CN85102790A

CN85102790A - 锥阀式数字压力阀

Info

Publication number: CN85102790A
Application number: CN 85102790
Authority: CN
Inventors: 康天增; 沈德毅
Original assignee: 704 Branch No7 Inst China Ship Industry Corp
Current assignee: 704 Branch No7 Inst China Ship Industry Corp
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-08-20
Also published as: CN85102790B

Abstract

一种用于步进电机驱动数字压力阀的锥阀或先导阀，本发明提出在锥阀上配上液压控制力补偿器，从而使锥阀所需控制力减小至极小从而克服了现有技术锥阀所需控制力大的缺点。采用本发明的先导阀，可以小功率步进电机驱动，实现直接数控，而且要比喷嘴-挡板阀为先导阀的步进电机驱动数字压力阀更稳定、更可靠、更抗污染性。

Description

本发明涉及一种用于步进电机驱动数字压力阀，特别是涉及一种以锥阀为先导阀的步进电机驱动数字压力阀。

数字阀可以直接接受数字信号，是联接电子计算机和液压系统的“桥梁”。在现有技术中，数字阀有以下三种：一种是由子阀组成的数字阀，即由许多子阀组成一个整体阀，称为子阀式数字阀，如在1978年9月14日提出申请专利并在1980年1月17日由美国专利与商标局批准的第4207919号专利“数字流量控制系统”所提出的子阀式数字阀;另一种是球阀式数字阀，即先导式双电磁铁座阀，座阀为球阀，脉冲宽度控制或脉冲频率控制的数字信号经过放大作用于电磁铁，使座阀启闭，通过座阀的高速启闭对油缸进行位置控制;第三种是步进电机驱动数字阀，这种阀的步进电机可以直接接受数字信号，把数字信号转换为模拟量角度，再通过凸轮转换为平移位移输给先导阀，对液压参数进行控制。由于步进电机驱动数字阀具有线性度好、重复精度高，几乎无死区，对负载变化不敏感，控制规律可编为程序及可靠性好等独特优点，因而受到世界各国的极大重视。1981年日本东京计器公司把流量、压力和方向流量等一系列步进电机驱动数字阀推到市场。其特点是：所有的数字阀均采用开环控制方式及二级结构形式。其数字压力阀的第一级采用喷嘴-挡板先导阀，第二级采用三级同心式溢流阀。用喷嘴-挡板阀作为数字压力阀的先导阀，能达到一定的性能要求。如果采用锥阀作为数字压力阀的先导阀，要比采用喷嘴-挡板阀更为优越：1.可靠性好;2.锥阀为先导阀的溢流阀稳定性比喷嘴-挡板阀的好;3.锥阀的抗污染能力大大强于喷嘴-挡板阀;4.锥阀制造工艺要求低，安装调试容易。而喷嘴-挡板阀制造工艺要求高，阀的性能受挡板杆上的摩擦力影响大，所以安装调试也较复杂。但是，锥阀的控制力远大于喷嘴-挡板阀的控制力。由于这个缘故，至今在步进电机驱动数字压力阀中从未采用过锥阀作为先导阀。本发明的目的在于减小锥阀的控制力，使之能作为步进电机驱动数字压力阀的先导阀，从而改善数字压力阀的使用性能。

该先导阀也可应用于电磁比例压力阀，所需电磁铁推力很小，从而使电磁比例压力阀性能大大改善，同时使体积和重量减轻。

本发明采用如下方式以达到上述目的：采用锥阀作为步进电机驱动数字压力阀的先导阀，对该锥阀加配了液压控制力补偿器，使锥阀的控制力减至极小，使之可以实现用小功率步进电机驱动调压。

下面将结合附图对本发明的原理和结构实施方案作进一步详细说明。

图1是步进电机驱动数字压力阀用的锥阀式先导阀及其液压控制力补偿器结构简图。

图2是本发明人所设计的用于作为对比的以喷嘴-挡板阀为先导阀的步进电机驱动数字压力阀结构简图。

图3是以锥阀为先导阀的步进电机驱动数字压力阀结构简图。

正如图1所示，本发明所提出的数字压力阀的先导阀〔1〕是一种锥阀〔4〕，配有液压控制力补偿器〔9〕。该先导阀〔1〕是由先导阀壳体〔2〕、控制推杆-活塞〔19〕、调压弹簧〔3〕、锥阀〔4〕、锥阀座〔6〕以及三个液阻器〔5、7、8〕等组成。

