CN110500330A - 一种抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法，适用于液压执行器中。包括分流检测单元、流量调节单元、流量补偿单元、压力补偿反馈单元；其中分流检测单元、流量调节单元、压力补偿反馈单元依次连接，流量补偿单元与流量调节单元并联，压力补偿反馈单元连接负载，油液经分流检测、流量调节、流量补偿、压力补偿反馈四个环节，可实现高精度的等量分流。还公开了包含该同步阀的同步控制系统，可实现时变大偏载下的高精度变速开环同步控制，同时利用负载敏感控制，可提高同步系统的效率。

Description

一种抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法
技术领域
本发明涉及一种抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法，尤其适用于液压执行器上使用的抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法。
背景技术
液压同步驱动是指利用液压控制方法控制两个及以上液压执行器以相同的速度共同驱动一个负载。液压同步驱动主要有闭环和开环两种控制方式。闭环同步控制主要采用比例阀或伺服阀为控制元件，利用闭环反馈控制，可以在时变偏载及其它干扰下获得很高的同步精度，但结构复杂、成本昂贵，通常是开环控制的10～20倍，且维护难度大，可靠性低，无法适用恶劣环境。重型机动导弹、煤矿迈步式支架、大吨位矩形顶管掘进机等重大装备的执行器均有高精度同步要求，且负载时变，但所处的环境恶劣，无法采用闭环控制，只能采用开环控制。目前，开环同步控制主要采用调速阀、同步阀、同步马达作为控制元件，具有系统简单、成本低、可靠性高的优点，虽可适应恶劣环境，但同步精度低，尤其在大偏载或时变负载等工况下其同步精度将显著降低，甚至失去同步控制功能。同时现有的开环同步控制难以在同步过程中改变执行器的速度，无法实现变速同步。因此，目前时变大偏载下的高精度开环同步控制仍是一大技术难题，还未找到较好的解决方案。
发明内容
针对上述技术的不足指出，提供一种结构简单，使用效果好，开环同步控制精度高，能够变速同步的抗偏载可调速同步阀、同步控制系统及工作方法。
为实现上述技术目的，本发明的抗偏载可调速同步阀，与负载敏感变量泵管路连接，其特征在于：它包括包括分流检测单元、流量调节单元、流量补偿单元、压力补偿反馈单元；其中分流检测单元、流量调节单元、压力补偿反馈单元依次相互连接，流量调节单元两端的管路上并联有流量补偿单元，压力补偿反馈单元两端通过管路连接负载；
其中分流检测单元为定差减压阀，所述定差减压阀包括阀芯和阀套，阀芯将阀套分成弹簧腔和无弹簧腔，其中一个腔体中设有弹簧并构成弹簧腔，另一个腔体中没有弹簧构成无弹簧腔，无弹簧腔部分的阀套上开有进油口M，进油口M与负载敏感变量泵的管路连接，无弹簧腔体的左右两侧的同一水平上设有两个作为流量检测口的节流口，弹簧腔部分的阀套上设有油口，阀芯在负载敏感变量泵输出的高压油作用下克服弹簧弹力从而推动阀芯在阀套内滑动，阀芯在阀套的两个节流油口之间构成开度始终相等的左流量检测口和右流量检测口，左流量检测口通过管路与弹簧腔连接，并将高压油倒入弹簧强并将压力反馈到阀芯，使左检测口的压降保持为恒值，左流量检测口的压力为P1右流量检测口的压力为P2；
所述流量调节单元是阀口开度相同的两路节流阀，两路节流阀包括阀芯和阀套，其中阀芯设置在阀套中间，阀芯一端与阀套之间设有弹簧、另一端连接有驱动装置，两路节流阀设置有左可控进油口、右可控进油口、左可控节流口和右可控节流口，其中左可控进油口、右可控进油口分别与分流检测单元中左流量检测口和右流量检测口管路连接；左可控节流口和右可控节流口由同一根阀芯控制，阀芯在驱动装置的驱动下移动，以改变左可控节流口和右可控节流口的开度，从而调节同步的速度；
