CN216554689U - 一种电液比例伺服驱动器及多路换向阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电液压控制技术领域，提供了一种电液比例伺服驱动器，包括：比例减压阀，与主阀芯液动连接；比例放大伺服驱动电路，其安装于铸铝外壳内，与比例减压阀电连接；位移传感器，其一端与比例放大伺服驱动电路电性连接，其远离电路的一端与主阀芯接触式轴向连接。本实用新型还提供了一种多路换向阀，本实用新型的优点在于结构相对优化，改变比例放大伺服驱动电路电信号可对主阀芯在工作位与中位之间切换，实现主阀芯位移稳定、快速、高精度控制，能很好的应用于多路换向阀系统中。

Description

一种电液比例伺服驱动器及多路换向阀

技术领域

本实用新型涉及电液压控制领域，尤其涉及一种电液比例伺服驱动器及多路换向阀。

背景技术

多路换向阀是由两个及以上换向阀为主体的组合阀。换向阀具有多位功能，借助阀芯与阀体之间的相对运动以改变连接在阀体上油道的通断关系。因此，多路阀阀芯位移量的准确控制直接影响油路通断和液压油流通截面面积。

随着工业控制和液压体系的发展，工业控制系统对于阀位控制的准确性以及快速性要求越来越高。市面在售的部分进口品牌的单电磁铁和双电磁铁的电磁换向阀配备了用以检测阀芯位置的装置。主要采用感应式接近开关的方式，用位移传感器将阀芯位移信号转化为电信号。但有一个缺陷就是对阀芯处于哪种工作位上发出信号具有一定的局限性，且它结构复杂，制造精度要求和价格都明显高于电液比例伺服驱动器，抗污染性也较差，所以不能广泛应用于高精度阀芯位置控制系统当中去。

其中现有带阀芯位置检测的电液伺服阀在使用时，虽然其是应用电磁感应原理，通过对电磁铁的得失电控制来实现阀芯移动，并将阀芯的位移量转化为电信号，但是其缺少闭环反馈控制，控制精度不高，且无法实现比例调节，不具备断电零位自复位功能，无法满足有一定控制精度和动态特性要求的大流量复杂液压系统的使用要求。

由此可见，现有带阀位检测驱动器控制精度欠佳，并不能满足某些需换向、有一定控制精度和动态特性要求的大流量复杂液压系统的使用要求，因此其应用范围具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电液比例伺服驱动器，用以解决现有的阀位控制驱动器控制精度欠佳，并不能满足某些需换向、有一定控制精度和动态特性要求的大流量复杂液压系统的使用要求的问题；

