CN208546579U - 一种电机驱动数字阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种电机驱动数字阀，包括电机、数字阀组件和控制器微机或可编程逻辑控制器，其中电机与数字芯组件连接，接收控制器微机或可编程逻辑控制器发出的数字脉冲信号，控制产品输出流量大小和关闭，完成单缸或多缸的多点、多速控制，以及多缸的同步、插补运动。数字阀组件的螺套一端固定在电机上，另一端螺纹连接连接杆，连接杆、阀芯和定位套之间通过定位销成为一体，固定在端盖上防转螺钉深入到定位套上的沟槽内，当电机转动时，连接杆由于定位销的作用不能转动，通过螺套与连接杆的螺纹变为直线运动，使阀芯与阀体之间做相对直线位移运动，从而使阀体各油口的开口有大小变化或关闭。具有高控制精度、高抗污染；且结构简单、成本低。

Description

一种电机驱动数字阀

技术领域

本实用新型涉及一种液压领域的伺服阀或比例阀，特别是涉及一种电机驱动数字阀，应用于液压领域，用于控制液压缸或液压马达等执行机构的运行方向和运行速度。

背景技术

在液压流体传动中，经常需要精确控制执行机构如油缸的方向、速度和位置。传统的方法是采用伺服阀或比例阀，这两种阀都是根据控制电流或电压信号的大小来改变阀口开度，从而控制通过的流量，进而控制油缸的方向、速度和位置。

典型的比例伺服阀，如图3所示，这是一种双级比例伺服阀，由主级 15、先导级16和位移传感器17组成。先导级16是控制级，主级15是流量输出级。

这种阀是单电磁线圈控制阀芯运动，控制线圈电流大小产生不同的推力来移动一级阀芯，输出不同的压力驱动二级阀芯，从而产生不同的阀口开度输出不同的流量，达到控制执行机构如油缸的速度或位移。这种比例阀或者伺服阀控制都是先将执行机构如油缸的位移送到计算机或专用控制器与设定值比较后，其差值经过复杂的数学运算后再输出调节信号调节伺服放大器，减少与设定值的控制误差来实现的。

这样就需要开发一套高水平的控制软件，还需要对控制结果进行高速采样，高速运算，复杂的参数整定，还需要对传输的弱电信号进行精心防干扰处理。所以，所有的伺服控制都需要复杂的现场调试和精心的维护，这就增加了使用和维护难度，当然也增加了成本。

有鉴于上述现有的伺服阀或比例阀存在的缺陷，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的在于，克服现有的伺服阀或比例阀存在的成本高、难调试等缺陷，而提供一种新型结构的一种电机驱动数字阀，所要解决的技术问题是使其具有方向、流量、比例控制的结构简单、成本低的数字控制阀从而更加适合实际应用。

本实用新型的另一目的在于，提供一种电机驱动数字阀，所要解决的技术问题是使其完成单缸或多缸的多点、多速控制，也可完成多缸的同步、插补运动，操作简单，从而更加适于实用。

本实用新型的再一个目的在于，提供一种电机驱动数字阀，所要解决的技术问题是使其能在高分辨率运动控制精度，实现大型机械装备微米级的运动控制，且响应迅速。

本实用新型的还一目的在于，提供一种电机驱动数字阀，所要解决的技术问题是使其既能高抗干扰又高抗污染。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种电机驱动数字阀，包括电机、数字阀组件和控制器微机或可编程逻辑控制器(PLC)，其中电机与数字阀组件连接，控制器微机或可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号，控制和驱动电机旋转任意角度来控制数字阀组件的流量大小和关闭，进而完成单缸或多缸的多点、多速控制，也能完成多缸的同步、插补运动。

前述的一种电机驱动数字阀，其中所述的数字阀组件包括螺套、连接杆、阀芯和定位套，所述的螺套一端通过紧定螺钉固定在电机输出轴上，该螺套的另一端与所述的连接杆连接，连接杆、阀芯和定位套之间通过定位销连接并成为一体，其中阀芯固定在连接杆的中部。

前述的一种电机驱动数字阀，其中所述的数字阀组件还包括套筒、阀体和端盖，其中所述的套筒的一端面固定在电机的一端面上，该套筒的另一端面与所述的阀体的一端面固定在一起，该阀体的另一端面与所述的端盖的一端面固定，所述的螺套、连接杆、阀芯及定位套均设置在套筒、阀体和端盖共同组成的空腔内；定位套位于端盖一侧。

前述的一种电机驱动数字阀，其中所述的端盖上固定有防转螺钉，该防转螺钉深入到定位套上的沟槽内，当电机转动时螺套转动，所述的连接杆由于定位销的作用不能转动，由于螺套与连接杆间是螺纹连接，通过螺纹变为直线运动，使阀芯与阀体之间只能做相对直线位移运动，从而使阀体各油口的开口有大小变化或关闭。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。其至少具有下列优点：

