CN116379031A - 一种基于压力反馈自动调节平衡阀及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于压力反馈自动调节平衡阀及其工作方法，涉及液压技术领域。包括阀体和平衡阀组件；所述阀体上设有主孔、负载腔油口和油源端油口；所述负载腔油口和油源端油口分别与所述主孔连通；所述阀体上设有连通的先导油进油孔和先导油回油孔；所述先导油回油孔与主孔连通；所述平衡阀组件设在主孔内，控制所述负载腔油口和油源端油口通/断；所述阀体内设有先导油进油口压力传感器、比例驱动器和负载口压力传感器；本发明可通过先导油压力大小进行一定的控制，也会根据负载口的压力情况放大或减小先导油的功效，实现能耗与稳定性的相对兼容。
Description
技术领域
本发明涉及液压技术领域，尤其涉及一种基于压力反馈自动调节平衡阀及其工作方法。
背景技术
马达在器械运行的不同阶段或者负载大小不同时压力与流量的需求也不同，对平衡阀先导比也有不同的需求。一般而言，器械运行首尾阶段需要运行平稳，防止冲击振动等，在运行中段，需要有一定的运行速度以保证工作效率，即运行首尾阶段的先导比较小为佳，运行中间段的先导比较大为佳；总体而言，操控器械时随着负载压力的变大先导比需求也变大，当要求器械平稳运行时，负载压力偏大时，则需要先导比在中低区间调整，负载压力偏小时，则需要先导比越小越好；当要求器械快速运行时，负载压力偏大时，则需要先导比在中高区间调整，负载压力偏小时，则要求先导比在中低区间调整。目前，用于马达的平衡阀一般具有固定的先导比，当选用的先导比较高时，容易出现抖动现象，影响正常运行安全；如果在能接受范围内选用先导比较小的平衡阀时，需要较高的控制压力打开阀口，导致能耗较高。
多级油缸工作时，不同的液压缸受力面积不同，活塞有效面积最大的是一级油缸，最小的是末级油缸；一般而言，一级液压缸动作较慢，末级液压缸动作较快，级数越多速度差距越大。如一级油缸速度正常时，末级油缸的速度会太快导致冲击振动等不安全因素，如末级油缸速度正常，一级油缸的运行速度会太慢影响运行效率。
针对上述问题，则需要采用一种先导比可变的平衡阀得以实现。为实现先导比可变，现有专利文献中，如公开号为CN 108223493A，名称为“一种先导比可变的平衡阀”的专利技术，出于实现“能够在要求系统稳定性高的工况采用低先导比，在稳态工况采用高先导比，从而降低系统能耗”的目的，提供了一种先导比可变的平衡阀，该专利使用阶梯状的先导控制阀块，通过改变先导控制油作用在不同数量的阶梯来改变先导作用面面积来改变先导比，在切换时会产生阶跃变化，不利于执行机构的稳定运行，且对不同阶梯间的精度要求，密封要求较高，加工成本较大。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种结构精巧、自动调节先导比，从而提升系统运行稳定性，降低能耗的一种基于压力反馈自动调节平衡阀及其工作方法。
本发明的技术方案是：一种基于压力反馈自动调节平衡阀，包括阀体和平衡阀组件；
所述阀体上设有主孔、负载腔油口和油源端油口；所述负载腔油口和油源端油口分别与所述主孔连通；所述阀体上设有连通的先导油进油孔和先导油回油孔；所述先导油回油孔与主孔连通；
所述平衡阀组件设在主孔内，控制所述负载腔油口和油源端油口通/断；所述阀体内设有先导油进油口压力传感器、比例驱动器和负载口压力传感器；
所述先导油进油口压力传感器设置在与先导油进油孔连通的先导传感孔内，用于检测先导油进油孔的压力数据；
所述比例驱动器包括依次设置在比例调节孔内的弹簧、阻尼调节器和比例电磁铁；所述比例调节孔贯穿先导油进油孔；通过所述比例电磁铁驱动阻尼调节器在比例调节孔内水平移动，控制阻尼的大小；
所述负载口压力传感器设置在与负载腔油口连通的的负载传感孔内，用于检测负载腔油口的负载压力数据。
具体的，所述先导油回油孔内设有固定阻尼器。
具体的，所述阻尼调节器的一端设有与弹簧适配的弹簧腔。