先导阀进口压力为压力阀主阀下腔压力P₀，即被控制压力，它决定于调压弹簧〔3〕的压缩量，油液通过液阻器〔8〕、液阻器〔7〕及锥阀〔4〕的开口，形成先导流量，使得锥阀前腔压力低于进口压力P₀锥阀前腔通过液阻器〔5〕与压力阀主阀上腔连通，从而造成主阀上下腔压力差，使主阀芯开启或关闭，把压力P₀控制在预定值上。其工作原理与一般溢流阀工作原理相同。液阻器〔5，7，8〕孔径值依据压力阀所需快速性和稳定性确定。

液压控制力补偿器〔9〕是由液压控制力补偿器壳体〔13〕、平衡活塞-滑阀〔14〕、弹簧〔16〕、液阻器〔11〕和滑阀套〔12〕等组成。

当平衡活塞-滑阀〔14〕处于稳定状态时，两端的阀口均处于关闭状态，此时P₀＝P_sb由于平衡活塞-滑阀大小两端的面积成一预定比，所以对应的两端腔室压力成确定比，P_S/P₂＝const。当P₀升高时，P_S随之升高，平衡稳定状态被破坏，作用在平衡活塞-滑阀小端面积上的力大于大端面积上的力，平衡活塞-滑阀移动，滑阀套〔12〕上的阀口打开，而壳体〔13〕上的阀口仍保持关闭，油液通过打开的阀口、通道〔18〕进入通道〔17〕，从而使P₂增加，作用在平衡活塞-滑阀大端面上的力增加，当该力大于作用在小端面上的力时，平衡活塞-滑阀将向回到平衡位置的方向运动。反之，P₀下降，P_S随之下降，P₂作用在平衡活塞-滑阀大端面上的力大于P_S作用在小端面上的力，平衡活塞-滑阀反向移动，壳体〔13〕上的阀口打开，滑阀套〔12〕上的阀口仍关闭，油液通过打开的阀口、通道〔15〕、壳体与平衡活塞-滑阀形成的环形腔〔b〕流到先导阀〔1〕的回油腔〔a〕，使P₂下降，作用在平衡活塞-滑阀大端面上的力减小，当该力小于作用在小端面上的力时，平衡活塞向回到平衡位置的方向运动。这样通过平衡活塞-滑阀的调节使P_S/P₂＝const。在调节过程中P₀和P_S的值相差很小，故P₀/P_S之值在动态中也接近为预定比值。

控制推杆-活塞〔19〕靠环形腔〔c〕一侧的环形面积A是预先设计成使P₂。A与作用在锥阀〔4〕上的液压力F_液平衡。当压力阀向高调节压力时，控制力F_控加上P₂·A应等于控制推杆-活塞〔19〕上的惯性力F_惯，摩擦力F_摩，通过调压弹簧〔3〕传递来的锥阀上的液压力F_液之和，即：

F_控+P₂·A＝F_惯+F_摩+F_液

当压力阀向低调节压力时，则为：

F_控+F_液＝P₂·A+F_惯+F_摩

当P₂·A与F_液平衡掉以后则为：

F_控＝F_惯+F_摩

也就是说控制力F_控只需克服F_惯和F_摩，F_控得到尽可能的减小。

要达到此要求，就必需确当地设计控制推杆-活塞〔9〕一端环形面积A和平衡活塞-滑阀〔14〕小端与大端的面积比。此外，液阻器〔11〕的阻尼孔径〔d₄〕的大小会影响液压控制力补偿器〔9〕的动态特性，阻尼孔径大，则响应快，超调量大，振荡次数多;阻尼孔径小，则响应慢，超调量量小，振荡次数少。应当进行计算机数字模拟来确定阻尼孔径〔d₄〕，以保证液压控制力补偿器〔9〕的稳定性和其它动态特性，该阻尼孔径〔d₄〕约为0.4～1.8mm。

图2示出本发明人所设计的用于作为对比的以喷嘴-挡板阀为先导阀的步进电机驱动数字压力阀的结构。其工作过程是：由微机和驱动器组成的控制部分控制步进电机〔22〕，使数字信号转换为模拟量角度;经减速齿轮〔23〕减速带动凸轮〔24〕（凸轮轴上有一力补偿机构〔25〕），使转动角度转换为平动位移而输给喷嘴-挡板式先导阀〔21〕，从而再去控制主阀〔20〕。图3示出采用本发明提出的锥阀式先导阀及其液压控制力补偿器的步进电机驱动数字压力阀的结构。其工作过程是：由微机和驱动器组成的控制部分控制步进电机〔29〕，使数字信号转换为模拟量角度，经减速齿轮〔30〕和凸轮〔31〕，使转动角度转换为平动位移而输给锥阀式先导阀〔28〕，从而再去控制主阀〔26〕。由于该锥阀式先导阀〔28〕配有液压控制力补偿器〔27〕而使其所需控制力大大减小，从而改善了整个压力阀的动态性能。

