CN219220892U - 一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀。装置包括步进电机、多路阀、减速控制组件、可编程控制器和阀芯位移光栅检测反馈机构。所述减速控制组件输出轴设有脉冲编码器，检测输出轴角位移信号转换输出电脉冲反馈给可编程控制器，所述齿条轴端部连接光栅尺，标尺光栅固定在套筒内侧。当步进电机旋转时，通过减速组件的输出轴齿轮与阀芯联接的齿条轴，实现阀体与阀芯之间相对运动，安装在齿条轴上的光栅尺测量齿条移动的位移量，从而测出阀芯的位移量。本实用新型通过传感器的监测反馈，保证了阀芯位移和步进电机旋转角度的准确性，进而提高了阀芯的控制精度,解决现有伺服阀仅适用于小流量低压系统，控制范围小的问题。

Description

一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀

技术领域

本实用新型涉及液压阀控系统领域，具体设计一种具有高精度控制多路阀，具体为一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀。

背景技术

随着我国工业自动化的迅猛发展,调节阀在各行业的应用也在不断发生变化。调节阀对工艺系统的安全高效起着重要的作用。随着数字控制技术的不断发展,以及石油工业自动化程度的提高和西气东输工程在我国的逐步实施，电液控制技术朝着数字化控制方式发展,现有的伺服阀控精度高，但由电磁力驱动阀芯移动使其控制范围有限，仅适用于低压低流量液压系统中，价格昂贵。而且，现有的有伺服阀或比例控制阀中均存在的控制滞后，阀芯位移流量调试困难等各式各样的问题。

实用新型内容

为解决现有技术中已有伺服阀或比例控制阀中存在的控制滞后、阀芯位移流量调试困难、价格昂贵等问题，本实用新型提供一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀。

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案如下所述：

一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，包括多路阀1、步进电机2、减速器3、阀芯位移光栅检测反馈机构4、脉冲编码器5和可编程控制器6，

步进电机2与减速器3传动配合，减速器3的输出轴齿轮311与多路阀的齿条轴101啮合，通过齿条轴101驱动多路阀的阀芯102移动，

阀芯位移光栅检测反馈机构4与多路阀的齿条轴101配合安装，测量阀芯102位移；减速器3的第二输出轴310上安装有脉冲编码器5，测量步进电机2的转角位移；阀芯位移光栅检测反馈机构4的位移反馈信号②、脉冲编码器5的转角反馈信号①均能够反馈给可编程控制器6，可编程控制器6通过控制步进电机2调节步进电机2的转角位移与阀芯102位移一致，实现对多路阀的高精度控制，

其中，阀芯位移光栅检测反馈机构4包括光源401、准直透镜402、指示光栅403和标尺光栅404；多路阀的齿条轴101上安装有光源401、准直透镜402，指示光栅403和标尺光栅404配合安装，并且光源401发出的光线能够透过准直透镜402平行照射到指示光栅403和标尺光栅404上产生莫尔条纹，通过莫尔条纹测量齿条轴101随着多路阀的阀芯102移动时的位移。

本实用新型由步进电机2接受可编程控制器6的控制，通过脉冲编码器5测量步进电机2的第二输出轴302的转角进而计算取阀芯102的位移，并向可编程控制器6发出电反馈脉冲信号，输入脉冲与反馈脉冲信号加以比较，即将测量结果与设定目标结果比较反馈给可编程控制器6，并对步进电机2发出纠正信号对步进电机2的转速进行调整，补偿误差，消除液动力等干扰因素，确保准确的阀芯位置或节流口面积。通过以上两种传感器的监测反馈，保证了阀芯位移和速度的准确性，进而提高了阀芯的控制精度。

优选，多路阀包括齿条轴101、阀芯102、双头螺杆103，其中，阀芯102与齿条轴101通过双头螺杆103连接。

优选，减速器3为行星减速器。

进一步优选，行星减速器包括外壳301、第一输出轴302、一级中心轮303、一级行星轮304、一级行星轮盘305、二级中心轮306、二级行星轮307、二级行星轮盘308、角接触轴承309、第二输出轴310、输出轴齿轮311。

再进一步优选，步进电机2的第一输出轴302与一级中心轮303固定连接，一级中心轮303与一级行星轮304啮合，一级行星轮304与一级行星轮盘305啮合，一级中心轮303啮合一级行星轮304圆周运动和自转带动一级行星轮盘305转动，实现一级减速；一级行星轮盘305与二级中心轮306轴连接固定，二级中心轮306与二级行星轮307啮合，二级行星轮307与二级行星轮盘308啮合，一级行星轮盘305的圆周转动带动二级减速器的中心轮306旋转，二级中心轮306啮合均匀圆周分布的二级行星轮307自转和公转，带动二级行星轮盘308转动，二级行星轮盘308通过角接触轴承309连接第二输出轴310，第二输出轴310连接输出轴齿轮311，通过第二输出轴310带动输出轴齿轮311旋转，实现二级减速。

