CN202441957U - 一种电动液压阀的控制装置、电动液压阀及工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动液压阀的控制装置，包括：第一闭环控制单元，在电机运行过程中，获取伺服电机动力轴的实际位置参数，并将所述实际位置参数作为位置反馈参数；根据动力轴的位置反馈参数与动力轴的预定位置参数进行第一闭环控制并生成第一闭环反馈信号以根据调整伺服电机的运行；第二闭环控制单元，在电机运行过程中，获取阀芯的实际位移参数，并将所述阀芯的实际位移参数作为阀芯的位移反馈参数；根据阀芯的位移反馈参数与阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制并生成第二闭环反馈信号以调整伺服电机的运行。本实用新型还提供一种电动液压阀和一种工程机械。本实用新型中，可以对液压阀的阀口开度进行控制，且结构简单、控制精准。

Description

一种电动液压阀的控制装置、电动液压阀及工程机械

技术领域

本实用新型涉及液压阀控制技术领域，具体而言，涉及一种电动液压阀的控制装置、电动液压阀及工程机械。

背景技术

目前，液压阀一般通过电磁铁将电信号转换成力矩信号，然后再转换成液压阀阀芯的位移信号，以控制液压阀的阀口开度，从而使得液压阀运行在设定的出口压力/出口流量下。但是，由于电磁铁固有特性的限制，传统的液压阀存在响应速度较慢、控制精度低、线性度差、抗油污能力差，且控制能力有限的技术缺陷。

为此，相关技术中提出了一种采用电机驱动液压阀的形式，在电机的动力输出轴连接有减速器，在减速器与液压阀的阀芯之间设置动力传递装置或动力转换装置，这样，通过电机驱动液压阀的阀芯动作，以使得液压阀具有设定的阀口开度。采用上述液压阀的结构形式及控制方式，电机输出端与液压阀之间设置有机械传动机构，机械传动机构在动力传递过程中的机械磨损、能量损耗等不利因素，会使得液压阀难以达到设定的阀口开度，即液压阀无法在设定的出口压力/出口流量下运动，从而降低了液压阀执行流量、动力分配的精度。因此，提供一种液压阀控制技术，可以对阀口开度进行更加精确的控制，已经成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提出一种电动液压阀的控制装置，能够对液压阀的阀口开度进行更加精确的控制。本实用新型还提出了一种应用上述控制装置的电动液压阀及一种应用上述电动液压阀的工程机械。

本实用新型提供了一种电动液压阀的控制装置，所述电动液压阀包括伺服电机、传动机构和液压阀，所述伺服电机通过传动机构驱动液压阀的阀芯运动，该控制装置包括：

电机预定控制单元，根据液压阀的预定工作参数获取阀芯的预定位移参数，所述液压阀的预定工作参数为液压阀的预定阀口开度、预定出口压力或预定出口流量；根据阀芯的预定位移参数得到伺服电机动力轴的预定位置参数；根据所述预定位置参数生成伺服电机的预定位置控制指令，控制伺服电机运行；

第一闭环控制单元，在电机运行过程中，获取伺服电机动力轴的实际位置参数，并将所述实际位置参数作为位置反馈参数；根据动力轴的位置反馈参数与动力轴的预定位置参数进行第一闭环控制并生成第一闭环反馈信号，以根据该第一闭环反馈信号调整伺服电机的运行。

在该技术方案中，电动液压阀包括伺服电机、传动机构和液压阀，根据伺服电机的输出动力并通过传动机构带动液压阀的阀芯运动，从而控制阀芯的位移以使得液压阀运行在预定的阀口开度下；在伺服电机的运行过程中，实时检测伺服电机动力轴的实际位置参数，例如动力轴的实际角位移、角速度参数，并通过反馈形成伺服电机的位移环、速度环和电流环的控制，使得伺服电机在上述预定位置参数下运行。这样，通过伺服电机的闭环控制方式，对伺服电机的运行状态进行实时反馈并作出相应的调整，实现了对液压阀的阀口开度进行更加精确的控制。

