CN102305307B - 液压阀的直线伺服装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种液压阀的直线伺服装置及其工作方法。其装置包括：相间设置的一对筒体，分别套设于该对筒体上的第一、第二励磁线圈，分别设于该对筒体内的第一、第二衔铁，用于连接第一、第二衔铁的隔磁体；第一衔铁的外侧端与所述液压阀的阀芯刚性连接；第一、第二励磁线圈的电源端分别与第一、第二PWM脉冲直流电源相连；第一、第二PWM脉冲直流电源与一适于控制该第一、第二PWM脉冲直流电源输出的PWM脉冲的平均电压比而控制所述阀芯的位移、进而控制所述液压阀的开口大小的智能控制器相连。本发明采用双线圈控制衔铁芯代替单线圈直流比例电磁铁，可以精确、逐渐地控制开口的大小，避免了被控制物体出现运动状态的剧烈改变的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压阀的直线伺服装置及其工作方法。
背景技术
液压阀液压传动***中的控制元件，是工业生产控制中的常用部件，用来控制液体的方向、压力和流量。它由阀体、阀芯和液体流动通道等组成。其阀芯的控制可采用手动、机动、液动、电动、电液动等，而电动控制由于与控制电路相联系，易于实现自动化而得到广泛的应用。但通常的电磁阀采用线圈通电后吸动衔铁芯，再由铁芯带动阀芯产生运动，再在失电后由弹簧复位衔铁芯和阀芯，从而控制液流的通断。这种控制方法由于通电的一霎那衔铁芯运动冲击较大，因此，被控制物体通常会经历运动状态的剧烈改变，不利于被控物体状态的精确控制。尤其在比例阀的控制中，采用直流比例电磁铁的单线圈控制衔铁的吸力大小与弹簧力的平衡方法，控制开口大小从而达到比例控制速度、压力、流量的大小，更是受弹簧弹力变化、控制精度低，限制了比例阀的应用。
现有的线圈控制衔铁芯运动的原理如下图1所示。当励磁线圈D通电时，由软磁材料做成的导磁圆筒B和导磁环C将被线圈D的磁场磁化为电磁铁，对衔铁C产生吸力，当由图1（a）的位置1吸到图1（b）的位置2时，衔铁C将不再运动。这种运动速度不受控制，衔铁C由位置1到达平衡位置2的时间很短，控制精度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制精度较高的液压阀的直线伺服装置及其工作方法。
为解决上述技术问题，本发明的液压阀的直线伺服装置，包括：相间设置的第一、第二筒体，分别套设于第一、第二筒体上的第一、第二励磁线圈，分别设于所述第一、第二筒体内的第一、第二衔铁，用于连接第一、第二衔铁的隔磁体；第一衔铁的外侧端与所述液压阀的阀芯刚性连接；第一、第二励磁线圈的电源端分别与第一、第二PWM脉冲直流电源相连；第一、第二PWM脉冲直流电源与一适于控制该第一、第二PWM脉冲直流电源输出的PWM脉冲的平均电压比而控制所述阀芯的位移、进而控制所述液压阀的开口大小的智能控制器相连。
进一步，为增强电磁控制效果，所述第一、第二筒体为导磁筒，第一、第二筒体的两端部分别连接有第一、第二导磁环。
进一步，为确保控制效果，所述第一、第二筒体同轴设置；所述的隔磁体为用于刚性连接所述第一、第二衔铁的柱形体。具体实施时，筒体内设有润滑油。
所述液压阀所在的管路上设有与所述智能控制器相连的、用于检测所述液压阀的开口大小的流量传感器。此时的所述液压阀的开口大小适于通过液压值和单位流量计算得出。
所述的液压阀的直线伺服装置的工作方法，其包括：
液压阀在其复位弹簧的作用下，其初始位置为闭合状态；
当需要开启该液压阀至预设开口大小时，智能控制器先控制第一、第二PWM脉冲直流电源分别输出由零开始逐渐增强的第一、第二PWM脉冲，同时逐渐改变第一、第二PWM脉冲的平均电压比，以使所述第一、第二衔铁上的磁力失衡并克服该液压阀内的复位弹簧的作用力，并使该液压阀内的阀芯发生缓缓位移，以缓缓开启该液压阀，直至该液压阀的开口达到预设大小时，保持当前的所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下处于平衡位置，使所述液压阀的开口大小保持不变；