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种电液比例伺服驱动器，用于控制主阀芯的位移，包括：

比例减压阀，与所述主阀芯液动连接；

比例放大伺服驱动电路，其安装于铸铝外壳内，与所述比例减压阀电连接；

位移传感器，其一端与所述比例放大伺服驱动电路电性连接，其远离电路的一端与所述主阀芯接触式轴向连接。

优选的，比例放大伺服驱动电路包括：

总线接口，用于接收外部输入驱动器的信号或输出驱动器内部信号；

电子控制线路板，其与所述总线接口连接，用于根据接收的外部信号控制比例减压阀的工作。

优选的，电子控制线路板设置有：

通讯接口，与所述总线接口连接；

控制电路，用于接收位移传感器采集的主阀芯位移信号和通过通讯接口接收的外部控制信号，生成对应的控制信号；

驱动电路，用于根据控制电路发送的信号，驱动比例减压阀的阀芯移动。

优选的，比例减压阀安装有两个，其中心对称安装在铸铝外壳内，两个比例减压阀的安装端面法线平行，所述比例减压阀的工作油口端通过主阀体与所述主阀芯液动连接。

优选的，比例减压阀是二位三通比例减压阀，其接收所述比例放大伺服驱动电路的信号而执行动作以实现对主阀芯位置的调整。

优选的，位移传感器安装于所述两个比例减压阀的中间位置，且与所述比例减压阀的安装方向平行。

优选的，比例放大伺服驱动电路安装于远离所述比例减压阀工作油口的一端，与所述比例减压阀安装端面法线垂直。

本实用新型还提供了一种多路换向阀，包括：

活塞驱动机构，其中设置有一手柄；

阀体，在阀体内设置有主阀芯，所述主阀芯一端与所述电液比例伺服驱动器中位移传感器远离电路的一端接触式轴向连接，主阀芯另一端与所述手柄通过活塞连接。

本实用新型与现有技术相比，至少包含以下有益效果：

(1)该电液比例伺服驱动器，不仅具有带阀位检测驱动器的优点，且可实现阀位控制，其控制精度和位移幅值均可比例调节，能满足某些需换向、有一定控制精度和动态特性要求的大流量复杂液压系统的使用要求，该驱动器采用组合结构的设计，其位移传感器为LVDT位移感应传感器，LDVT位置反馈提供了闭环控制回路，为自动控制提供了便利；比例减压阀为二位三通比例减压阀，由于减压阀内含有两级液压功率阻尼，足以克服主阀芯上的液动力干扰，在负载变化时具有较高的稳定性，弥补了直动式电液比例驱动器控制大流量液压系统的不足，可以广泛应用于高精度的电液压系统当中，与现有电液比例驱动相比，该驱动器相对简单，制造精度要求和价格都明显低于电液比例驱动器，抗污强，精度高，可是使多路阀具有中等伺服阀的性能，且其对于可根据滑阀任意设定阀芯位移行程的调节明显优于电液比例驱动器。

(2)该电液比例伺服驱动器，与现有的阀芯位置检测反馈型总线控制电磁驱动器相比，该驱动器采用的特殊结构设计，当断电或急停、离合时驱动力将自行释放回零位，驱动器在零位处于浮动状态，拥有两级轴向位移，第一级位移可实现比例换向，第二级位移可实现阀位调节反馈，可以根据液压系统不同的工作要求对其进行阀芯位移行程调整，与现有电磁换位移控制驱动器相比，该驱动器可实现多路阀比例换向，且对于控制精度和位移幅值的调节精度明显优于电磁换位移控制驱动器，与传统的电液比例位移控制驱动器不同的是，本发明的驱动器的比例减压阀和LVDT位移感应传感器均与比例放大伺服驱动电路电性连接，形成闭环反馈系统，这使得其阀位控制精度有了一定的提高。

(3)该电液比例伺服驱动器，通过在该驱动器中的比例减压阀和主阀芯上分别加装了比例放大伺服驱动电路和位移传感器，组成初级电信号-电反馈+主级位移-电反馈的双级电反馈系统，极大地提高了该驱动器的控制精度和稳定性。

(4)该电液比例伺服驱动器，通过在比例减压阀带动该驱动器的主阀芯7向左轴向移动时，主阀芯台肩上的径向开口与阀体上的窗口所形成的通流阀口会不断变小，即通流流量的逐渐变小，同时可通过电信号比例控制比例减压阀的压力和活塞驱动机构的推进位移对其位移速度和振动幅值进行高精度比例调节。

(5)该多路换向阀主阀芯的位移调节采用单边活塞驱动机构，通过手柄调节驱动活塞，使得主阀芯位移调整。无论该主阀芯处于哪个工作位，都调节同一个活塞驱动机构即可，因此这种结构并不需要精确匹配两个活塞，使得该多路换向阀具有更高的性能。

附图说明

图1是本实用新型中电液比例伺服驱动器的示意图；

图2是本实用新型中电液比例伺服驱动器的俯视示意图；

图3是图2中示意的电液比例伺服驱动器的剖面图；

图4是本实用新型中电液比例伺服驱动器的剖面与主阀芯连接的示意图；

图5是本实用新型中电液比例伺服驱动器反馈过程的示意图；

图6是本实用新型中多路换向阀的部分结构示意图。

图中，1、电液比例伺服驱动器，11、铸铝外壳，12、比例减压阀，13、位移传感器，14、电子控制线路板，15、总线接口，2、主阀芯，3、活塞驱动机构，31、手柄。

具体实施方式

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例一

如图1-5所示，本实用新型一种电液比例伺服驱动器1，其包括：两个比例减压阀12、位移传感器13和比例放大伺服驱动电路。两个比例减压阀12中心对称分布于铸铝外壳11内，比例放大伺服驱动电路安装于铸铝外壳11内且与比例减压阀12电连接。位移传感器13安装于两个比例减压阀12中间，与比例减压阀12安装方向平行，其一端与比例放大伺服驱动电路电性连接，其远离电路的一端与主阀芯2接触式轴向连接，主阀芯2无论处于哪个工作位都能与位移传感器13接触，这种结构便不需要精确的匹配两个位移传感器，使得本伺服驱动器具有更高的性能。