具体的，所述阻尼调节器的另一端设有与比例电磁铁适配的定位卡槽。
具体的，所述阻尼调节器上设有呈圆头矩形结构的阻尼调节口。
一种基于压力反馈自动调节平衡阀的工作方法，按如下步骤进行：
1）、运行时，通过先导油进油口压力传感器获得先导油进油孔的压力数据，记作Ppil；
2）、通过负载口压力传感器获得负载腔油口的负载压力数据，记作Pc；
3）、将获得的数据Ppil和Pc分别传送至控制模块内，通过控制模块内的主芯片，判定Ppil与Pc所在区间；根据区间范围，改变比例电磁铁的电流大小，调节阻尼调节口大小，进而改变先导比大小到目标值。
步骤3）包括：
3.1）、先导油压力Ppil小于a时（a为在Kmin先导比下与负载腔压力为C时可以使平衡阀打开得临界值），先导比控制为最小值Kmin；
3.2）、先导油压力Ppil大于a小于b时（b为在Kmax先导比下可以把平衡阀完全打开得先导油压力值），根据下列公式计算调整先导比：
K为先导比，
PC为负载腔油口的负载压力，
C为0.7*平衡阀压力设定值，
D为1.3*平衡阀压力设定值；
Kmin和Kmax为平衡阀的固有参数，即可达到得最小先导比与最大先导比；
3.3）、先导油压力Ppil大于b时，先导比调节为最大值Kmax。
本发明有益效果：
使用本控制方案可以使平衡阀先导油整体压力远低于常规固定低先导比平衡阀使用的先导油压力。
先导油压力处于0-a时，先导比为最低状态，即平衡阀主要依靠负载口压力打开阀芯，先导油如有波动，对平衡阀的阀口启闭影响较小，使液压回路运行稳定；
先导油压力处于a-b控制区间时，根据负载口压力调整先导比，负载口压力较低时使用较小的先导比，防止阀口开启太大，流量太大压力下降太快出现危险，负载口压力较大时使用较大的先导比，使平衡阀开口更大，加大平衡阀的流通能力，减少平衡阀的压损，降低能耗；
先导油压力达到b时，先导比调节到最大值，先导油将阀完全打开，负载口压力大小只会影响通过流量大小，降低能耗。
即可通过先导油压力大小进行一定的控制，也会根据负载口的压力情况放大或减小先导油的功效，实现能耗与稳定性的相对兼容。
附图说明
图1是本发明的主示意图，
图2是本发明的侧部结构示意图，
图3是图2中R向结构示意图，
图4是图2中Q向结构示意图，
图5是阻尼调节器的结构示意图，
图6是图5中A向结构示意图，
图7是图5俯视图，
图8是本发明原理示意图，
图9是先导比-先导压力-负载压力曲线；
图中1是控制模块，1-2是比例驱动器，1-21是弹簧 1-22是阻尼调节器，1-23是比例电磁铁，1-3是负载口压力传感器，1-221是定位卡槽，1-222是阻尼调节口，1-223是阻尼调节器弹簧腔；
2是阀体，2-1是先导油进油孔，2-2是负载腔油口，2-3是油源端油口，2-4是先导油回油孔，2-5是固定阻尼器，
3是平衡阀组件。
具体实施方式
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、 “下”、 “左”、 “右”、 “竖直”、 “水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明， “多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明参照图1-8所示；
一种基于压力反馈自动调节平衡阀，包括阀体2和平衡阀组件3；
所述阀体2上设有主孔、负载腔油口2-2和油源端油口2-3；所述负载腔油口2-2和油源端油口2-3分别与所述主孔连通；所述阀体2上设有连通的先导油进油孔2-1和先导油回油孔2-4；所述先导油回油孔2-4与主孔连通（在2-1和2-4中间的流道有通到主孔右侧端面的小孔）；
所述平衡阀组件3设在主孔内，控制所述负载腔油口2-2和油源端油口2-3通/断；平衡阀组件3包括平衡阀阀芯、单向阀弹簧座、单向阀座、阀套、平衡阀主簧、主簧座、调节螺杆和调节螺母等零件，鉴于平衡阀组件3属于本领域常规技术，在本案中对于其具体构造不再赘述；
