CN209557371U - 一种多功能油阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能油阀，包括伺服电机、传动机构、换向阀，所述伺服电机通过传动机构驱动换向阀内部的阀芯运动，其特征在于，包括：压力传感器，所述压力传感器分别设置于换向阀的入油口以及出油口处；控制器，所述控制器用于接收各压力传感器检测的压力值数据，并将实际流量与正常流量阈值进行比较并根据比较结果输出表示流量异常的电信号；所述控制器与压力传感器电连接；通过采用伺服电机的方式取代常用的电磁换向，可以实现阀芯位置的精确控制，可在换向阀外部的任意位置设置伺服电机，能够使得多功能油阀的结构紧凑，提高了换向阀内流场状态和液压负载情况的感知和检测能力。

Description

一种多功能油阀

技术领域

本实用新型属于阀技术领域，具体涉及一种多功能阀门。

背景技术

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，电磁阀是用电磁控制的阀门，是用来控制流体的自动化基础元件之一。泛指所有用电磁控制的阀门；电磁换向阀泛指可以控制介质流向的电磁阀，特指液压、气动控制系统中用于实现控制逻辑的换向阀，广泛应用于液压系统中，负责控制液压油流向，从而控制液压执行元件(油缸或者液压马达等)的动作方向。但由于电磁铁固有特性的限制，电磁换向阀存在响应速度较慢、控制精度低、线性度插等技术缺陷。

为此，现有技术中提出有采用电机驱动的换向阀，并通过在阀芯上安装位移传感器以感知阀芯的位置，这样，通过阀芯动作，可使换向阀具有设定的阀口开度，但采用这样的控制方式，无法实现对液压油流量实时监控，难以实现故障的诊断。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足而提供一种可对换向阀的入油口和出油口压力实时监测，实现对换向阀运行状态的掌握的多功能油阀。

本实用新型的技术方案如下：

一种多功能油阀，包括伺服电机、传动机构、换向阀，所述伺服电机通过传动机构驱动换向阀的阀芯运动，还包括：

压力传感器，分别设置于换向阀的入油口以及出油口处，用于分别检测入油口压力值和出油口压力值，并发送各压力值数据至控制器；

控制器，包括用于预设流量阈值的计算单元和输出单元，所述计算单元用于接收各压力传感器检测的压力值数据、计算换向阀入油口和出油口之间的实际压差值，将实际压差值与换向阀的理论流量压差关系曲线图进行比较并得到实际流量，所述输出单元用于将实际流量与正常流量阈值进行比较并根据比较结果输出表示流量异常的电信号；所述控制器与压力传感器电连接。

进一步的，所述控制器还包括预设单元，用于预设换向阀的预设工作参数、根据所述预设工作参数生成伺服电机的预定位置参数、根据预定位置参数生成预定位移参数、并根据所述预定位移参数生成伺服电机的第一控制指令控制伺服电机运行；所述预设工作参数包括预定出口压力或预定流量。

进一步的，所述控制器还包括闭环控制单元，分别与所述预设单元和伺服电机电连接，在伺服电机运行过程中，获取伺服电机动力轴的实际位置参数、实际位移参数，将实际位移参数、实际位置参数与预定位置参数进行比较生成补偿位移参数，并根据所述补偿位移参数生成伺服电机的第二控制指令控制伺服电机运行。

进一步的，所述多功能油阀还包括设置于控制器一侧的状态指示灯，所述状态指示灯与控制器电连接，所述状态指示灯用于指示液压油流量是否处于正常范围。

进一步的，所述控制器为单片机、PLC或PC；单片机结构简单、控制精确、抗干扰能力强、安装方便、使用成本较低，PLC结构简单、控制精确、安装方便、使用成本较低，PC结构简单、控制精确、安装方便、使用成本较低，单片机、PLC和PC均可通过编程使控制器方便地控制伺服电机和状态指示灯。

进一步的，所述传动机构包括一端连接于阀芯的推芯件、穿设于推芯件中并与推芯件啮合的丝杆、同轴设置于丝杆上且远离阀芯的第二齿轮、设置于伺服电机动力输出端的第一齿轮以及用于将第一齿轮与第二齿轮连接的二轮传动件；所述丝杆旋转支撑于换向阀一端，所述伺服电机设置于所述换向阀的一侧；每个入油口以及出油口对应的换向阀上均安装1个压力传感器，并且每个压力传感器通过内部开孔与其对应的入油口以及出油口连通。