铸铝外壳11内有与比例减压阀12相匹配的安装孔，两个比例减压阀12安装端面法线平行。比例放大伺服驱动电路安装于远离比例减压阀12工作油口的一端，且与比例减压阀12安装端面法线垂直。

位移传感器13为LVDT位移感应传感器，LDVT位置反馈提供了闭环控制回路，为自动控制提供了便利。比例减压阀12为二位三通比例减压阀，由于减压阀内含有两级液压功率阻尼，足以克服主阀芯上的液动力干扰，在负载变化时具有较高的稳定性，弥补了直动式电液比例驱动器控制大流量液压系统的不足，可以广泛应用于高精度的电液压系统当中。

电液比例伺服驱动器是采用电液压一体化集成的成果，通过IP68防护标准进行环境密封，且采用EMC防电磁干扰，结构排布合理紧凑，极大缩减了占比空间。

与现有电液比例驱动相比，该驱动器相对简单，制造精度要求和价格都明显低于电液比例驱动器，抗污强，精度高，可是使多路阀具有中等伺服阀的性能，且其对于可根据滑阀任意设定阀芯位移行程的调节明显优于电液比例驱动器。

进一步的，比例放大伺服驱动电路包括具备模拟信号、PLC数字信号输入和输出的总线接口15和电子控制线路板14。总线接口15是外部信号输入或内部信号输出的共用端口，电子控制线路板14配置有微调控制器可对最大行程和双向行程的对称性进行调整。比例放大伺服驱动电路配置有PWM电流控制放大器，采用微电压控制，简化了控制结构配置，使反应方式最佳化，极大的缩减了电路板的体积。

其中，在电子控制线路板14中设置有通讯接口、控制电路和驱动电路。通讯接口与总线接口连接，控制电路用于接收位移传感器采集的主阀芯位移信号和通过通讯接口接收的外部控制信号并生成对应的控制信号，驱动电路用于根据控制电路发送的信号驱动比例减压阀的阀芯移动。其中驱动电路中设有数字信号驱动器和线路分析驱动器，数字信号驱动器是开源程序，可提供一系列可编程特性，在线路分析驱动器中设有电压分析线路，其检测由于短路或线路故障所引起的误差信号。

通过在该驱动器的比例减压阀和主阀芯上分别加装了比例放大伺服驱动电路和位移传感器，组成初级电信号-电反馈+主级位移-电反馈的双级电反馈系统，极大地提高了该驱动器的控制精度和稳定性。

如图4和图5所示，本实用新型的具体工作原理如下：在本实用新型中比例减压阀12安装于铸铝外壳11的内部且无相对运动，比例减压阀12与位移传感器13轴向相同，且比例减压阀12所在平面与位移传感器13所在平面属于同一平面，对主阀芯2的中位、伸出和退回这三种工作位所对应的阀芯的不同工作位进行详细阐述：

当主阀芯2处于中位状态时，其不受液压力作用，在回中弹簧的作用下恰好处于中位，比例放大伺服驱动电路通过接收的外部位移信号，该外部位移信号为人工遥控控制主阀芯位移的信号，同时结合位移传感器采集的主阀芯2位移信号的分析决定对比例减压阀12的工位调整，并通过比例放大伺服驱动电路发出控制信号给比例减压阀12，通过比例减压阀12调节主阀芯2的位移，在主阀芯2位移的过程中通过位移传感器13实时采集主阀芯2的位移信息并反馈给比例放大伺服驱动电路，以此形成对主阀芯2位置控制的闭环控制回路。

当主阀芯2处于伸出或退回状态时，此时若比例放大伺服驱动电路接收到外部输入的阀芯位移量信号，通过与位移传感器13反馈的主阀芯2的位移信号进行比较，从而输出对其中一个比例减压阀12的控制信号，比例减压阀12的阀芯从中位移至最小流量开口位置，输入信号增加时，该阀芯行程随电信号斜率升至最大，当电信号超过最大设定值后，主阀芯2进入中位，输入信号减少时，比例减压阀12的阀芯行程随电信号斜率降至最小，流量彻底断流，比例减压阀12的阀芯就从最小流量恢复至中位。两个比例减压阀12分别用来控制主阀芯的左右轴向位移。