所述流量补偿单元为液控方向节流阀，液控方向节流阀包括阀芯和阀套，阀芯的两端分别与阀套之间设有弹簧，弹簧作用在阀芯两端使阀芯对中，并在阀套的左右两腔形成左弹簧腔和右弹簧腔，设置左补偿进油口、右补偿进油口、左补偿节流口、右补偿节流口，左补偿进油口与右弹簧腔管路连接，右补偿进油口与左弹簧腔管路连接，分流检测单元中的左流量检测口和右流量检测口经过流量调节单元分别与左补偿进油口、右补偿进油口管路连接，阀芯在压力P1和压力P2的压力差作用下运动，从而改变左补偿进油口和右补偿进油口的大小，使左流量检测口的压力P1和右流量检测口的压力P2相等，从而保证左右两支路的流量相等；所述压力补偿反馈单元包括并排设置的左压力补偿阀和右压力补偿阀，左压力补偿阀和右压力补偿阀的进油口分别与流量调节单元的左可控节流口和右可控节流口管路连接，左压力补偿阀上设有出油口A，右压力补偿阀上设有出油口B，出油口A和出油口B分别通过管路连接负载，以补偿负载偏差，增强抗偏载的能力；出油口A和出油口B之间并联有梭阀，梭阀上设有两个进油口和两个出油口，梭阀的两进油口分别连接两外负载，而梭阀的两个出油口分别与左压力补偿阀和右压力补偿阀的液控口管路连接，并将最高压力反馈到左压力补偿阀、右压力补偿阀和负载敏感变量泵。
所述驱动装置包括手动、液动、比例电磁铁驱动中的一种，左压力补偿阀和右压力补偿阀的型号是BLF10。
一种抗偏载可调速同步阀的同步控制系统，包括负载敏感变量泵、所述抗偏载可调速同步阀、两组换向阀和液压缸，负载敏感变量泵的出口与抗偏载可调速同步阀的进口管连接，两组换向阀和液压缸分别与偏载可调速同步阀中的左压力补偿阀和右压力补偿阀的出口管连接，梭阀采集最高负载压力，并反馈到负载敏感变量泵，负载敏感变量泵根据负载需求输出响应的压力和流量，以提高同步系统的液压效率。
最高负载压力反馈方式包括液压反馈、电反馈中的一种。
一种抗偏载可调速同步阀的工作方法，其步骤包括：分流检测、流量调节、流量补偿、压力补偿反馈四个环节，以实现高精度的等量分流；
具体过程为：高压油液经分流检测单元一分为二，利用左流量检测口和右流量检测口获取左右两支路的流量Q1和流量Q2，并将该流量信号转化为压力P1的信号和压力P2的信号；分流后的油液同时进入流量调节单元和流量补偿器单元；人为调节流量调节单元的节流口开度，可调节同步的流量及速度；压力P1和压力P2作用于流量补偿器单元阀芯的两端以推动阀芯移动，改变左补偿节流口和右补偿节流口的开度，进而调节两支路的液阻大小，以补偿两支路的流量偏差，使P1＝P2，Q1＝Q2；左右支路油液经压力补偿反馈单元进入左右负载，利用左压力补偿阀和右压力补偿阀补偿负载偏差，提高同步阀的抗偏载能力，同时利用梭阀检测并反馈负载的最高压力。
有益效果：本发明利用流量补偿和压力补偿，可彻底消除负载偏差对同步精度的影响，实现大偏载下的高精度同步控制，同时通过负载敏感控制控制，提高系统的效率，并且本发明具有变速同步的功能，通过本发明可实现大偏载工况下的高精度同步控制，取代一部分伺服同步控制，具有成本低，可靠性高的优点。
附图说明
图1是本发明的抗偏载可调速同步阀的结构示意图；
图2是本发明的抗偏载可调速同步阀的双缸同步控制系统结构示意图；
图中：1-负载敏感变量泵，2-抗偏载可调速同步阀，3-分流检测单元，3.1-左流量检测口，3.2-右流量检测口，4-流量调节单元，4.1-驱动装置，4.2-左可控进油口，4.3-右可控进油口，4.4-左可控节流口，4.5-右可控节流口，5-流量补偿单元，5.1-左补偿进油口，5.2-右补偿进油口，5.3-左补偿节流口，5.4-右补偿节流口，6-压力补偿反馈单元，6.1-左压力补偿阀，6.2-右压力补偿阀，6.3-梭阀，7-电磁换向阀，8-液压缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明提供的一种抗偏载可调速同步阀2，与负载敏感变量泵1管路连接，包括分流检测单元3、流量调节单元4、流量补偿单元5、压力补偿反馈单元6；其中分流检测单元3、流量调节单元4、压力补偿反馈单元6依次相互连接，流量调节单元4两端的管路上并联有流量补偿单元5，压力补偿反馈单元6两端通过管路连接负载；
该同步阀的阀体上设置进油口M、出油口A、出油口B、压力反馈油口L四个油口，进油口M连接负载敏感泵1的出油口A、出油口B分别连接负载，压力反馈油口L的压力信号反馈到负载敏感变量泵1。
