專利名稱：電液比例壓力流量控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于流體控制系統(tǒng)中對(duì)流體壓力，流量實(shí)現(xiàn)比例控制的裝置。
傳統(tǒng)對(duì)流體壓力進(jìn)行連續(xù)無級(jí)控制的裝置是比例溢流閥，該閥自70年代初問世以來，就以其比伺服閥抗污染、節(jié)能、廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)獲得了勃蓬發(fā)展。
到目前為止，比例壓力閥雖已發(fā)展了幾代，且最新一代閥由于采用了“輸出壓力-直接電檢測(cè)”原理，性能雖已達(dá)到了很完美的程度(西德專利公報(bào)DE 3629226)，但也只能對(duì)壓力這一個(gè)參量進(jìn)行控制，而無法對(duì)流量進(jìn)行控制。同樣流量控制元件也無法對(duì)壓力進(jìn)行控制。而一個(gè)流體控制系統(tǒng)常常要求能對(duì)流量和壓力這二個(gè)參量都能進(jìn)行控制，這時(shí)就必須采用2個(gè)比例閥，一個(gè)控制壓力，一個(gè)控制流量。本發(fā)明提出的觀點(diǎn)是在一個(gè)壓力電檢測(cè)的比例溢流閥上采用“位移-力反饋”或“位移-電反饋”原理，同時(shí)用壓力對(duì)主閥芯位移修正的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和流量的雙重控制功能。同時(shí)“主閥芯位移-力反饋”還提高了閥對(duì)壓力控制的穩(wěn)定性。
本發(fā)明對(duì)閥輸出流量的控制原理同現(xiàn)有“流量傳感器檢測(cè)-反饋”及維持節(jié)流口前后壓差恒定的原理有著根本的區(qū)別，且能用來控制壓力。同現(xiàn)有比例溢流閥，流量閥相比更具有原理和結(jié)構(gòu)上的合理性和新穎性。
本發(fā)明的目的就是將原只能控制單一參量壓力的閥，在不增加甚至減少構(gòu)件和成本的前提下變成了能對(duì)壓力、流量二個(gè)參量控制的閥，且該閥在對(duì)流量進(jìn)行控制時(shí)使系統(tǒng)壓力始終和負(fù)載壓力一致，是最節(jié)能的一種閥控調(diào)速回路。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和結(jié)構(gòu)實(shí)施方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明人所設(shè)計(jì)的壓力流量控制閥的結(jié)構(gòu)圖。稱為電液比例壓力流量控制閥。
電液比例壓力流量控制閥是由單向電流控制器[1]，耐高壓比例電磁鐵[2]，壓力傳感器[25]，位移傳感器[30]，流量修正運(yùn)算器[27]，調(diào)節(jié)器[26]，先導(dǎo)閥和主閥組成。
其中電流控制器用來供給比例電磁鐵[2]電信號(hào)，對(duì)它的輸出力進(jìn)行控制，比例電磁鐵[2]具有兩個(gè)特性，其1為輸出電磁力與輸入電信號(hào)成比例，其2為當(dāng)輸入電信號(hào)不變時(shí)，輸出電磁力與銜鐵[3]的位移無關(guān)，它用螺釘[4]固定在閥體[14]上。壓力傳感器[25]固定在閥體[14]上與流道[10]相通的螺紋孔[28]中，其作用是將流道[10]中的壓力線性地轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，供給調(diào)節(jié)器[26]或運(yùn)算器[27]對(duì)壓力和流量進(jìn)行控制，同時(shí)也可用于對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。位移傳感器[30]與主閥芯[12]同軸布置，其作用是將主閥芯位移線性地轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)供給調(diào)節(jié)器[26]或監(jiān)測(cè)控制主閥芯位移。