当需要调整该液压阀的开口大小时，智能控制器逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时的所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下缓缓调整平衡位置，直至所述液压阀的开口达到所需大小时，停止改变所述第一、第二PWM脉冲的平均电压比，此时的阀芯停止在第二平衡位置；
当需要关闭该液压阀时，智能控制器相应逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，以使所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下缓缓向闭合位置位移，直至所述液压阀关闭时，停止输出所述第一、第二PWM脉冲。
所述智能控制器通过所述流量传感器检测所述液压阀的开口大小，以逐渐、实时调整第一、第二PWM脉冲的平均电压比，使所述液压阀的开口大小保持在预设大小。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）本发明采用双线圈控制衔铁芯代替原来的电--机械结构的直流比例电磁铁，可以精确、逐渐地控制开口的大小，避免了被控制物体出现运动状态的剧烈改变的情况。具体是：采用一智能控制器逐渐调整第一、第二PWM脉冲直流电源输出的PWM脉冲平均电压比，以控制所述液压阀的开口大小。
附图说明
图1（a）和图1（b）现有技术中的单线圈控制衔铁芯运动的液压阀的直线伺服装置的结构示意图；
图2为实施例中的液压阀的直线伺服装置的结构示意图；
图3为图2中的直线伺服装置中的衔铁处于另一位置的示意图；
图4为所述直线伺服装置控制阀芯的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2-4，本实施例的液压阀的直线伺服装置包括：相间设置的第一、第二筒体2、12，分别套设于第一、第二筒体2、12上的第一、第二励磁线圈4、14，分别设于所述第一、第二筒体2、12内的第一、第二衔铁3、13，用于连接第一、第二衔铁3、13的隔磁体5；第一衔铁3的外侧端与所述液压阀6的阀芯7刚性连接；第一、第二励磁线圈4、14的电源端分别与第一、第二PWM脉冲直流电源相连；第一、第二PWM脉冲直流电源与一适于控制该第一、第二PWM脉冲直流电源输出的PWM脉冲的平均电压比而控制所述阀芯的位移、进而控制所述液压阀的开口大小的智能控制器相连。
其中，智能控制器与第一、第二PWM脉冲直流电源的电路结构和原理，可参见《PIC单片机控制的μs级PWM脉冲电源的研究》，文献出处：《电加工与模具》，2011年03期。
所述第一、第二筒体2、12为导磁筒，第一、第二筒体2、12的两端部分别连接有第一、第二导磁环1、11。
所述第一、第二筒体2、12同轴设置；所述的隔磁体5为用于刚性连接所述第一、第二衔铁3、13的柱形体。
所述液压阀6所在的管路上设有与所述智能控制器相连的、用于检测所述液压阀的开口大小的流量传感器。
如图2，第一、第二衔铁3、13之间使用隔磁体5（如铜）进行刚性连接，在两个励磁线圈和衔铁相同的情况下，当第一、第二PWM脉冲直流电源分别输出的脉冲电压U1和U2同时使用宽度相同的PWM脉冲分别驱动第一、第二励磁线圈时，脉冲电压U1和U2的平均电压相等，所产生的磁场吸力也相等；但由于第二衔铁13在图示的情况下是平衡的，没有轴向力产生，而第一衔铁3没有到达平衡位置，受到向右轴向力的作用，会带动第二衔铁13向右运动。但随着第二衔铁13的向右移动，也处于不平衡位置，受到向左轴向力的作用，当两个力大小相等后第一、第二衔铁3、13停止运动，达到图3所示的平衡位置。