该电液比例伺服驱动器，通过在比例减压阀12带动主阀芯1向左右轴向移动时，主阀芯2台肩上的径向开口与阀体上的窗口所形成的通流阀口会不断变大或变小，并同时通过电信号比例控制比例减压阀12的压力对其位移速度和振动幅值进行高精度比例调节。

此外，本驱动器采用的特殊结构设计，当断电或急停、离合时驱动力将自行释放回零位，驱动器在零位处于浮动状态。并且驱动器拥有两级轴向位移，第一级位移可实现比例换向，第二级位移可实现阀位调节反馈，可以根据液压系统不同的工作要求对其进行阀芯位移行程调整，与现有电磁换位移控制驱动器相比，该驱动器可实现多路阀的比例换向，且对于控制精度和位移幅值的调节精度明显优于电磁换位移控制驱动器，与传统的电液比例位移控制驱动器不同的是，本发明的驱动器的比例减压阀和位移传感器均与比例放大伺服驱动电路电性连接而形成闭环反馈系统，这使得其阀位控制精度有了一定的提高。

实施例二

如图6所示，本实用新型一种多路换向阀，其包括：电液比例伺服驱动器1、活塞驱动机构3和阀体，阀体外壳包裹在主阀芯2外部，并且使得电液比例伺服驱动器中的比例减压阀12与所述主阀芯2液动连接，阀体外壳在图中未示出。

在阀体中，主阀芯2一端与电液比例伺服驱动器1中位移传感器13远离电路的一端接触式轴向连接，主阀芯2的另一端与活塞驱动机构3上设置的手柄31通过活塞连接。

本实用新型通过在比例减压阀12带动主阀芯2轴向移动时，主阀芯2台肩上的径向开口与阀体上的窗口所形成的通流阀口会不断变小或变大，同时可通过电信号比例控制比例减压阀12的压力和活塞驱动机构3的推进位移对其位移速度和振动幅值进行高精度比例调节。

该多路换向阀主阀芯的位移调节采用单边活塞驱动机构，通过手柄调节驱动活塞，使得主阀芯位移调整。无论该主阀芯处于哪个工作位，都调节同一个活塞驱动机构即可，因此，这种结构并不需要精确匹配两个活塞，所以该多路换向阀具有更高的性能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种电液比例伺服驱动器，用于控制主阀芯的位移，其特征在于，包括：

比例减压阀，与所述主阀芯液动连接；

比例放大伺服驱动电路，其安装于铸铝外壳内，与所述比例减压阀电连接；

位移传感器，其一端与所述比例放大伺服驱动电路电性连接，其远离电路的一端与所述主阀芯接触式轴向连接。

2.根据权利要求1所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述比例放大伺服驱动电路包括：

总线接口，用于接收外部输入驱动器的信号或输出驱动器内部信号；

电子控制线路板，其与所述总线接口连接，用于根据接收的外部信号控制比例减压阀的工作。

3.根据权利要求2所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述电子控制线路板设置有：

通讯接口，与所述总线接口连接；

控制电路，用于接收位移传感器采集的主阀芯位移信号和通过通讯接口接收的外部控制信号，生成对应的控制信号；

驱动电路，用于根据控制电路发送的信号，驱动比例减压阀的阀芯移动。

4.根据权利要求1所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述比例减压阀安装有两个，其中心对称安装在铸铝外壳内，两个比例减压阀的安装端面法线平行，所述比例减压阀的工作油口端通过主阀体与所述主阀芯液动连接。

5.根据权利要求4所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述比例减压阀是二位三通比例减压阀，其接收所述比例放大伺服驱动电路的信号而执行动作以实现对主阀芯位置的调整。

6.根据权利要求4所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述位移传感器安装于所述两个比例减压阀的中间位置，且与所述比例减压阀的安装方向平行。

7.根据权利要求4所述一种电液比例伺服驱动器，其特征在于，所述比例放大伺服驱动电路安装于远离所述比例减压阀工作油口的一端，与所述比例减压阀安装端面法线垂直。

8.一种多路换向阀，基于权利要求1～7任一项所述的电液比例伺服驱动器，其特征在于，包括：

活塞驱动机构，其中设置有一手柄；

阀体，在阀体内设置有主阀芯，所述主阀芯一端与所述电液比例伺服驱动器中位移传感器远离电路的一端接触式轴向连接，主阀芯另一端与所述手柄通过活塞连接。

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