优选的，所述控制装置还包括：第二闭环控制单元，在电机运行过程中，获取阀芯的实际位移参数，并将所述阀芯的实际位移参数作为阀芯的位移反馈参数；根据阀芯的位移反馈参数与阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制并生成第二闭环反馈信号，以根据该第二闭环反馈信号调整伺服电机的运行。

在该技术方案中，通过对伺服电机的第一闭环控制过程，伺服电机能够在预定位置参数下运行；为了确保液压阀在伺服电机的驱动下工作在预定位移参数下，从而使得液压阀具有预定阀口开度，因此，可以进一步对液压阀的阀芯的实际位移参数进行检测并反馈，从而根据阀芯的实际位移参数和阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制，当液压阀阀芯的位移出现偏差时可以及时进行检测并作出调整，从而对液压阀的阀口开度进行更加精确的控制。通过对液压阀阀芯的闭环控制，使得阀芯具有预定的位移，从而确保了液压阀具有预定的阀口开度。这样，通过上述第二闭环控制，补偿了传动机构在动力传递过程中的机械磨损、能量损耗等不利因素对液压阀阀芯位移的影响，液压阀能够在设定的出口压力/出口流量下运动，从而确保了液压阀执行流量、动力分配的精度。

优选的，所述控制装置还包括：阀芯位移传感器，与所述第二闭环控制单元连接，用于检测液压阀阀芯的实际位移参数。具体的，可以通过传感器直接检测液压阀阀芯的实际位移参数，并作为阀芯的位移反馈参数进行阀芯的闭环控制。

优选的，所述控制装置还包括：传动机构位移传感器，与所述第二闭环控制单元连接，用于检测与液压阀阀芯刚性连接的传动机构的实际位移参数，以作为阀芯的实际位移参数。例如，伺服电机通过丝杠螺母机构与液压阀的阀芯连接，丝杠与螺母形成传动副，伺服电机的动力轴与丝杠刚性连接，螺母与阀芯刚性连接；通过与阀芯刚性连接，使得该传动机构与阀芯产生同步位移，可以准确地反映阀芯的实际位移参数。在实际操作过程中，通过直接检测阀芯的实际位移参数，阀芯位移传感器的安装结构复杂，检测精度难以控制，因此，可以通过检测与阀芯刚性连接的螺母的实际位移参数，以作为阀芯的实际位移参数，其传动机构传感器的安装便捷，可提高检测的精度。

优选的，所述控制装置还包括：编码器，与所述第一闭环控制单元连接，用于检测伺服电机动力轴的实际位置参数。

优选的，所述编码器设置在所述伺服电机上。通过安装在伺服电机上的编码器，能够获取伺服电机动力轴的实际位置参数，无需额外安装位置传感器，提高了检测的精度，通用性高并节约了成本。

本实用新型还提供了一种电动液压阀，包括伺服电机、传动机构和液压阀，所述伺服电机通过传动机构驱动液压阀的阀芯运动，还包括如上述权利要求中任一项所述的电动液压阀的控制装置。

优选的，所述液压阀的阀芯为滑动式阀芯，所述传动机构连接在伺服电机的动力轴与液压阀的阀芯之间，能够将伺服电机的转动运动转换为阀芯的直线往复运动，具体的，该传动机构可以是丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、曲柄滑块传动机构或者凸轮机构等。

优选的，所述液压阀的阀芯为转动式阀芯，所述伺服电机的动力轴通过所述传动机构与液压阀的阀芯刚性连接。伺服电机驱动液压阀的阀芯转动，通过控制阀芯转动的角度以使得液压阀具有预定的阀口开度。

本实用新型还提供了一种工程机械，包括上述的电动液压阀。

综上所述，本实用新型技术方案中通过对伺服电机动力轴的实际位置参数进行反馈进行闭环控制，以及通过对阀芯实际位移参数的反馈进行闭环控制，大幅提高了阀口开度的控制精度，而且原理简单，易于实现。

附图说明

图1示出了本实用新型的一种电动液压阀的结构示意图；

图2示出了本实用新型的一种电动液压阀的控制装置的结构框图；

图3示出了图2中的控制装置的控制原理图；

图4示出了本实用新型的另一种电动液压阀的控制装置的结构框图；

图5示出了本实用新型的又一种电动液压阀的控制装置的结构框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，为本实用新型提出的一种电动液压阀的结构示意图。