流量修正運(yùn)算器[27]的作用是將檢測(cè)到的電信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)進(jìn)行比較和運(yùn)算，然后將結(jié)果加入到設(shè)定信號(hào)Us中去，這一運(yùn)算器[27]只在對(duì)流量控制時(shí)起作用。調(diào)節(jié)器[26]的作用是將壓力傳感器[25]或位移傳感器[30]輸出的電信號(hào)同設(shè)定值Us進(jìn)行比較，并對(duì)比較后的差值進(jìn)行某種規(guī)律的運(yùn)算后輸入到電流控制器[1]，對(duì)壓力和流量進(jìn)行控制。先導(dǎo)閥由先導(dǎo)閥芯[6]，彈簧[11]組成。先導(dǎo)閥芯[6]是雙控制邊的滑閥，中間開有連通腔[5]和流道[10]的流道[16]。先導(dǎo)彈簧[11]用來將主閥芯[12]的位移轉(zhuǎn)換成力并與電磁鐵輸出力進(jìn)行比較。主閥由主閥芯[12]，主閥體[14]，彈簧[23]和端蓋[21]組成。主閥芯[12]是插裝式結(jié)構(gòu)，右端做成中空的放入彈簧[23]，左端開有閥口[19]，且閥口[19]可根據(jù)不同的要求具有多種幾何形狀。主閥體[14]做成中空的以便導(dǎo)閥芯[6]，主閥芯[12]，彈簧[11]，[23]能同軸地布置其中，裝配時(shí)彈簧[11]的左端頂住導(dǎo)閥芯[6]，右端頂住主閥芯[12]，彈簧[23]的預(yù)壓量設(shè)定閥的零位和最低可控壓力。閥體[14]上還開有流道[8]、[10]、[13]、[17]、[20]及與外部的接口P、O，端蓋[21]用螺釘[15]固定在閥體[14]上，其上開有流道[22]，用來將流道[20]的油引入容腔[24]。閥內(nèi)各流道之間的連通關(guān)系是流道[8]與[10]相通，[13]與[17]相通，流道[20]經(jīng)阻尼器[29]后與流道[22]相通，流道[22]與容腔[24]相通。油口P、O是該閥的2個(gè)對(duì)外油路接口。
該閥的工作過程是油口P與油源接通，油口O與油箱接通。當(dāng)比例電磁鐵[2]無電流輸入時(shí)，P口的油進(jìn)不到容腔[24]，所以容腔[24]的壓力為零。閥芯在壓力PB作用下開啟，油從P口，流道[10]經(jīng)閥口[19]流到O口回油箱，閥處于泄荷狀態(tài)。當(dāng)供給電磁鐵[2]電流時(shí)，先導(dǎo)閥芯[6]就在銜鐵[3]推力作用下向+Y方向運(yùn)動(dòng)，節(jié)流口[9]打開，[7]關(guān)小，壓力油經(jīng)流道[8]，節(jié)流口[9]，流道[20]，阻尼器[29]，流道[22]進(jìn)入容腔[24]，使該腔壓力升高，由于彈簧[23]的作用，閥芯[12]就向+X方向移動(dòng)，這時(shí)如對(duì)壓力控制，將開關(guān)S與Uf接通，就會(huì)有與P口壓力成正比的電信號(hào)從壓力傳感器[25]進(jìn)入調(diào)節(jié)器[26]，并在調(diào)節(jié)器[26]中與設(shè)定值Us比較，經(jīng)運(yùn)算后輸入到電流控制器[1]來控制比例電磁鐵[2]的輸出力，穩(wěn)態(tài)時(shí)P口壓力便與設(shè)定值Us一致，這樣不斷地增加設(shè)定值Us，輸出壓力就不斷升高，同理當(dāng)設(shè)定信號(hào)Us減小時(shí)輸出壓力就不斷降低，總之輸出壓力始終跟隨設(shè)定值信號(hào)，這就是對(duì)壓力的控制過程。
當(dāng)閥受到外界擾動(dòng)時(shí)，如泵供給的流體突然減小時(shí)。設(shè)這時(shí)輸入的電信號(hào)為定值，則輸出壓力就有降低的趨勢(shì)，壓力傳感器[25]輸出的電壓就變小，差值Us-Uf增大，輸入比例電磁鐵[2]的電流增大，銜鐵[3]推力增加，這時(shí)再現(xiàn)前段的調(diào)節(jié)過程，閥口[19]關(guān)小，從P口流向O口的流體減少，使P口壓力升高，穩(wěn)態(tài)時(shí)回到Us的設(shè)定值。從而在輸入信號(hào)不變時(shí)其輸出壓力在負(fù)載變化時(shí)仍能保持不變，即具有水平的等壓力特性。