本实用新型工作原理如下：当可编程控制器6发出脉冲信号作用于步进电机2，步进电机2输出扭矩使第一输出轴302带动一级中心轮传动303转动，一级中心轮303啮合一级行星轮304圆周运动和自转带动一级行星轮盘305转动，实现一级减速；一级行星轮盘305的圆周转动带动二级减速器的二级中心轮306旋转，二级中心轮306啮合均匀圆周分布的二级行星轮307自转和公转，带动二级行星轮盘308转动，二级行星轮盘308通过角接触轴承309连接第二输出轴310带动输出轴齿轮311旋转，实现二级减速，输出轴齿轮311带动与阀芯102连接的齿条轴101移动，同时脉冲编码器5测量步进电机2的转角大小，阀芯位移光栅检测反馈机构4测量阀芯102位移，其中，转角反馈信号①、位移反馈信号②共同反馈至可编程控制器6，当测量结果与设定的阀芯102的位移与转角位移存在差距时，可编程控制器6调节输出的脉冲量，对发出的脉冲进行调整，如此循环直至步进电机2达到设定的转角，阀芯102达到设定的位移，实现多路阀高精度控制。

有益效果

本实用新型通过双位的传感器的监测反馈，保证了阀芯位移和步进电机旋转角度的准确性，进而提高了阀芯的控制精度,解决现有伺服阀仅适用于小流量低压系统，控制范围小的问题。本实用新型适用于高压大流量液压系统的多路阀，具有较高的控制范围和控制精度。

本实用新型提供一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，通过脉冲编码器检测步进电机输出轴的旋转角度变化量，光栅检测阀芯位移变化量，将反馈脉冲信号传递给可编程控制器，实现数字阀的高精度控制。本实用新型通过可编程控制器发出脉冲信号控制多路阀的阀芯，实现阀芯的微动控制，保证其运动的高精度性。

本实用新型采用行星齿轮减速器作为减速装置，其具有降低速度和增大力矩，控制精度高等优点，多路阀阀芯的移动速度较低，要求减速器能够实现较大的减速比，同时多路阀本身的结构紧凑，质量和体积较小，行星齿轮减速器作为阀芯的连接装置。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为液压缸外伸多路阀内部油路流向示意图；

图3为液压缸内收多路阀内部油路流向示意图；

图1-3中附图标记为：多路阀1、步进电机2、减速器3、阀芯位移光栅检测反馈机构4、脉冲编码器5、可编程控制器6、液压缸7；

齿条轴101、阀芯102、双头螺杆103；

外壳301、第一输出轴302、一级中心轮303、一级行星轮304、一级行星轮盘305、二级中心轮306、二级行星轮307、二级行星轮盘308、角接触轴承309、第二输出轴310、输出轴齿轮311；

光源401、准直透镜402、指示光栅403和标尺光栅404；

转角反馈信号①、阀芯位移反馈信号②；

中间油路1-1、左油路1-2、右油路1-3；

节流槽口A、节流槽口B。

具体实施方式

以下参照附图，给出本实用新型的具体实施方式，用来对本实用新型的结构进行进一步说明。

参阅图1-3所示，一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，包括多路阀1、步进电机2、减速器3、阀芯位移光栅检测反馈机构4、脉冲编码器5和可编程控制器6，

步进电机2与减速器3传动配合，减速器3的输出轴齿轮311与多路阀的齿条轴101啮合，通过齿条轴101驱动多路阀的阀芯102移动，

阀芯位移光栅检测反馈机构4与多路阀的齿条轴101配合安装，测量阀芯102位移；减速器3的第二输出轴310上安装有脉冲编码器5，测量步进电机2的转角大小；阀芯位移光栅检测反馈机构4的位移反馈信号②、脉冲编码器5的转角反馈信号①均与可编程控制器6连接，可编程控制器6通过控制步进电机2调节步进电机2的转角位移与阀芯102位移一致，实现对多路阀的高精度控制，

其中，阀芯位移光栅检测反馈机构4包括光源401、准直透镜402、指示光栅403和标尺光栅404；多路阀的齿条轴101上安装有光源401、准直透镜402，指示光栅403和标尺光栅404配合安装，并且光源401发出的光线能够透过准直透镜402平行照射到指示光栅403和标尺光栅404上产生莫尔条纹，通过莫尔条纹测量齿条轴101随着多路阀的阀芯102移动时的位移。