进一步的，所述丝杆与第二齿轮通过平键或花键连接。

进一步的，所述多功能油阀还包括设置于第一齿轮(21)和第二齿轮(23)一侧的防护罩(6)，所述防护罩(6)设置于换向阀(3)上。

进一步的，所述控制器(5)还包括电机驱动电路，闭环控制单元可以通过电机驱动电路对电机的转速和转动方向实现精确控制，从而实现对阀芯位置、油口开度的精确控制。

本实用新型的工作原理：

本领域技术人员公知，阀门对液压油的控制通常是通过移动阀芯调节油口开度进而调节阀门入油口和出油口之间的流通面积来实现的，根据液压流体力学的原理中的小孔流量公式可知，流经小孔的液体的流量Q与液压油在入油口和出油口之间的压差Δp以及小孔通流面积A之间存在直接的对应关系，即对应特定的构造已知的阀门来说，理论流量Q_理论与油口的理论开度即阀芯的位置之间存在确定的对应关系，得知一个数值即可计算出另两个数值，则，当多功能油阀工作时，获得实际流量Q_实际数据以及阀芯位置数据，若Q_实际不能与阀芯位置数据对应且超出百分之五的误差范围，则即可判断阀芯动作不正常，即存在故障；

本领域的技术人员公知，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，位置精度非常准确，同时伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，控制器接受脉冲并记录脉冲数量，由于伺服电机搭配参数已知齿轮零件、丝杆零件和推芯件，则每一个脉冲对应的阀芯的位移距离是固定的，由于换向阀的结构以及各参数确定，则阀芯的位置与油口的理论开度之间存在对应关系，即与预设工作参数对应的阀芯的最终位置是确定的，将阀芯从阀芯的初始位置或当前位置移动到最终位置的位移参数是确定的，从而以此实现出油口压力或流经换向阀液压油的流量的控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过采用伺服电机的方式取代常用的电磁换向，可以实现阀芯位置的精确控制，同时由于伺服电机外置，可在换向阀外部的任意位置设置伺服电机，能够使得多功能油阀的结构紧凑；通过对入油口和出油口的液压油压力进行检测，提高了换向阀内流场状态和液压负载情况的感知和检测能力；通过设置控制器可以判断液压油压力是否处于正常的范围，实现故障的检测，并通过增加控制器的功能，实现流量对伺服电机进而对阀芯位置的控制，实现流量控制功能。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构框图。

图2为本实用新型一个实施例的结构示意图。

图3为本实用新型一个实施例的第二齿轮的结构示意图。

图4为本实用新型一个实施例的结构框图。

图中，伺服电机1、第一齿轮21、二轮传动件22、第二齿轮23、花键24、轴承25、丝杆26、推芯件27、换向阀3、阀芯31、压力传感器4、控制器5、闭环控制单元51、计算单元52、输出单元53、预设单元54、状态指示灯、防护罩6。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1至图4所示，一种多功能油阀，包括伺服电机1、传动机构、换向阀3，伺服电机1通过传动机构驱动换向阀3的阀芯31运动，还包括：

压力传感器4，分别设置于换向阀3的入油口以及出油口处，用于分别检测入油口压力值和出油口压力值，并发送各压力值数据至控制器5；

控制器5，包括用于预设流量阈值的计算单元52和输出单元53，计算单元52用于接收各传感器4检测的压力值数据、计算换向阀入油口和出油口之间的实际压差值Δp_实际，将实际压差值Δp_实际与换向阀的理论流量压差关系曲线图进行比较并得到实际流量Q_实际，输出单元53用于将实际流量Q_实际与正常流量阈值进行比较并根据比较结果输出表示流量异常的电信号；控制器5与压力传感器4电连接；传动机构用于将伺服电机1的旋转运动转变为驱动阀芯31往复运动的直线运动；正常流量阈值为本领域公知常识。

具体的，换向阀3包括设置在换向阀3内部的阀芯31，传动机构包括一端连接于阀芯31的推芯件27、第一齿轮21、二轮传动件22、第二齿轮23和丝杆26；推芯件27套设于丝杆26上，推芯件27的端面上设置有贯通孔，贯通孔的内壁上设置有与丝杆螺纹啮合配合的螺纹，使得丝杆26转动时能够驱动推芯件27作直线运动；丝杆26旋转支撑于换向阀3一端，具体的是通过设置于换向阀3端面的轴套或轴承25支撑固定，使得丝杆26只能在固定的位置围绕轴线转动，不能发生左右的位移，丝杆26的一端突出换向阀3设置，第二齿轮23同轴设置于丝杆26上且远离阀芯31，使得第二齿轮23能够与丝杠26同步转动，第一齿轮21设置于伺服电机1的动力输出端，第一齿轮21和第二齿轮23通过二轮传动件22连接，第二传动件22用于传输动力，为齿轮或同步带；伺服电机1通设置于换向阀3的一侧；每个入油口以及出油口对应的换向阀3上均螺纹安装1个压力传感器4，并且每个压力传感器4通过内部开孔与其对应的入油口以及出油口连通；丝杆26与第二齿轮23通过平键或花键连接或粘接。