當(dāng)對(duì)流量進(jìn)行控制時(shí)，將開關(guān)S與Uq接通。這時(shí)隨著設(shè)定值Us的增加，閥口[9]開大，[7]關(guān)小，壓力油不斷從流道[8]經(jīng)閥口[9]，流道[20]，阻尼器[29]，流道[22]進(jìn)入容腔[24]使該腔壓力不斷升高，主閥芯[12]不斷向+X方向移動(dòng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)由平衡關(guān)系Fm＝Cy·X(Cy彈簧[11]的剛度，F(xiàn)m電磁力，X主閥芯位移)，知閥芯位移與輸入電信號(hào)成正比例，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。
當(dāng)閥受到外界干擾時(shí)，如P口的壓力突然升高，這時(shí)由流量公式Q＝K·X·P知，流量就會(huì)增加，這時(shí)壓力傳感器[25]輸出的電信號(hào)也將增加，這一增大的電信號(hào)經(jīng)過在流量修正運(yùn)算器[27]中的運(yùn)算后產(chǎn)生一修正電壓，用來對(duì)設(shè)定值Us進(jìn)行修正，當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)使輸出流量又回到了最初設(shè)定值。
本發(fā)明如果在對(duì)流量進(jìn)行控制時(shí)，增設(shè)一個(gè)與主閥芯同軸布置的耐高壓位移傳感器[30]，就可實(shí)現(xiàn)主閥位移的電閉環(huán)控制，其動(dòng)作過程同前所述的流量控制過程，只是此時(shí)主閥芯的位移經(jīng)位移傳感器[30]檢測(cè)后直接與設(shè)定值Us進(jìn)行比較，提高了控制精度。
以上是本閥的結(jié)構(gòu)及對(duì)流量和壓力的控制過程，其主要優(yōu)點(diǎn)如下1.用過去只能控制單1參量壓力的閥，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力、流量2個(gè)參量的控制，而且結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。
2.在比例壓力閥中采用“位移-力反饋”原理提高了閥動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和快速性。
3.電閉環(huán)控制大大提高了對(duì)壓力和流量的控制精度，對(duì)頻寬在20Hz以下的液壓系統(tǒng)，僅此一閥就能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力和速度進(jìn)行連續(xù)地、高精度地控制，且抗污染，節(jié)能。故可代替伺服閥及現(xiàn)有比例溢流閥和流量閥，廣泛地應(yīng)用于壓機(jī)、注塑機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械等多種液壓主機(jī)中。
4.使用本閥將構(gòu)成最節(jié)能的閥控調(diào)速調(diào)壓系統(tǒng)。
下面結(jié)合圖1，通過實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。
單向電流控制器[1]選用脈寬調(diào)制的BKT型控制器。比例電磁鐵[2]選045型號(hào)，額定輸出力70N，額定電流1A，比例電磁鐵中的銜鐵[3]直徑5mm，用來推動(dòng)導(dǎo)閥芯[6]。流道[8]、[17]、[20]、[22]的直徑為4mm，流道[10]、[12]的直徑為12mm，M5×65的螺釘[4]共4條。M5×20的螺釘[15]共4條。先導(dǎo)閥芯[6]外徑為12mm。全長(zhǎng)30mm，控制邊[7]、[9]間距為10mm，先導(dǎo)閥彈簧[11]外徑10mm，主閥彈簧[23]外徑13mm。主閥芯[12]，直徑為20mm，右端圓孔直徑為14mm，深20mm，左端錐角40°，材料為40Cr。主閥體[14]的尺寸為100×57×60mm，右端開有φ20的孔，左端開有φ12mm的孔。端蓋[21]尺寸為57×37mm2，中間加工有φ14的孔。壓力傳感器[25]的測(cè)量范圍是0～40MPa，連接螺紋M16×1.5，靠端面密封。阻尼器[29]由黃銅制成，孔徑1.4mm，用M6的螺紋裝在流道[20]中，位移傳感器[30]的行程應(yīng)在6mm以上。調(diào)節(jié)器[26]，選用PID調(diào)節(jié)算法。
