CN110836204A - 一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元，包括微处理轴控制器、伺服阀本体、伺服控制元件、与伺服阀本体两端驱动连接的第一驱动电机和第二驱动电机，微处理轴控制器与远方控制端通讯连接，微处理轴控制器与第一驱动电机和第二驱动电机的控制端通讯连接，伺服阀本体上设有高压油腔、回油腔、出油腔和返油腔，伺服控制元件上设有反馈传感器，反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接，本发明具有控制集成度高、通用性强、控制精度更高、调节速度更快，可靠性及抗油液污染更高，并可实现全数字通讯，可满足物联网通讯控制要求，费用更低；可完全替代传统的伺服阀控油缸和阀控马达系统应用，实现位置、速度、压力/力、扭矩等的精确控制。

Description

一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元
技术领域
本发明涉及液压比例伺服阀控制技术领域，具体涉及一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元。
背景技术
随着工业往自动化、信息化，网络化发展，越来越多的液压控制系统采用伺服系统，并对液压伺服系统提出了更高的要求，液压伺服系统应往高精度、高响应、高可靠、集成度高、通用性强、数字网络通讯等方向发展。
目前市场常用的伺服系统是由常规比例阀、高频响比例阀、伺服阀和专门的伺服控制器组成的控制回路，阀品质的好坏以及与伺服控制器的协调控制的好坏直接影响伺服系统的品质。
常规比例阀因死区大，无法满足高精度伺服系统的要求，一般只用于低精度开环控制系统。高频响比例伺服阀采用比例直线双向马达直接驱动，并在阀芯上设置位移传感器检测阀芯位置，内部通过模拟集成电路组成闭环放大回路进行控制。但因比例直线双向马达的驱动力有限，行程短，抗污染能力有限，易出现阀芯卡涩及放大板卡烧毁等故障。伺服阀，采用四个0.3mm小孔径节流孔喷嘴，采用力矩马达驱动挡板，但对油液清洁度要求高，可靠性差，经常出现喷嘴堵塞、喷嘴腐蚀、阀芯卡涩等故障。常规伺服控制器常采用进口的运动控制器，还用采用PLC自制的控制器与伺服阀、组成伺服系统；控制方式各不相同，各种参数匹配复杂，调速复杂、自适应能力差；无法全部高精度、高响应、调速范围宽、通用性强、可靠性高等特性，且价格高。
目前市场上伺服系统品质较好的都是采用进口品牌的伺服阀和控制器，价格高且控制品质无法满足工业发展往更高精度、高响应、高可靠、集成度高、通用性强、数字网络通讯等发展的需求。
因目前市场的伺服系统存在的缺陷；如何提供一种集成数字轴控制器、高精度、高频响及抗污染能力强、可靠性高、通用性强并便于数字网络通讯的伺服阀及伺服单元是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：包括微处理轴控制器、伺服阀本体、伺服控制元件、与伺服阀本体两端驱动连接的第一驱动电机和第二驱动电机，所述微处理轴控制器与远方控制端通讯连接，所述微处理轴控制器与第一驱动电机和第二驱动电机的控制端通讯连接，所述伺服阀本体上设有高压油腔、回油腔、与伺服控制元件的进油口连通的出油腔和与伺服控制元件的回油口连通的返油腔，所述伺服控制元件上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
在优选的实施方案中，所述伺服阀本体包括阀体，所述阀体的中心水平设有内腔，所述内腔的一侧间隔设有与内腔连通的出油腔和返油腔，所述出油腔和返油腔之间设有与内腔连通的高压油腔，所述出油腔和返油腔远离高压油腔的一侧均设有回油腔。
在优选的实施方案中，所述内腔的内壁上固定连接有阀套，所述阀套上设有与出油腔、返油腔、高压油腔、回油腔对应的开口，所述阀套的内侧水平设有阀芯，所述阀芯的外围间隔设有与阀套上的开口相对应的卡环。
在优选的实施方案中，所述阀芯的一端伸出阀体外通过第一联轴器与第一驱动电机连接，所述阀芯与第一联轴器通过花键连接，所述驱动电机通过第一驱动电机安装板与阀体固定连接。
在优选的实施方案中，所述阀芯的另一端伸出阀体外通过第二联轴器与第二驱动电机连接，所述阀芯与第二联轴器通过丝杠螺母连接，所述第二驱动电机通过第二驱动电机安装板与阀体固定连接。
在优选的实施方案中，所述伺服控制元件包括油缸，所述油缸内设有活塞，所述活塞的一侧设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
在优选的实施方案中，所述反馈传感器为位移传感器。
在优选的实施方案中，所述伺服控制元件包括液压马达，所述液压马达上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
在优选的实施方案中，所述反馈传感器为马达转角传感器。
本发明的有益效果为：
1、采用阀芯、阀套结构，阀口控制精度高，阀芯由驱动电机直接驱动，阀芯驱动力大，且为螺旋驱动，摩擦力小因此抗油液污染能力高，远低于高频响比例阀和伺服阀对油质的要求，自适应性强，可靠性高；数字驱动电机采用高频响电机因此控制频响高，控制精度高、可靠性高，采用微处理轴控制器可轻松实现数字通讯，可满足工业4.0的物联网需求；