参照图1，该电动液压阀包括控制装置1、伺服电机2、传动机构3和液压阀4，其中，控制装置1与伺服电机2连接，用于根据液压阀的预定工作参数控制伺服电机2的运行，伺服电机2通过传动机构3与液压阀4的阀芯41连接。伺服电机2转动并通过传动机构3带动液压阀4的阀芯41运动，根据传动机构3的传动参数，伺服电机2输出的角位移能够驱动液压阀4的阀芯41产生相应的位移量，从而使得液压阀4运行在预定工作参数下。

在一种具体实施例中，本实用新型提出的液压阀4的阀芯41为滑动式阀芯，在伺服电机2的驱动作用下，液压阀4的阀芯41作往复直线往复运动，以控制液压阀4的阀口开度，从而使得液压阀4具有适当的出口压力或出口流量。

该实施例中，在伺服电机2的动力轴与阀芯41之间连接传动机构3，需要将伺服电机2的转动运动转换为阀芯41的直线往复运动，伺服电机2输出角位移并通过传动结构3的传递能够使得阀芯41具有一定的位移量；传动机构3将电机轴的转动转换为阀芯41的直线往复运动，上述传动机构3的传动参数可以表示为伺服电机动力轴的角位移参数与阀芯位移参数之间的对应关系。

该传动机构3包括丝杠31与螺母32形成的丝杠螺母传动机构，其中，伺服电机2的动力轴与丝杠31刚性连接，阀芯41与螺母32刚性连接，这样，伺服电机2输出动力通过丝杠螺母传动副，将伺服电机2的转动运动转换为阀芯41的往复直线往复运动。当然，该传动机构还可以是齿轮齿条传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、曲柄滑块传动机构或者凸轮机构等。

在另一种具体实施例中，本实用新型提出的液压阀的阀芯为转动式阀芯，伺服电机驱动液压阀的阀芯转动，通过控制阀芯转动的转动角度以使得液压阀具有预定的阀口开度，在该实施例中，无需对伺服电机的转动运动进行转换，通过设置传动机构例如联轴器等直接驱动阀芯转动，此时，传动机构的输入与输出均为刚性连接。

本实用新型还提出了一种应用上述电动液压阀的工程机械，该工程机械具有上述电动液压阀同样的技术效果。

如图2所示，为本实用新型一种实施例提出的电动液压阀的控制装置的结构框图。参考附图，该电动液压阀的控制装置包括：

电机预定控制单元202，根据液压阀的预定工作参数获取阀芯的预定位移参数，所述液压阀的预定工作参数为液压阀的预定阀口开度、预定出口压力或预定出口流量；根据阀芯的预定位移参数得到伺服电机动力轴的预定位置参数；根据所述预定位置参数生成伺服电机的预定位置控制指令，控制伺服电机运行；

第一闭环控制单元204，在电机运行过程中，获取伺服电机动力轴的实际位置参数，并将所述实际位置参数作为位置反馈参数；根据动力轴的位置反馈参数与动力轴的预定位置参数进行第一闭环控制并生成第一闭环反馈信号，以根据该第一闭环反馈信号控制伺服电机的运行，从而使得伺服电机在预定位置参数下运行。

在该技术方案中，电动液压阀包括伺服电机、传动机构和液压阀，根据伺服电机的输出动力并通过传动机构带动液压阀的阀芯运动，从而控制阀芯的位移以使得液压阀在预定的阀口开度下运行。在伺服电机的运行过程中，实时检测伺服电机动力轴的实际位置参数，例如动力轴的实际角位移和角速度，并通过反馈形成伺服电机的位置环、速度环和电流环的三闭环控制，使得伺服电机在上述预定位置参数下运行。这样，通过伺服电机的闭环控制方式，对伺服电机的运行状态进行实时反馈并作出相应的调整，使得伺服电机工作在预定位置参数下，实现了对液压阀的阀口开度进行更加精确的控制。

具体的，通过在伺服电机上设置编码器206，编码器206与第一闭环控制单元204连接，用于检测伺服电机动力轴的实际位置参数。通过安装在伺服电机尾部的编码器206，能够获取伺服电机动力轴的实际位置参数，无需额外设置编码器，提高了检测的精度，并节约了成本。