分流检测单元3是一种具有两个相同节流口的定差减压阀，所述定差减压阀包括阀芯和阀套，阀芯将阀套分成弹簧腔和无弹簧腔，其中一个腔体中设有弹簧并构成弹簧腔，另一个腔体中没有弹簧构成无弹簧腔，无弹簧腔部分的阀套上设置M口，并在阀套的左右两侧的同一水平上开有两个大小相同的孔，阀芯的上部安装弹簧，阀芯将阀套分成弹簧腔和无弹簧腔，其中一个腔体中设有弹簧并构成弹簧腔，另一个腔体中没有弹簧构成无弹簧腔，无弹簧腔部分的阀套上开有进油口M，进油口M与负载敏感变量泵1的管路连接，无弹簧腔体的左右两侧的同一水平上设有两个作为流量检测口的节流口，弹簧腔部分的阀套上设有油口，阀芯在负载敏感变量泵1输出的高压油作用下克服弹簧弹力从而推动阀芯在阀套内滑动，阀芯在阀套的两个节流油口之间构成开度始终相等的左流量检测口3.1和右流量检测口3.2，左流量检测口3.1通过管路与弹簧腔连接，并将高压油倒入弹簧强并将压力反馈到阀芯，使左检测口的压降保持为恒值，左流量检测口3.1的压力为P1右流量检测口3.2的压力为P2；
所述流量调节单元4是一种阀口开度相同的两路节流阀，两路节流阀包括阀芯和阀套，其中阀芯设置在阀套中间，阀芯一端与阀套之间设有弹簧、另一端连接有驱动装置4.1，设置有左可控进油口4.2、右可控进油口4.3、左可控节流口4.4和右可控节流口4.5，其中左可控进油口4.2、右可控进油口4.3分别与分流检测单元3中左流量检测口3.1和右流量检测口3.2管路连接；左可控节流口4.4和右可控节流口4.5分别与流量补偿单元5中左补偿进油口5.1、右补偿进油口5.2管路连接；左可控节流口4.4和右可控节流口4.5由同一根阀芯控制，阀芯在驱动装置4.1的驱动下移动，以改变上述两节流口的开度，从而调节同步的速度；其中驱动装置包括手动、液动、比例电磁铁驱动中的一种。
所述流量补偿单元5是一种液控方向节流阀，液控方向节流阀包括阀芯和阀套，阀芯的两端分别与阀套之间设有弹簧，弹簧作用在阀芯两端使阀芯对中，并在阀套的左右两腔形成左弹簧腔和右弹簧腔，设置左补偿进油口5.1、右补偿进油口5.2、左补偿节流口5.3、右补偿节流口5.4，左补偿进油口5.1与右弹簧腔管路连接，右补偿进油口5.2与左弹簧腔管路连接，和流量调节单元4的左可控节流口4.4和右可控节流口4.5分别与左补偿进油口5.1、右补偿进油口5.2管路连接，阀芯在压力P1和压力P2的压力差作用下运动，从而改变左补偿进油口5.1和右补偿进油口5.2的大小，使左流量检测口3.1的压力P1和右流量检测口3.2的压力P2相等，从而保证左右两支路的流量相等；
所述压力补偿反馈单元6包括左压力补偿阀6.1、右压力补偿阀6.2和梭阀6.3，梭阀6.3并联于左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2之间，梭阀6.3的两进油口分别连接两外负载，而梭阀6.3的出油口与左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2的液控口管路连接，并将最高压力反馈到左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2和负载敏感变量泵1；通过压力补偿，使左补偿节流口5.3、右补偿节流口5.4的出口压力P3与压力P4基本相等，以增强该同步阀的抗偏载能力。所述驱动装置4.1包括手动、液动、比例电磁铁驱动中的一种，左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2的型号是BLF10。
抗偏载可调速同步阀的高精度分流原理如下：
在左流量检测口3.1和右流量检测口3.2处，左右两支路的流量表述如下：
式中，Q1和Q2分别是左、右支路的流量，A1和A2分别是左右流量检测口的节流面积，Ps是进口压力，P1和P2分别是左右流量检测口的出口压力，Cd是流量系数，ρ是油液密度。
在分流检测单元3中，两节流口的开度始终保持相等，因此，A1＝A2；流量检测口3.1和3.2将左右支路的流量信号转化为压力信号P1和P2，以推动流量补偿单元5的阀芯移动，从而改变左右补偿节流口5.3和5.4的开度，最终阀芯在弹簧力和液压力的共同作用下处于平衡状态，有以下平衡方程：
(P1-P2)A＝KΔx2
式中，A是阀芯的有效面积，K是弹簧刚度，Δx是左右弹簧的压缩差。
由于Δx很小，因此有P1≈P2，根据式1可知，Q1≈Q2。因此本发明通过流量补偿单元可提高分流精度。
同时，Δx与补偿节流口出口压力P3与P4的差别有关，当|P3-P4|越小时，流量补偿单元5的阀芯移动量越小，则Δx越小，从而P1与P2的差别越小，则Q1与Q2越接近。因此，本发明利用压力补偿原理将不同的外负载均一化，使偏载变均载，即P3≈P4，使该同步阀具有抵抗大偏载的能力。
