轴与所述液压阀的螺纹孔螺纹连接；所述步进电机的信号控制端与所述电机驱动器连接，所述电机控制器与所述电机驱动器连接；所述步进电机的输出轴的安装位置设有位置传感器，所述位置传感器与所述电机控制器连接，且所述电机控制器根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机精确调节所述液压阀，从而实现对液压阀的精确控制，进一步改善了整个液压系统的功能和特性，提高控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明提供的由步进电机控制的液压阀的剖视图；

图2是本发明提供的电机控制器的结构框图；

其中，1-液压阀，2-步进电机，3-电机驱动器，4-电机控制器，5-位置传感器，6-阀体，7-阀块，8-推拉主轴，9-底座，10-框架结构，11-阀门调节指令接收模块，12-阀门调节指令解析模块，13-实际位置获取模块，14-转数计算模块，15-转数指令发送模块，16-存储器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1示出了本发明提供的由步进电机2控制的液压阀1的剖视图，其中为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。

由步进电机2控制的液压阀1包括液压阀1、步进电机2、电机驱动器3和电机控制器4，所述步进电机2的输出轴与所述液压阀1的螺纹孔螺纹连接；

所述步进电机2的信号控制端与所述电机驱动器3连接，所述电机控制器4与所述电机驱动器3连接；

所述步进电机2的输出轴的安装位置设有位置传感器5，所述位置传感器5与所述电机控制器4连接，且所述电机控制器4根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机2精确调节所述液压阀1。

在该实施例中，步进电机2是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，该步进电机2可以采用市面上常用的85H3P12558A3的电机，该电机的扭矩较大，温度可达-20度，当然也可以采用其他型号的电机，在此不再赘述。

上述液压阀1是一种用压力油操作的自动化元件，它受配压阀压力油的控制，通常与电磁配压阀组合使用，可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断。常用于夹紧、控制、润滑等油路。有直动型与先导型之分，多用先导型，在该实施例中，可以采用HD-3DREPE6C-2X/25EG24电液阀，当然也可以采用其他型号的阀，在此不再赘述。

在本发明实施例中，如图1所示，所述液压阀1包括阀体6和设置在所述阀体6内腔中的阀块7；

所述阀块7靠近所述步进电机2的一端设有螺纹孔，所述输出轴与所述螺纹孔相适应。

其中，当步进电机2的输出轴直接与阀块7连接时，其可以采用螺纹连接，当中间采用其他过渡轴连接时，其可以采用其他方式，下述给出一种实现方法，具体为：

结合图1所示，所述步进电机2的输出轴通过一推拉主轴8与所述阀块7的螺纹孔螺纹连接，其中，该推拉主轴8上设置的外螺纹为普通的螺纹即可；

所述推拉主轴8的一端与所述步进电机2的输出主轴花键连接，另一端设有与所述螺纹孔相适应的外螺纹，并与所述阀块7螺纹连接在一起。

上述给出了简单的输出力矩的传递方案，在此不再赘述。

在本发明实施例中，所述推拉主轴8的外侧安装有一容纳所述位置传感器5的底座9，该底座9的设置起到支撑和防扭的作用。

进一步地，所述步进电机2安装在一框架结构10中，所述框架结构10设有一与所述输出主轴相适应的安装孔，该框架结构10的设置，使步进电机2运行更稳定。

在本发明实施例中，如图2所示，电机控制器4包括：

阀门调节指令接收模块11，用于接收输入的阀门调节指令，该阀门调节指令接收模块11为电机控制器4上的一个信号接口即可，用于接收用户输入的或者外界其他设备输入的调节信号，该阀门调节指令接收模块11作为一个触发模块存在；

阀门调节指令解析模块12，与所述阀门调节指令接收模块11连接，用于对输入的所述阀门调节指令进行解析，获取阀块7的目标位置，该解析的过程是对阀门调节指令的详细解读，解读获取阀门控制的具体参数，包括阀门开度以及步进电机2的转动转数等参数；

实际位置获取模块13，与所述阀门调节指令解析模块12连接，用于根据所述位置传感器5反馈的所述推拉主轴8的位置，计算阀块7目前的实际位置，该实际位置可以根据位置传感器5来实时获取；

转数计算模块14，与所述实际位置获取模块13连接，用于根据计算得到的所述阀块7的目标位置和阀块7目前的实际位置，计算所述步进电机2的实际精确转数，其中，根据阀块7的当前位置以及目标位置的差值计算步进电机2输出主轴的转数，从而控制步进电机2工作；