上述控制装置的控制原理如图3所示。在伺服电机驱动液压阀的控制过程中，首先根据工况需要，获取液压阀的预定工作参数，例如，该液压阀的预定工作参数可以表示为液压阀的预定阀口开度；根据该液压阀的结构，液压阀的预定阀口开度对应阀芯的预定位移参数，即在伺服电机的驱动下液压阀的阀芯进行动作，其动作的位移为该预定位移参数，这样该液压阀能够获得预定阀口开度。然后，根据阀芯的预定位移参数，以及丝杠螺母传动机构的传动参数得到电机动力轴的预定位置参数，伺服电机动力轴转到预定的位置，通过传动机构的动力传递可以使阀芯获得预定的位移量；通过上述设置，能够根据电机动力轴的预定位置参数，生成伺服电机的预定位置控制指令，并根据该预定位置控制指令控制伺服电机的运行。

在伺服电机的运行过程中，通过编码器能够获取伺服电机动力轴的实际位置参数，包括动力轴的角位移和角速度；依赖伺服电机自身的闭环控制系统，根据获取的伺服电机动力轴的角位移和角速度并进行反馈，以执行伺服电机的位置环、速度环、电流环的三闭环控制并生成第一闭环反馈信号，以根据该第一闭环反馈信号调整伺服电机的运行，使得伺服电机的输入与输出相匹配，伺服电机动力轴运行在预定位置参数下，从而提高了伺服电机驱动液压阀动作的控制精度。这样，通过伺服电机的闭环控制方式，对伺服电机的运行状态进行实时反馈并作出相应的调整，使得伺服电机工作在预定位置参数下，实现了对液压阀的阀口开度进行更加精确的控制。

在实际应用过程中，伺服电机输出动力并经过传动机构与液压阀的阀芯连接，例如采用丝杠螺母传动机构时，丝杠与螺母之间的动力传递，会由于结构设计、装配误差等不利因素而造成较大的机械磨损和能量损耗，从而导致丝杠螺母传动机构的实际输出动力减小。这样，通过对伺服电机的第一闭环控制过程使得伺服电机能够在预定位置参数下运行，但是由于机械传动的误差导致动力损失，使得液压阀的阀芯不能达到预定的位移，即液压阀不能达到预定的阀口开度，从而液压阀不能在预定的出口压力或出口流量下工作。

为此，本实用新型在上述技术方案的基础上，该控制装置进一步还包括第二闭环控制单元。如图4、图5所示，为本实用新型提出的电动液压阀的控制装置的具体实施例的结构框图。

参考图4和图5，该控制装置进一步还包括：第二闭环控制单元208，在电机运行过程中，获取阀芯的实际位移参数，并将所述阀芯的实际位移参数作为阀芯的位移反馈参数；根据阀芯的位移反馈参数与阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制并生成第二闭环反馈信号，以根据该第二闭环反馈信号调整伺服电机的运行，从而使得阀芯在预定位移参数下运行。这样，在伺服电机和液压阀之间进行全闭环控制，确保了输入和输出的匹配，从而提高了液压阀的控制精度。

为了确保液压阀在伺服电机的驱动下以运行在预定位移参数下，从而使得液压阀具有预定阀口开度，因此，通过对液压阀的阀芯的实际位移参数进行检测并反馈，从而根据阀芯的实际位移参数和阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制并生成第二闭环反馈信号。当液压阀的实际位移参数和预定位移参数出现偏差时可以及时进行检测并作出调整，并通过该第二闭环反馈信号调整伺服电机的运动，从而使得液压阀能够工作在预定位移参数下，实现了对液压阀的更加精确的控制。通过对液压阀阀芯的实际位移参数和预定位置参数进行闭环控制，使得阀芯具有预定的位移，从而确保了液压阀具有预定的阀口开度。这样，通过上述第二闭环控制补偿传动机构在动力传递过程中的机械磨损、能量损耗等不利因素对液压阀阀芯位移的影响，液压阀能够在设定的出口压力/出口流量下运动，从而确保了液压阀执行流量、动力分配的精度。