本例中，多路阀包括阀芯102、双头螺杆103、齿条轴101，其中，阀芯102与齿条轴101通过双头螺杆103连接。

本例中，减速器为行星减速器。

其中，行星减速器包括外壳301、第一输出轴302、一级中心轮303、一级行星轮304、一级行星轮盘305、二级中心轮306、二级行星轮307、二级行星轮盘308、角接触轴承309、第二输出轴310、输出轴齿轮311；步进电机2的第一输出轴302与一级中心轮303固定连接，一级中心轮303与一级行星轮304啮合，一级行星轮304与一级行星轮盘305啮合，一级中心轮303啮合一级行星轮304圆周运动和自转带动一级行星轮盘305转动，实现一级减速；一级行星轮盘305与二级中心轮306轴连接固定，二级中心轮306与二级行星轮307啮合，二级行星轮307与二级行星轮盘308啮合，一级行星轮盘305的圆周转动带动二级减速器的中心轮306旋转，二级中心轮306啮合均匀圆周分布的二级行星轮307自转和公转，带动二级行星轮盘308转动，二级行星轮盘308通过角接触轴承309连接第二输出轴310，第二输出轴310连接输出轴齿轮311，通过第二输出轴310带动输出轴齿轮311旋转，实现二级减速。

使用时，当步进电机2接受可编程控制器6发出的脉冲信号经减速器3输出轴齿轮311驱动阀芯齿条轴101移动，齿条轴101通过双头螺杆103拖动阀芯102移动，实现阀芯101三种工作状态的切换，齿条轴101上的光栅读数头相对于标尺光栅404移动，指示光栅403便在标尺光栅404上移动；光源401发出的光线透过准直透镜402平行照射到指示光栅403与标尺光栅404产生莫尔条纹测量阀芯102位移，位移信号反馈至可编程控制器6对发出的脉冲调整，实现对步进电机2的高精度控制，从而达到高精度控制多路阀的发明目的。

需要说明的是，多路阀存在三种工作状态，如图1-3所示，当阀芯102处于中位状态，如图1所示，节流槽口A和B对油液均不启节流作用，液压缸7有杆腔和无杆腔无油液；当阀芯102处于右位状态，如图2所示，节流槽口A开启连通中间油路1-1和左油路1-2，液压缸7实现外伸动作，有杆腔通过右油路1-3回油至油箱；当阀芯102处于左位状态，如图3所示，节流槽口B开启来连通中间油路1-1和右油路1-3之间油路，液压缸7实现内收动作，油液通过无杆腔的左油路1-2回油至油箱。参阅图2和3所示，在液压缸7外伸工况下，油缸的外伸位移与速度由进油流量决定，节流槽口开度直接影响油液通流能力，阀芯节流槽口的开度大小随着阀芯102位移改变；液压缸7内收工况下，同样如此。阀芯102位移的准确控制对油缸运动的平稳性和操作性具有重要意义。

上述具体实施方式尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，其特征在于包括多路阀、步进电机、减速器、阀芯位移光栅检测反馈机构、脉冲编码器和可编程控制器，

步进电机与减速器传动配合，减速器的输出轴齿轮与多路阀的齿条轴啮合，通过齿条轴驱动多路阀的阀芯移动，

阀芯位移光栅检测反馈机构与多路阀的齿条轴配合安装，测量阀芯位移；减速器的第二输出轴上安装有脉冲编码器，测量步进电机的转角位移；阀芯位移光栅检测反馈机构的位移反馈信号、脉冲编码器的转角反馈信号均能够反馈给可编程控制器，可编程控制器通过控制步进电机调节步进电机的转角位移与阀芯位移一致，实现对多路阀的高精度控制，

其中，阀芯位移光栅检测反馈机构包括光源、准直透镜、指示光栅和标尺光栅；多路阀的齿条轴上安装有光源、准直透镜，指示光栅和标尺光栅配合安装，并且光源发出的光线能够透过准直透镜平行照射到指示光栅和标尺光栅上产生莫尔条纹，通过莫尔条纹测量齿条轴随着多路阀的阀芯移动时的位移。

2.根据权利要求1所述一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，其特征在于，多路阀包括齿条轴、阀芯、双头螺杆，其中，阀芯与齿条轴通过双头螺杆连接。

3.根据权利要求1所述一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，其特征在于，减速器为行星减速器。

4.根据权利要求3所述一种光栅与转角双反馈的高精度控制多路阀，其特征在于，行星减速器包括外壳、第一输出轴、一级中心轮、一级行星轮、一级行星轮盘、二级中心轮、二级行星轮、二级行星轮盘、角接触轴承、第二输出轴、输出轴齿轮。

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