2、集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元相比于现有传统高频响比例阀、伺服阀加专用伺服控制器(或PLC控制器)伺服控制单元相比，具有控制集成度高、通用性强、控制精度更高、调节速度更快，可靠性及抗油液污染更高，并可实现全数字通讯，可满足物联网通讯控制要求，费用更低；可完全替代传统的伺服阀控油缸和阀控马达系统应用。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例1的系统结构图；
图2是本发明实施例所述的伺服阀本体的系统结构图；
图3是本发明实施例2的系统结构图。
图中：
1、微处理轴控制器；2、伺服阀本体；3、油缸；4、活塞；5、位移传感器；6、第一驱动电机；7、第二驱动电机；8、进油口；9、回油口；10、远方控制端；11、第一驱动电机安装板；12、第一联轴器；13、阀芯；14、阀套；15、阀体；16、丝杠螺母；17、第二联轴器；18、第二驱动电机安装板；19、出油腔；20、返油腔；21、高压油腔；22、回油腔；23、液压马达；24、马达转角传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例的一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元，包括微处理轴控制器1、伺服阀本体2、伺服控制元件、与伺服阀本体2两端第一驱动连接的驱动电机6和第二驱动电机7，微处理轴控制器1与远方控制端10通讯连接，微处理轴控制器1与驱动电机6和第二驱动电机7的控制端通讯连接，第一驱动电机6为数字驱动电机，第二驱动电机7为数字驱动电机，伺服阀本体2上设有高压油腔21、回油腔22、与伺服控制元件的进油口8连通的出油腔19和与伺服控制元件的回油口9连通的返油腔20，高压油腔21与外界的油箱相连，为伺服阀供油，回油腔22与外界的油箱相连，负责回油；所述伺服控制元件上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器1通讯连接。所述伺服控制元件包括油缸3，油缸3内设有活塞4，活塞4的一侧设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器1通讯连接。所述反馈传感器为位移传感器5。
微处理轴控制器1采用高速数字微处理器，接受远方控制端10控制指令信号(例如油缸目标位置指令信号)，控制信号可为高速数字通讯，符合工业4.0要求的通讯接口同时也可接受传统模拟量信号或就地信号。微处理轴控制器1将控制指令信号与位移传感器5反馈信号进行闭环运算，并输出高速脉冲信号驱动与伺服阀本体2连接的第一驱动电机6,使第一驱动电机6旋转至微处理器运算值；第一驱动电机6带动阀芯13运动(详细运动见图2)，因此出油腔19与高压油腔21相连通、返油腔20与回油腔22相连通；出油腔19、返油腔20与油缸3的2个油口相连，使油缸3内的活塞4往目标位置运动；同时微处理控制器1接收位移传感器5反馈信号，并进行闭环运算输出脉冲信号驱动第二驱动电机7旋转，第二驱动电机7旋转的角度由微处理器高速闭环运算控制。微处理器通过运算协调控制第一驱动电机6和驱动第二驱动电机7旋转，减小运行误差。当位移传感器5检测的反馈信号值与控制指令信号值相等达到目标值时，微处理控制器1同时控制第一驱动电机6和第二驱动电机7，使阀芯13到中位，活塞4停止运动，从而使活塞4稳定在目标位置。并将活塞4位移值、计算速度值及相关控制参数值通过数字接口通讯反馈给远方控制端10，还可通过传统模拟量和开关量硬接线方式反馈给远方控制端10，供远方控制端10监控使用。
如图2所示，伺服阀本体2包括阀体15，阀体15的中心水平设有内腔，内腔左右两端均开口，所述内腔的一侧间隔设有与内腔连通的出油腔19和返油腔20，用于伺服控制元件的进油与回油，出油腔19和返油腔20之间设有与内腔连通的高压油腔21，出油腔19和返油腔20远离高压油腔21的一侧均设有回油腔22。
所述内腔的内壁上固定连接有阀套14，阀套14上设有与出油腔19、返油腔20、高压油腔21、回油腔22对应的开口，阀套14的内侧水平设有阀芯13，阀芯13的外围间隔设有与阀套14上的开口相对应的卡环。阀芯13位于原位置不动时，卡环封堵住开口。
阀芯13的一端伸出阀体15外通过第一联轴器12与第一驱动电机6连接，阀芯13与第一联轴器12通过花键连接，在阀芯13的外表有纵向的键槽，套在阀芯13上第一联轴器12也有对应的键槽，可保持跟阀芯13同步旋转。在旋转的同时，阀芯13还可以作纵向滑动，如变速箱换档齿轮等。第一驱动电机6通过第一驱动电机安装板11与阀体15固定连接。第一驱动电机安装板11与阀体15固定安装，内部设有用于安装第一联轴器12的安装腔。
阀芯13的另一端伸出阀体15外通过第二联轴器17与第二驱动电机7连接，阀芯13与第二联轴器17通过丝杠螺母16连接，阀芯13上设有与丝杠螺母16对应的外螺纹，第二驱动电机7通过第二驱动电机安装板18与阀体15固定连接。第二驱动电机安装板18与阀体15固定安装，内部设有用于安装第二联轴器17的安装腔。