其特征在于，所述阀体内设有先导油进油口压力传感器1-1、比例驱动器1-2和负载口压力传感器1-3；
所述先导油进油口压力传感器1-1设置在与先导油进油孔2-1连通的先导传感孔内，用于检测先导油进油孔2-1的压力数据；
所述比例驱动器1-2包括依次设置在比例调节孔内的弹簧1-21、阻尼调节器1-22和比例电磁铁1-23；所述比例调节孔贯穿先导油进油孔2-1；通过所述比例电磁铁1-23驱动阻尼调节器1-22在比例调节孔内水平移动，控制阻尼的大小（阻尼大小是指阻尼调节器1-22移动，使长条形的阻尼调节口1-222在调节先导油进油孔2-1与先导油回油孔2-4之间的流道形成的小孔面积发生变化）；
通过改变比例电磁铁1-23的电流大小，比例电磁铁力值与电流大小相关，电磁铁力值与弹簧1-21的力比较，改变阻尼调节器1-22的位置，从而改变先导油油路的阻尼调节口大小，进而改变先导比大小到目标值；
所述负载口压力传感器1-3设置在与负载腔油口2-2连通的的负载传感孔内，用于检测负载腔油口2-2的负载压力数据。
本案中先导油进油口压力传感器1-1、比例电磁铁1-23和负载口压力传感器1-3分别集成在控制模块1上，并与控制模块1内部型号为KM-2IN1的主芯片通信，先导油进油口压力传感器1-1与负载口压力传感器1-3将4-20ma的模拟量压力信号传入主芯片，主芯片计算后通过PWM控制功率放大芯片输出对应电流到比例电磁铁。
进一步限定，所述先导油回油孔内设有固定阻尼器，与阻尼调节器1-22处的阻尼形成液桥，通过改变俩个阻尼之间的比例关系，控制俩个阻尼之间的压力大小，进而改变先导比。
进一步限定，所述阻尼调节器1-22的一端设有与弹簧1-21适配的弹簧腔1-223，用于提高弹簧1-21伸缩时的稳定性。
进一步限定，所述阻尼调节器1-22的另一端设有与比例电磁铁1-23适配的定位卡槽1-221，防止阻尼调节器1-22转动。
进一步限定，所述阻尼调节器1-22上设有呈圆头矩形结构的阻尼调节口1-222，用于改变阻尼大小。
一种基于压力反馈自动调节平衡阀的工作方法，负载腔油口2-2与工作油缸连接，油源端油口2-3与液压控制阀连接，先导油进油孔2-1与先导控制阀连接，先导油回油孔2-4与油箱连接；按如下步骤进行：
1）、运行时，通过先导油进油口压力传感器1-1获得先导油进油孔2-1的压力数据，记作Ppil；
2）、通过负载口压力传感器1-3获得负载腔油口2-2的负载压力数据，记作Pc；
3）、将获得的数据Ppil和Pc分别传送至控制模块1内，通过控制模块1内的主芯片，判定Ppil与Pc所在区间；根据区间范围，改变比例电磁铁1-23的电流大小，调节阻尼调节口1-222大小，进而改变先导比大小到目标值。
步骤3）包括：
3.1）、先导油压力Ppil小于a时（a为在Kmin先导比下与负载腔压力为C时可以使平衡阀打开得临界值），先导比控制为最小值Kmin；
当Ppil小于a时，比例驱动器不动，不给电流，液压油从先导油进油孔2-1进，从先导油回油孔2-4出， 1-222位置为物理限位，阻尼孔最小，先导比最小。适合最平稳运行的工况。
3.2）、先导油压力Ppil大于a小于b时（b为在Kmax先导比下可以把平衡阀完全打开得先导油压力值），根据下列公式计算调整先导比：
当Ppil大于a小于b时，液压油从先导油进油孔2-1进，从先导油回油孔2-4出，比例驱动器1-2根据上面公式得到需求先导比，根据需求的先导比和试验测试得到的电流与先导比的（多少电流对应多少先导比）比例关系确定输出电流。
K为先导比，
PC为负载腔油口2-2的负载压力，
C为0.7*平衡阀压力设定值，
D为1.3*平衡阀压力设定值；
Kmin和Kmax为平衡阀的固有参数，即可达到得最小先导比与最大先导比；
3.3）、先导油压力Ppil大于b时，先导比调节为最大值Kmax。
当Ppil大于b时，输出电流给最大，阻尼调节器1-22运动到最左边，阻尼孔达到最大，先导比最大，液压油都是从先导油进油口进，从先导油回油口出，适合要求最大速度运行的工况。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于压力反馈自动调节平衡阀，包括阀体（2）和平衡阀组件（3）；