1、本实用新型通过数控编程可对本数字阀进行全数字化控制，可以与现代数字技术、计算机技术、信息技术完全融合，其操作轻松灵活。

2、本实用新型能在高分辨率运动控制精度。可实现大型机械装备微米级的运动控制，且响应迅速。

3、本实用新型能无损失远程控制执行。本实用新型为步进电机或伺服电机驱动，电机接收PLC输出的脉冲信号，PLC可通过电脑、主机等网络进行编程。脉冲信号为数字量，与模拟量区别是：不会因为线缆过长而导致电阻增加，使传输信号变化，从而改变输出信号大小，并且可进行无线网络传输，因此数字阀可通过网络等远程进行系统的操控，而不用担心指令信息的损失、滞后或者干扰。

4、本实用新型能高抗干扰。由于传输采用数字脉冲功率信号(即作为控制，又作为驱动)，因此在最严酷的电磁辐射状态下，系统依然可以良好的工作。该性能大大优于现有的液压和电气控制系统。

5、本实用新型能高抗污染。对液压油的过滤精度没有严格要求，甚至液压油受到污染，同样不会造成系统的精度降低，更不会造成严重的误动作甚至是事故

6、本实用新型控制系统简单。一台微机或可编程逻辑控制器(PLC) 就可以完成单缸或多缸的多点、多速控制，也可完成多缸的同步、插补运动。操作简单、实用性好。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型部分结构示意图。

其中：

15：主级 16：先导级

17：位移传感器

图2是本实用新型单缸应用示意图。

图3是已有技术的典型比例伺服阀的结构示意图。

其中：

1：电机 2：紧定螺钉

3：螺套 4：连接杆

5：定位销 6：套筒

7：阀体 8：阀芯

9：标牌 10：防转螺钉

11：定位套 12：端盖

13：液压缸 14：负载

图4：是本实用新型多缸多点、多速控制工作原理示意图。

其中：

18-1：第一电机驱动数字阀 18-2：第二电机驱动数字阀

18-3：第三电机驱动数字阀 19-1：第一液压缸

19-2：第二液压缸 19-3：第三液压缸

20-1：第一负载

20-2：第二负载； 20-3：第三负载

图5：是本实用新型实现位置和速度变化的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种电机驱动数字阀,其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。请参阅图1和图2所示，本实用新型较佳实施例的一种电机驱动数字阀，其主要包括：包括电机1、数字阀组件和控制器微机或可编程逻辑控制器(PLC)，其中电机1与数字阀组件连接，本实施例中采用可编程逻辑控制器(PLC)，电机接收可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号，控制和驱动电机旋转任意角度，来控制数字阀组件的流量大小和关闭，进而完成单缸或多缸的多点、多速控制，也能完成多缸的同步、插补运动。

参阅图1所示，数字阀组件是由紧定螺钉、螺套3、连接杆4、定位销 5、套筒6、阀体7、阀芯8、防转螺钉10、定位套11、端盖12和防转螺钉 12组成；

其中，套筒6套在螺套3的外面，且套筒6的一端面固定在电机1 上，该套筒6的另一端面与所述的阀体7的一端面固定在一起，该阀体7 的另一端面与所述的端盖12的一端面固定，螺套3、连接杆4、阀芯8及定位套11均设置在套筒6、阀体7和端盖12共同组成空腔内；

螺套3与电机1连接，螺套3一端通过紧钉螺钉2固定在电机1的输出轴上，螺套3的另一端与连接杆4通过细牙螺纹连接，连接杆4、阀芯8 和定位套11之间通过定位销5连接并成为一体，其中阀芯8固定在连接杆 4的中部，定位套11位于端盖12一侧。防转螺钉10固定在端盖12上，并深入定位套11上的键槽内。

当电机1通电，由数字控制器输出脉冲信号给电机1时，电机1由脉冲信号转换成旋转角度，带动螺套3旋转，同时防转螺钉10通过定位套11 上的键槽使阀芯8不能旋转，从而使阀芯8与阀体7之间做相对直线位移，从而使阀体7各油口的开口大小变化或关闭。因此，每个脉冲信号都对应于一个阀芯的位移量，最终达到控制液流方向和流量大小的目的，进而控制执行机构液压缸或液压马达的旋转方向和速度。

参阅图2所示，本实施例的单缸实现过程是：由于一个脉冲信号对应电机1一个固定的旋转角度，端盖12上设置有防转螺钉10，该防转螺钉10深入到定位套11上的键槽内，使阀芯8不能进行旋转；同时在螺套3与连接杆4间是螺纹连接，电机1与螺套3固定，连接杆4与阀芯8固定；电机1转动时螺套3转动，但连接杆4由于定位销5的作用不能转动，使阀芯8与阀体7之间只能做相对直线位移运动。因此，一个脉冲信号就产生了阀芯8和阀体7一定的开口量变化，由于系统压力不变，使得流量一定，进而使得负载14的速度一定。给多个脉冲信号，旋转角度增加，阀芯 8与阀体7的相对开口量增加，流量增大，进而使得负载14速度增加。当给“+”信号时，数字阀B口通油给液压缸13无杆腔，使液压缸活塞杆伸出，推动负载14前进；给“-”信号时，数字阀A口通油给液压缸13有杆腔，使液压缸活塞杆缩回，推动负载14后退；不给信号时，液压缸停止运动。