本发明人运用键图理论建立了上述两种结构步进电机驱动数字压力阀的数字模型-状态方程组，并用电子计算机解出状态方程组的数值解，以研究这两种结构的整体数字阀的动特性。同时也对该两种结构的数字阀进行了静、动态特性实验。实验证明了上述数学模型的合理性。用理论计算和特性实验比较了以锥阀和喷嘴-挡板阀为先导阀的两种数字阀，证明前者不但稳定性、可靠性、抗污染性均优于后者，而且在加工工艺上也比后者要求低。

本发明所提出的数字压力阀有其广泛的应用范围，它主要可用于注塑机、压铸机、轧钢机、机床、各种车辆、工程机械、农业机械及传送带等方面。

Claims

1、一种用于数字压力阀的先导阀，是喷嘴-挡板阀，由壳体、喷嘴、挡板、调压弹簧等组成，本发明特征是用锥阀式先导阀[1]代替喷嘴-挡板式先导阀，锥阀式先导阀由下列部分组成：

(a)先导阀壳体[2]，

(b)控制推杆-活塞[19]，

(c)调压弹簧[3]，

(d)锥阀[4]，

(e)锥阀座[6]，

(f)液阻器[5、7、8]。

2、根据权利要求1的先导阀，其特征是所述的锥阀式先导阀〔1〕配有液压控制力补偿器〔9〕，使锥阀控制力减至极小。

3、根据权利要求2的先导阀，其特征是所述的液压控制力补偿器〔9〕由下列部分组成：

（a）液压控制力补偿器壳体〔13〕，

（b）平衡活塞-滑阀〔14〕，

（c）弹簧〔16〕，

（d）液阻器〔11〕，

（e）滑阀套〔12〕。

4、根据权利要求2的先导阀，其特征是所述配有液压控制力补偿器〔9〕的锥阀式先导阀的壳体〔2〕有一进口通道接通到液阻器〔2〕和液压控制力补偿器〔9〕的进口通道〔10〕，而另有一通道使控制推杆-活塞〔19〕一侧的环形腔〔c〕与液压控制力补偿器的出口通道〔17〕接通。

5、根据权利要求3的先导阀，其特征是所述的液压控制力补偿器壳体〔13〕有：

（a）液压控制力补偿器的进口通道〔10〕，它与先导阀〔1〕的进口接通，

（b）液压控制力补偿器的出口通道〔17〕，它与先导阀〔1〕的控制推杆-活塞〔19〕一侧环形腔〔c〕接通，

（c）一条通路〔18〕，使滑阀套〔12〕上的阀口与液压控制力补偿器出口通道〔17〕接通，

（d）一条旁路〔15〕，其一头接通与平衡活塞-滑阀〔14〕的大端控制边对应的开在液压控制力补偿器壳体〔13〕上的阀口，另一头接通平衡活塞-滑阀〔14〕与壳体〔13〕形成的环形腔〔b〕，

（e）在平衡活塞-滑阀〔14〕与壳体〔13〕形成的环形腔〔b〕壁上有一泄油口，它接通先导阀〔1〕的回油腔〔a〕。

6、根据权利要求3的先导阀，其特征是所述的平衡活塞-滑阀〔14〕的小端与大端面积比通过计算确定，通过平衡活塞-滑阀的移动调节并维持两端腔室中压力为确定比值。

7、根据权利要求2的先导阀，其特征是所述的控制推杆-活塞〔19〕的环形面积A设计成该环形面积所受液压力与作用在锥阀〔4〕上的液压力相平衡。

8、根据权利要求3的先导阀，其特征是所述液阻器〔11〕的阻尼孔径〔d₄〕通过计算机数字模拟或调试确定，以保证液压控制力补偿器〔9〕的稳定性和其它动特性。

9、根据权利要求3的先导阀，其特征是所述液阻器〔11〕的阻尼孔径〔d₄〕为0.4～1.8mm。