權(quán)利要求
1.一種電液比例壓力流量控制閥是包含有一個(gè)單向電流控制器[1]、一個(gè)單向耐高壓比例電磁鐵[2](簡(jiǎn)稱比例電磁鐵)、壓力傳感器[25]、位移傳感器[30]，流量修正運(yùn)算器[27]、調(diào)節(jié)器[26]、先導(dǎo)閥和主閥組成，其特征是先導(dǎo)閥由導(dǎo)閥芯[6]和彈簧[11]組成；主閥由閥芯[12]，閥體[14]，彈簧[23]和端蓋[21]組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是所述的先導(dǎo)閥中的閥芯[6]是有雙控制邊[7]、[9]的滑閥，閥芯上開有連通容腔[5]和流道[10]的流道[16]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是所述的主閥中的閥芯[12]右端做成中空的用來安放彈簧[23]，左端加工有凸臺(tái)或凹坑，用來固定彈簧[11]，主閥體[14]做成中空，右端安放主閥芯[12]，左端放置導(dǎo)閥芯[6]，其上還開有流道[8]、[10]、[13]、[17]、[20]及和外界聯(lián)接的油口P、O，端蓋[21]上開有流道[22]，用螺釘[15]固定在主閥體[14]上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是流道[8]與[10]相通，[13]與[17]相通，流道[20]經(jīng)阻尼器[29]后與流道[22]相通，流道[22]與容腔[24]相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是所述的壓力傳感器[25]安裝在主閥體[14]上與流道[10]相通的螺紋孔[28]中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是導(dǎo)閥芯[6]，主閥芯[12]，彈簧[11]，彈簧[23]同軸布置在主閥體[14]中，且彈簧[11]的左邊頂住導(dǎo)閥芯[6]的右端，右邊頂住主閥芯[12]的左端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量控制閥，其特征是增設(shè)一個(gè)與主閥芯[12]同軸布置的耐高壓位移傳感器[30]，即為含“主閥位移-電反饋”的壓力流量控制閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的電液比例壓力流量控制閥，它們可制成板式、管式和插件式。
全文摘要
一種對(duì)流體壓力和流量可進(jìn)行連續(xù)無級(jí)控制的裝置，本發(fā)明用插入式的壓力傳感器(25)直接檢測(cè)被控制的壓力，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)與設(shè)定值比較，再用比較產(chǎn)生的差值對(duì)壓力進(jìn)行控制。在主閥芯(12)的運(yùn)動(dòng)過程中其位移X將通過彈簧(11)產(chǎn)生一個(gè)力反饋到先導(dǎo)閥芯(6)上，這提高了閥對(duì)壓力控制的穩(wěn)定性。這一反饋還使閥可以對(duì)主閥芯的位移進(jìn)行控制，并與壓力傳感器(25)，流量修正運(yùn)算器(27)一起實(shí)現(xiàn)了對(duì)通過閥流量的控制功能。
文檔編號(hào)G05D7/06GK1050624SQ89107569
公開日1991年4月10日 申請(qǐng)日期1989年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月30日
發(fā)明者權(quán)龍 , 權(quán)宇 申請(qǐng)人:權(quán)宇