图4中为控制三缸的实施例，该第一液压缸19-1、第二液压缸 19-2、第三液压缸19-3分别通过第一电机驱动数字阀18-1、第二电机驱动数字阀18-2和第三电机驱动数字阀18-3来实现图5中的速度及位置变化，并可使第一负载20-1、第二负载20-2、第三负载20-3按照图5的速度和位置变化，并且位置和速度可通过可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号控制电机的转速，进行无级变化。

其中，多缸的同步、插补运动的工作原理是：

如图4所示：可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号控制电机1转速，使第一电机驱动数字阀18-1、第二电机驱动数字阀18-2和第三电机驱动数字阀18-3与电机1具有相同的脉冲信号，则三个阀的阀芯8走相同的位移，与阀体7间产生相同的开口量，在系统压力P不变的情况下，3 个第一电机驱动数字阀18-1、第二电机驱动数字阀18-2和第三电机驱动数字阀18-3的进油口P1、P2、P3压力相等，则三个电机驱动数字阀的输出油口A1、A2、A2或B1、B2、B3输出流量就相同，即分别进入第一液压缸 19-1、第二液压缸19-2和第三液压缸19-3的相同的油腔中(有杆腔或无杆腔)，同时回油口T1、T2、T3回油流量也相同，因此可实现多缸的同步运动。

插补运动是油缸依照已知位置-速度曲线上的某些数据点，如图5 所示，按照插补算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为"数据点的密化"，从而形成要求的位置-速度曲线轨迹。如已知油缸在当前位置时为速度1，要求到位置1时为速度2，可通过插补算法得出，当前位置与位置1 之间的速度和位置，即速度1和速度2之间的斜线，即为插补运动得出的位置和速度曲线。由于电机驱动数字阀是由电机1的旋转带动阀芯8的位移，与阀体7间产生相对开口量，是无级控制，通过控制输入电机的脉冲信号就可以控制阀芯开口量的不同，使得液压缸和负载产生不同速度和位置的变化。

多缸插补运动如图5所示，已知第一液压油缸19-1在位置1时为速度 1，要求第二液压油缸19-2在位置2时为速度2，第三液压油缸19-3在位置3时速度为速度2，在位置4时速度为速度3；通过插补算法可得出，位置1与位置2之间的速度和位置关系，即速度1和速度2之间的斜线，以及位置3与位置4之间的速度和位置关系，即速度2和速度3之间的斜线，即为多缸插补运动得出的位置和速度曲线。

本实用新型体现如下几个特点：一是小型化、集成化、多样化；二是高压、高速、高精度、高可靠性；三是高效、节能、环保；四是机电一体化。

本实用新型能广泛地应用于冶金、矿山、船舶、航空航天、军工、建筑、运输、能源、轻工机械等广阔的应用领域。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种电机驱动数字阀，其特征在于：包括电机(1)、数字阀组件和控制器微机或可编程逻辑控制器(PLC)，其中电机(1)与数字阀组件连接，控制器微机或可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号，控制和驱动电机旋转任意角度来控制数字阀组件的流量大小和关闭，进而完成单缸或多缸的多点、多速控制，也能完成多缸的同步、插补运动。

2.根据权利要求1所述的一种电机驱动数字阀，其特征在于其中所述的数字阀组件包括螺套(3)、连接杆(4)、阀芯(8)和定位套(11)，所述的螺套(3)一端通过紧定螺钉(2)固定在电机输出轴上，该螺套(3)的另一端与所述的连接杆(4)连接，连接杆(4)、阀芯(8)和定位套(11)之间通过定位销(5)连接并成为一体，其中阀芯(8)固定在连接杆(4)的中部。

3.根据权利要求2所述的一种电机驱动数字阀，其特征在于其中所述的数字阀组件还包括套筒(6)、阀体(7)和端盖(12)，其中所述的套筒(6)的一端面固定在电机(1)的一端面上，该套筒(6)的另一端面与所述的阀体(7)的一端面固定在一起，该阀体(7)的另一端面与所述的端盖(12)的一端面固定，所述的螺套(3)、连接杆(4)、阀芯(8)及定位套(11)均设置在套筒(6)、阀体(7)和端盖(12)共同组成的空腔内；定位套(11)位于端盖(12)一侧。

4.根据权利要求3所述的一种电机驱动数字阀，其特征在于，所述的端盖(12)上固定有防转螺钉(10)，该防转螺钉(10)深入到定位套(11)上的沟槽内，当电机转动时螺套(3)转动，所述的连接杆(4)由于定位销(5)的作用不能转动，由于螺套(3)与连接杆(4)间是螺纹连接，通过螺纹变为直线运动，使阀芯(8)与阀体(7)之间只能做相对直线位移运动，从而使阀体(7)各油口的开口有大小变化或关闭。