如图2所示，一种抗偏载可调速同步阀的同步控制系统：包括负载敏感变量泵1、所述抗偏载可调速同步阀2、两组换向阀7和液压缸8，负载敏感变量泵1的出口与抗偏载可调速同步阀2的进口管连接，两组换向阀7和液压缸8分别与偏载可调速同步阀2中的左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2的出口管连接，梭阀6.3采集最高负载压力，并反馈到负载敏感变量泵1，反馈方式包括液压反馈、电反馈中的一种，负载敏感变量泵1根据负载需求输出响应的压力和流量，以提高同步系统的液压效率。
一种抗偏载可调速同步阀的工作方法，其步骤包括：分流检测、流量调节、流量补偿、压力补偿反馈四个环节，以实现高精度的等量分流；
具体过程为：高压油液经分流检测单元3一分为二，利用左流量检测口3.1和右流量检测口3.2获取左右两支路的流量Q1和流量Q2，并将该流量信号转化为压力P1的信号和压力P2的信号；分流后的油液同时进入流量调节单元4和流量补偿器单元5；人为调节流量调节单元4的节流口开度，可调节同步的流量及速度；压力P1和压力P2作用于流量补偿器单元5阀芯的两端以推动阀芯移动，改变左补偿节流口5.3和右补偿节流口5.4的开度，进而调节两支路的液阻大小，以补偿两支路的流量偏差，使P1＝P2，Q1＝Q2；左右支路油液经压力补偿反馈单元6进入左右负载，利用左压力补偿阀6.1和右压力补偿阀6.2补偿负载偏差，提高同步阀的抗偏载能力，同时利用梭阀6.3检测并反馈负载的最高压力。
利用流量补偿单元，建立了两支路的动态联系，以补偿两支路因节流口开度或负载不同造成的流量偏差；利用压力补偿单元，补偿负载偏差，使偏载变均载，以消除偏载对同步精度的影响；通过负载敏感控制，建立负载-同步元件-泵源之间全局性的动态的工作机制，以提高同步系统时变负载下动态响应，同时提高系统效率；利用流量控制单元主动改变节流口的开度，以实现变速同步。通过以上技术手段，实现时变大偏载下的高精度变速开环同步控制。

Claims (5)

1.一种抗偏载可调速同步阀，与负载敏感变量泵(1)管路连接，其特征在于：它包括包括分流检测单元(3)、流量调节单元(4)、流量补偿单元(5)、压力补偿反馈单元(6)；其中分流检测单元(3)、流量调节单元(4)、压力补偿反馈单元(6)依次相互连接，流量调节单元(4)两端的管路上并联有流量补偿单元(5)，压力补偿反馈单元(6)两端通过管路连接负载；
其中分流检测单元(3)为定差减压阀，所述定差减压阀包括阀芯和阀套，阀芯将阀套分成弹簧腔和无弹簧腔，其中一个腔体中设有弹簧并构成弹簧腔，另一个腔体中没有弹簧构成无弹簧腔，无弹簧腔部分的阀套上开有进油口M，进油口M与负载敏感变量泵(1)的管路连接，无弹簧腔体的左右两侧的同一水平上设有两个作为流量检测口的节流口，弹簧腔部分的阀套上设有油口，阀芯在负载敏感变量泵(1)输出的高压油作用下克服弹簧弹力从而推动阀芯在阀套内滑动，阀芯在阀套的两个节流油口之间构成开度始终相等的左流量检测口(3.1)和右流量检测口(3.2)，左流量检测口(3.1)通过管路与弹簧腔连接，并将高压油倒入弹簧强并将压力反馈到阀芯，使左检测口的压降保持为恒值，左流量检测口(3.1)的压力为P1右流量检测口(3.2)的压力为P2；
所述流量调节单元(4)是阀口开度相同的两路节流阀，两路节流阀包括阀芯和阀套，其中阀芯设置在阀套中间，阀芯一端与阀套之间设有弹簧、另一端连接有驱动装置(4.1)，两路节流阀设置有左可控进油口(4.2)、右可控进油口(4.3)、左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)，其中左可控进油口(4.2)、右可控进油口(4.3)分别与分流检测单元(3)中左流量检测口(3.1)和右流量检测口(3.2)管路连接；左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)分别与流量补偿单元(5)管路连接，左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)由同一根阀芯控制，阀芯在驱动装置(4.1)的驱动下移动，以改变左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)的开度，从而调节同步的速度；