优选的，多功能油阀还包括设置于第一齿轮21和第二齿轮23一侧的防护罩6，防护罩6设置于换向阀3上，优选的，防护罩6与换向阀3可拆卸连接，如螺钉连接、卡扣连接、插销连接。

优选的，多功能油阀还包括设置于控制器5一侧的状态指示灯，状态指示灯与控制器5电连接，状态指示灯用于指示液压油流量是否处于正常范围，优选的，当判断多功能油阀的流量或油口压力远超出正常的流量范围则状态指示灯亮。

控制器5为单片机、PLC或PC；单片机结构简单、控制精确、抗干扰能力强、安装方便、使用成本较低，PLC结构简单、控制精确、安装方便、使用成本较低，PC结构简单、控制精确、安装方便、使用成本较低，单片机、PLC和PC均可通过编程使控制器方便地控制伺服电机1和状态指示灯，优选的，为单片机，如MSP430系列单片机、TMS370C系列单片机、STM32系列单片机、AVR单片机、STC单片机等，本领域技术人员有能力进行单片机选型并编程烧写。

实施例2

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

控制器5还包括预设单元54，用于预设换向阀3的预设工作参数、根据预设工作参数生成伺服电机的预定位置参数、根据预定位置参数生成预定位移参数、并根据预定位移参数生成伺服电机1的第一控制指令控制伺服电机1运行；预设工作参数包括预定出口压力或预定流量。

控制器5还包括闭环控制单元51，分别与预设单元54和伺服电机1电连接，在伺服电机1运行过程中，获取伺服电机1动力轴的实际位置参数、实际位移参数，将实际位移参数、实际位置参数与预定位置参数进行比较生成补偿位移参数，并根据补偿位移参数生成伺服电机1的第二控制指令控制伺服电机1运行。

优选的，控制器5还包括电机驱动电路，闭环控制单元可以通过电机驱动电路对伺服电机1的转速和转动方向实现精确控制，从而实现对阀芯3位置、油口开度的精确控制。

控制器5能够依据实际流量Q_实际计算出阀芯3的实际位置参数以及得出阀芯3的实际位移参数，计算实际位置参数与预设位置参数之间的差值得到补偿位移参数，根据补偿位移参数计算出伺服电机1的转矩，并控制伺服电机1转动；此外控制器5还能够实时依据伺服电机1的脉冲情况计算出阀芯3的理论位移，并根据理论位移得出阀芯的理论位置。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.一种多功能油阀，包括伺服电机(1)、传动机构、换向阀(3)，所述伺服电机(1)通过传动机构驱动换向阀(3)内部的阀芯(31)运动，其特征在于，还包括：

压力传感器(4)，所述压力传感器(4)分别设置于换向阀(3)的入油口以及出油口处，每个压力传感器(4)通过内部开孔与其对应的入油口以及出油口连通；

控制器(5)，所述控制器(5)用于接收各压力传感器(4)检测的压力值数据，并将实际流量与正常流量阈值进行比较并根据比较结果输出表示流量异常的电信号；所述控制器(5)与压力传感器(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能油阀，其特征在于，所述控制器(5)还包括预设单元(54)和闭环控制单元(51)，所述闭环控制单元(51)分别与所述预设单元(54)、伺服电机(1)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种多功能油阀，其特征在于，还包括设置于控制器(5)一侧的状态指示灯，所述状态指示灯与控制器(5)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种多功能油阀，其特征在于，所述控制器(5)为单片机、PLC或PC。

5.根据权利要求1所述的一种多功能油阀，其特征在于，所述传动机构包括一端连接于阀芯(31)的推芯件(27)、穿设于推芯件(27)中并与推芯件(27)啮合的丝杆(26)、同轴设置于丝杆(26)上且远离阀芯(31)的第二齿轮(23)、设置于伺服电机(1)动力输出端的第一齿轮(21)以及用于将第一齿轮(21)与第二齿轮(23)连接的二轮传动件(22)；所述丝杆(26)旋转支撑于换向阀(3)一端，所述伺服电机(1)设置于所述换向阀(3)的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种多功能油阀，其特征在于，还包括设置于第一齿轮(21)和第二齿轮(23)一侧的防护罩(6)，所述防护罩(6)设置于换向阀(3)上。

7.根据权利要求5所述的一种多功能油阀，其特征在于，所述丝杆(26)与第二齿轮(23)平键或花键(24)连接。