实施例2：
本集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元也适合马达伺服，原理与油缸控制相同，可实现对马达的速度和转角进行精密控制。
其余与实施例1皆相同，将伺服控制元件换为液压马达23。
如图3所示，所述伺服控制元件包括液压马达23，液压马达23上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器1通讯连接。
所述反馈传感器为马达转角传感器24。
微处理轴控制器1采用高速数字微处理器，接受远方控制端10的控制指令信号(例如马达目标转角指令信号)，控制信号可为高速数字通讯，符合工业4.0要求的通讯接口同时也可接受传统模拟量信号或就地信号。微处理轴控制器1将控制指令信号与马达转角传感器24反馈信号进行闭环运算，并输出高速脉冲信号驱动与伺服阀本体2连接的第一驱动电机6使第一驱动电机6旋转至微处理器运算值；第一驱动电机6带动阀芯13运动(详细运动见图2)，并使液压马达23往目标位置运动；同时微处理控制器1接收马达转角传感器24反馈信号并进行闭环运算，输出脉冲信号驱动第二驱动电机7旋转，第二驱动电机7旋转的角度由微处理器高速闭环运算控制。微处理器通过运算协调控制第一驱动电机6和驱动第二驱动电机7旋转，减小运行误差。当马达转角传感器24检测的反馈信号值与控制指令信号值相等达到目标值时时，微处理控制器1同时控制第一驱动电机6和第二驱动电机7，使阀芯13到中位，液压马达23停止旋转，从而使液压马达23稳定在目标位置。并将液压马达23转动角、计算速度值及相关控制参数值通过数字接口通讯反馈给远方控制端10，还可通过传统模拟量和开关量硬接线方式反馈给远方控制端10，供远方控制端10监控使用。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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。

Claims (9)

1.一种集成数字轴控制器的伺服阀及伺服单元，其特征在于：包括微处理轴控制器、伺服阀本体、伺服控制元件、与伺服阀本体两端驱动连接的第一驱动电机和第二驱动电机，所述微处理轴控制器与远方控制端通讯连接，所述微处理轴控制器与第一驱动电机和第二驱动电机的控制端通讯连接，所述伺服阀本体上设有高压油腔、回油腔、与伺服控制元件的进油口连通的出油腔和与伺服控制元件的回油口连通的返油腔，所述伺服控制元件上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
2.根据权利要求1所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述伺服阀本体包括阀体，所述阀体的中心水平设有内腔，所述内腔的一侧间隔设有与内腔连通的出油腔和返油腔，所述出油腔和返油腔之间设有与内腔连通的高压油腔，所述出油腔和返油腔远离高压油腔的一侧均设有回油腔。
3.根据权利要求2所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述内腔的内壁上固定连接有阀套，所述阀套上设有与出油腔、返油腔、高压油腔、回油腔对应的开口，所述阀套的内侧水平设有阀芯，所述阀芯的外围间隔设有与阀套上的开口相对应的卡环。
4.根据权利要求3所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述阀芯的一端伸出阀体外通过第一联轴器与第一驱动电机连接，所述阀芯与第一联轴器通过花键连接，所述驱动电机通过第一驱动电机安装板与阀体固定连接。
5.根据权利要求3所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述阀芯的另一端伸出阀体外通过第二联轴器与第二驱动电机连接，所述阀芯与第二联轴器通过丝杠螺母连接，所述第二驱动电机通过第二驱动电机安装板与阀体固定连接。
6.根据权利要求1所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述伺服控制元件包括油缸，所述油缸内设有活塞，所述活塞的一侧设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
7.根据权利要求6所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述反馈传感器为位移传感器。
8.根据权利要求1所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述伺服控制元件包括液压马达，所述液压马达上设有反馈传感器，所述反馈传感器与微处理轴控制器通讯连接。
9.根据权利要求8所述的伺服阀及伺服单元，其特征在于：所述反馈传感器为马达转角传感器。
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