所述阀体（2）上设有主孔、负载腔油口（2-2）和油源端油口（2-3）；所述负载腔油口（2-2）和油源端油口（2-3）分别与所述主孔连通；所述阀体（2）上设有连通的先导油进油孔（2-1）和先导油回油孔（2-4）；所述先导油回油孔（2-4）与主孔连通；
所述平衡阀组件（3）设在主孔内，控制所述负载腔油口（2-2）和油源端油口（2-3）通/断；其特征在于，所述阀体内设有先导油进油口压力传感器（1-1）、比例驱动器（1-2）和负载口压力传感器（1-3）；
所述先导油进油口压力传感器（1-1）设置在与先导油进油孔（2-1）连通的先导传感孔内，用于检测先导油进油孔（2-1）的压力数据；
所述比例驱动器（1-2）包括依次设置在比例调节孔内的弹簧（1-21）、阻尼调节器（1-22）和比例电磁铁（1-23）；所述比例调节孔贯穿先导油进油孔（2-1）；通过所述比例电磁铁（1-23）驱动阻尼调节器（1-22）在比例调节孔内水平移动，控制阻尼的大小；
所述负载口压力传感器（1-3）设置在与负载腔油口（2-2）连通的的负载传感孔内，用于检测负载腔油口（2-2）的负载压力数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力反馈自动调节平衡阀，其特征在于，所述先导油回油孔内设有固定阻尼器。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力反馈自动调节平衡阀，其特征在于，所述阻尼调节器（1-22）的一端设有与弹簧（1-21）适配的弹簧腔（1-223）。
4.根据权利要求3所述的一种基于压力反馈自动调节平衡阀，其特征在于，所述阻尼调节器（1-22）的另一端设有与比例电磁铁（1-23）适配的定位卡槽（1-221）。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于压力反馈自动调节平衡阀，其特征在于，所述阻尼调节器（1-22）上设有呈圆头矩形结构的阻尼调节口（1-222）。
6.一种权利要求1所述一种基于压力反馈自动调节平衡阀的工作方法，其特征在于，按如下步骤进行：
1）、运行时，通过先导油进油口压力传感器（1-1）获得先导油进油孔（2-1）的压力数据，记作Ppil；
2）、通过负载口压力传感器（1-3）获得负载腔油口（2-2）的负载压力数据，记作Pc；
3）、将获得的数据Ppil和Pc分别传送至控制模块（1）内，通过控制模块（1）内的主芯片，判定Ppil与Pc所在区间；根据区间范围，改变比例电磁铁（1-23）的电流大小，调节阻尼调节口（1-222）大小，进而改变先导比大小到目标值。
7.根据权利要求6所述的一种基于压力反馈自动调节平衡阀的工作方法，其特征在于，步骤3）包括：
3.1）、先导油压力Ppil小于a时（a为在Kmin先导比下与负载腔压力为C时可以使平衡阀打开得临界值），先导比控制为最小值Kmin；
3.2）、先导油压力Ppil大于a小于b时（b为在Kmax先导比下可以把平衡阀完全打开得先导油压力值），根据下列公式计算调整先导比：
K为先导比，
PC为负载腔油口（2-2）的负载压力，
C为0.7*平衡阀压力设定值，
D为1.3*平衡阀压力设定值；
Kmin和Kmax为平衡阀的固有参数，即可达到得最小先导比与最大先导比；
3.3）、先导油压力Ppil大于b时，先导比调节为最大值Kmax。
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2023
- 2023-04-20 CN CN202310429348.1A patent/CN116379031A/zh active Pending
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