转数指令发送模块15，与所述转数计算模块14连接，用于将所述转数计算模块14计算得到的所述步进电机2的实际精确转数发送给所述电机驱动器3；

存储器16，与所述转数计算模块14连接，用于存储所述液压阀1基于流量或体积特征的参数以及所述步进电机2转速的基础参数。

其中，该电机驱动器3接收所述转数指令发送模块15发送的所述步进电机2的实际精确转数，并将接收到的所述步进电机2的实际精确转数以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机2，控制所述步进电机2工作；

在该实施例中，当电机控制器4接收到液压阀1产生故障时，向所述电机驱动器3发送阀门安全位置设置指令，所述电机驱动器3将所述阀门安全位置设置指令以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机2，控制所述阀块7处于安全位置。

在该实施例中，存储器16中存储的液压阀1基于流量或体积特征的参数包括但不限于电子控制补偿控制边缘(死区)的实际零重叠与所需的零重叠、可编程体积流量特性以及可编程节流孔径功能特性；该步进电机2转速的基础参数包括与转速和转数相关的信息，从而可供计算出准确的转数，实现对液压的精确控制，在此并阻碍赘述。

在本发明实施例中，为了提高控制准确率和控制效率，所述步进电机2、所述电机驱动器3和所述电机控制器4之间通过CAN总线连接。

在本发明实施例中，由步进电机2控制的液压阀1包括液压阀1、步进电机2、电机驱动器3和电机控制器4，所述步进电机2的输出轴与所述液压阀1的螺纹孔螺纹连接；所述步进电机2的信号控制端与所述电机驱动器3连接，所述电机控制器4与所述电机驱动器3连接；所述步进电机2的输出轴的安装位置设有位置传感器5，所述位置传感器5与所述电机控制器4连接，且所述电机控制器4根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机2精确调节所述液压阀1，从而实现对液压阀1的精确控制，进一步改善了整个液压系统的功能和特性，提高控制精度。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种由步进电机控制的液压阀，其特征在于，包括液压阀、步进电机、电机驱动器和电机控制器，所述步进电机的输出轴与所述液压阀的螺纹孔螺纹连接；

所述步进电机的信号控制端与所述电机驱动器连接，所述电机控制器与所述电机驱动器连接；

所述步进电机的输出轴的安装位置设有位置传感器，所述位置传感器与所述电机控制器连接，且所述电机控制器根据实际特性曲线和所需特性曲线确定所需位置，并控制所述步进电机精确调节所述液压阀。

2.根据权利要求1所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述液压阀包括阀体和设置在所述阀体内腔中的阀块；

所述阀块靠近所述步进电机的一端设有螺纹孔，所述输出轴与所述螺纹孔相适应。

3.根据权利要求2所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述步进电机的输出轴通过一推拉主轴与所述阀块的螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述推拉主轴的一端与所述步进电机的输出主轴花键连接，另一端设有与所述螺纹孔相适应的外螺纹，并与所述阀块螺纹连接在一起。

5.根据权利要求4所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述推拉主轴的外侧安装有一容纳所述位置传感器的底座。

6.根据权利要求1所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述步进电机安装在一框架结构中，所述框架结构设有一与所述输出主轴相适应的安装孔。

7.根据权利要求1所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述电机控制器包括：

阀门调节指令接收模块，用于接收输入的阀门调节指令；

阀门调节指令解析模块，与所述阀门调节指令接收模块连接，用于对输入的所述阀门调节指令进行解析，获取阀块的目标位置；

实际位置获取模块，与所述阀门调节指令解析模块连接，用于根据所述位置传感器反馈的所述推拉主轴的位置，计算阀块目前的实际位置；

转数计算模块，与所述实际位置获取模块连接，用于根据计算得到的所述阀块的目标位置和阀块目前的实际位置，计算所述步进电机的实际精确转数；

转数指令发送模块，与所述转数计算模块连接，用于将所述转数计算模块计算得到的所述步进电机的实际精确转数发送给所述电机驱动器；

存储器，与所述转数计算模块连接，用于存储所述液压阀基于流量或体积特征的参数以及所述步进电机转速的基础参数。

8.根据权利要求7所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述电机驱动器接收所述转数指令发送模块发送的所述步进电机的实际精确转数，并将接收到的所述步进电机的实际精确转数以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机，控制所述步进电机工作。

9.根据权利要求1所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述电机控制器接收到液压阀产生故障时，向所述电机驱动器发送阀门安全位置设置指令，所述电机驱动器将所述阀门安全位置设置指令以PWM脉冲信号的方式发送给所述步进电机，控制所述阀块处于安全位置。

10.根据权利要求1所述的由步进电机控制的液压阀，其特征在于，所述步进电机、所述电机驱动器和所述电机控制器之间通过CAN总线连接。