所述流量补偿单元(5)为液控方向节流阀，液控方向节流阀包括阀芯和阀套，阀芯的两端分别与阀套之间设有弹簧，弹簧作用在阀芯两端使阀芯对中，并在阀套的左右两腔形成左弹簧腔和右弹簧腔，设置左补偿进油口(5.1)、右补偿进油口(5.2)、左补偿节流口(5.3)、右补偿节流口(5.4)，左补偿进油口(5.1)与右弹簧腔管路连接，右补偿进油口(5.2)与左弹簧腔管路连接，和流量调节单元(4)的左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)分别与左补偿进油口(5.1)、右补偿进油口(5.2)管路连接，阀芯在压力P1和压力P2的压力差作用下运动，从而改变左补偿进油口(5.1)和右补偿进油口(5.2)的大小，使左流量检测口(3.1)的压力P1和右流量检测口(3.2)的压力P2相等，从而保证左右两支路的流量相等；
所述压力补偿反馈单元(6)包括并排设置的左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)，左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)的进油口分别与流量调节单元(4)的左可控节流口(4.4)和右可控节流口(4.5)管路连接，左压力补偿阀(6.1)上设有出油口A，右压力补偿阀(6.2)上设有出油口B，出油口A和出油口B分别通过管路连接负载，以补偿负载偏差，增强抗偏载的能力；出油口A和出油口B之间并联有梭阀(6.3)，梭阀(6.3)上设有两个进油口和两个出油口，梭阀(6.3)的两进油口分别连接两外负载，而梭阀(6.3)的两个出油口分别与左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)的液控口管路连接，并将最高压力反馈到左压力补偿阀(6.1)、右压力补偿阀(6.2)和负载敏感变量泵(1)。
2.根据权利要求1所述的抗偏载可调速同步阀，其特征在于：所述驱动装置(4.1)包括手动、液动、比例电磁铁驱动中的一种，左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)的型号是BLF10。
3.一种使用权利要求1所述抗偏载可调速同步阀的同步控制系统，其特征在于：它包括负载敏感变量泵(1)、所述抗偏载可调速同步阀(2)、两组换向阀(7)和液压缸(8)，负载敏感变量泵(1)的出口与抗偏载可调速同步阀(2)的进口管连接，两组换向阀(7)和液压缸(8)分别与偏载可调速同步阀(2)中的左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)的出口管连接，梭阀(6.3)采集最高负载压力，并反馈到负载敏感变量泵(1)，负载敏感变量泵(1)根据负载需求输出响应的压力和流量，以提高同步系统的液压效率。
4.根据权利要求3所述的同步控制系统，其特征在于：最高负载压力反馈方式包括液压反馈、电反馈中的一种。
5.一种使用权利要求1所述抗偏载可调速同步阀的工作方法，其特征在于步骤包括：分流检测、流量调节、流量补偿、压力补偿反馈四个环节，以实现高精度的等量分流；
具体过程为：高压油液经分流检测单元(3)一分为二，利用左流量检测口(3.1)和右流量检测口(3.2)获取左右两支路的流量Q1和流量Q2，并将该流量信号转化为压力P1的信号和压力P2的信号；分流后的油液同时进入流量调节单元(4)和流量补偿器单元(5)；人为调节流量调节单元(4)的节流口开度，可调节同步的流量及速度；
压力P1和压力P2作用于流量补偿器单元(5)阀芯的两端以推动阀芯移动，改变左补偿节流口(5.3)和右补偿节流口(5.4)的开度，进而调节两支路的液阻大小，以补偿两支路的流量偏差，使P1＝P2，Q1＝Q2；左右支路油液经压力补偿反馈单元(6)进入左右负载，利用左压力补偿阀(6.1)和右压力补偿阀(6.2)补偿负载偏差，提高同步阀的抗偏载能力，同时利用梭阀(6.3)检测并反馈负载的最高压力。
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