如图4所示，在一种具体实施例中，为了获取液压阀阀芯的实际位移参数，该控制装置还包括：阀芯位移传感器210，与所述第二闭环控制单元208连接，用于检测液压阀阀芯的实际位移参数。即通过设置传感器直接检测液压阀阀芯的实际位移参数，并作为阀芯的位移反馈参数进行阀芯的闭环控制。

在实际操作过程中，通过直接检测阀芯的实际位移参数，阀芯位移传感器210的安装结构复杂，检测精度难以控制。

如图5所示，在另一种具体实施例中，该控制装置还包括：传动机构位移传感器212，与所述第二闭环控制单元208连接，用于检测与液压阀阀芯刚性连接的传动机构的实际位移参数，以作为阀芯的实际位移参数。例如，伺服电机通过丝杠螺母传动机构与液压阀的阀芯连接，丝杠与螺母形成传动副，伺服电机的动力轴与丝杠刚性连接，螺母与阀芯刚性连接；通过与阀芯刚性连接，使得该传动机构与阀芯产生同步位移，可以准确地反映阀芯的实际位移参数。因此，可以通过检测与阀芯刚性连接的螺母的实际位移参数，以作为阀芯的实际位移参数，其传动机构传感器的安装便捷，并可提高检测的精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动液压阀的控制装置，所述电动液压阀包括伺服电机、传动机构和液压阀，所述伺服电机通过传动机构驱动液压阀的阀芯运动，其特征在于，该控制装置包括：

电机预定控制单元，根据液压阀的预定工作参数获取阀芯的预定位移参数，所述液压阀的预定工作参数为液压阀的预定阀口开度、预定出口压力或预定出口流量；根据阀芯的预定位移参数得到伺服电机动力轴的预定位置参数；根据所述预定位置参数生成伺服电机的预定位置控制指令，控制伺服电机运行；

第一闭环控制单元，与所述电机预定控制单元连接，在电机运行过程中，获取伺服电机动力轴的实际位置参数，并将所述实际位置参数作为位置反馈参数；根据动力轴的位置反馈参数与动力轴的预定位置参数进行第一闭环控制并生成第一闭环反馈信号，以根据该第一闭环反馈信号调整伺服电机的运行。

2.根据权利要求1所述的电动液压阀的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

第二闭环控制单元，与所述电机预定控制单元连接，在电机运行过程中，获取阀芯的实际位移参数，并将所述阀芯的实际位移参数作为阀芯的位移反馈参数；根据阀芯的位移反馈参数与阀芯的预定位移参数进行第二闭环控制并生成第二闭环反馈信号，以根据该第二闭环反馈信号调整伺服电机的运行。

3.根据权利要求2所述的电动液压阀的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：阀芯位移传感器，与所述第二闭环控制单元连接，用于检测液压阀阀芯的实际位移参数。

4.根据权利要求2所述的电动液压阀的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：传动机构位移传感器，与所述第二闭环控制单元连接，用于检测与液压阀阀芯刚性连接的传动机构的实际位移参数，以作为阀芯的实际位移参数。

5.根据权利要求1所述的电动液压阀的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：编码器，与所述第一闭环控制单元连接，用于检测伺服电机动力轴的实际位置参数。

6.根据权利要求5所述的电动液压阀的控制装置，其特征在于，所述编码器设置在所述伺服电机上。

7.一种电动液压阀，其特征在于，包括伺服电机、传动机构和液压阀，所述伺服电机通过传动机构驱动液压阀的阀芯运动，其特征在于，还包括权利要求1至6中任一项所述的电动液压阀的控制装置。

8.根据权利要求7所述的电动液压阀，其特征在于，所述液压阀的阀芯为滑动式阀芯，所述传动机构连接在伺服电机的动力轴与液压阀的阀芯之间，能够将伺服电机的转动运动转换为阀芯的直线往复运动。

9.根据权利要求7所述的电动液压阀，其特征在于，所述液压阀的阀芯为转动式阀芯，所述伺服电机的动力轴通过所述传动机构与液压阀的阀芯刚性连接。

10.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求7至9中任一项所述的电动液压阀。

Images