如果第一脉冲电压U1的PWM脉冲平均电压小于第二脉冲电压U2的，那么平衡位置将向小平均电压的第一衔铁3的方向移动。显然，脉冲电压U1和U2的PWM脉冲平均电压影响着各衔铁的平衡位置，每一个平均电压对应一个平衡位置，因此，只要脉冲电压U1和U2的PWM脉冲平均电压比逐渐变化，平衡位置就逐渐受控制地缓缓移动，达到精确控制的目的。
图4中的阀芯7受第一衔铁3的控制产生左右运动，从而通过控制所述液压阀6的开口h大小，进而控制进口流量q1至出口流量q2的多少，实现精确地比例控制。
（实施例2）
所述的液压阀的直线伺服装置的工作方法，包括：
液压阀6在其复位弹簧8的作用下，其初始位置为闭合状态；
当需要开启该液压阀6至预设开口大小时，智能控制器先控制第一、第二PWM脉冲直流电源分别输出由零开始逐渐增强的第一、第二PWM脉冲，同时逐渐改变第一、第二PWM脉冲的平均电压比，以使所述第一、第二衔铁3、13上的磁力失衡并克服该液压阀8内的复位弹簧8的作用力，并使该液压阀8内的阀芯7发生缓缓位移，以缓缓开启该液压阀8，直至该液压阀8的开口达到预设大小时，保持当前的所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时所述阀芯在所述第一、第二衔铁3、13的作用下处于平衡位置，使所述液压阀6的开口大小保持不变；
当需要调整该液压阀6的开口大小时，智能控制器逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时的所述阀芯7在所述第一、第二衔铁3、13的作用下缓缓调整平衡位置，直至所述液压阀6的开口达到所需大小时，停止改变所述第一、第二PWM脉冲的平均电压比，此时的阀芯7停止在第二平衡位置；
当需要关闭该液压阀6时，智能控制器相应逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，以使所述阀芯7在所述第一、第二衔铁的作用下缓缓向闭合位置位移，直至所述液压阀6关闭时，停止输出所述第一、第二PWM脉冲。
所述智能控制器通过所述流量传感器检测所述液压阀6的开口大小，以逐渐、实时调整第一、第二PWM脉冲的平均电压比，使所述液压阀6的开口大小保持在预设大小。
本发明的上述实施例仅为说明本发明所作的举例，而本发明实施方式并不局限于此。对于属于本发明的精神与原理下所作的修改、组合、简化、替代等均为等效替换，都仍然包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种液压阀的直线伺服装置，其特征在于包括：相间设置的第一、第二筒体，分别套设于第一、第二筒体上的第一、第二励磁线圈，分别设于所述第一、第二筒体内的第一、第二衔铁，用于连接第一、第二衔铁的隔磁体；
第一衔铁的外侧端与所述液压阀的阀芯刚性连接；
第一、第二励磁线圈的电源端分别与第一、第二PWM脉冲直流电源相连；
第一、第二PWM脉冲直流电源与一适于控制该第一、第二PWM脉冲直流电源输出的PWM脉冲的平均电压比而控制所述阀芯的位移、进而控制所述液压阀的开口大小的智能控制器相连。
2.根据权利要求1所述的液压阀的直线伺服装置，其特征在于：所述第一、第二筒体为导磁筒，第一、第二筒体的两端部分别连接有第一、第二导磁环。
3.根据权利要求1所述的液压阀的直线伺服装置，其特征在于：所述第一、第二筒体同轴设置；所述的隔磁体为用于刚性连接所述第一、第二衔铁的柱形体。
4.根据权利要求1所述的液压阀的直线伺服装置，其特征在于：所述液压阀所在的管路上设有与所述智能控制器相连的、用于检测所述液压阀的开口大小的流量传感器。
5.所述权利要求1-4之一所述的液压阀的直线伺服装置的工作方法，其特征在于：
液压阀在其复位弹簧的作用下，其初始位置为闭合状态；
当需要开启该液压阀至预设开口大小时，智能控制器先控制第一、第二PWM脉冲直流电源分别输出由零开始逐渐增强的第一、第二PWM脉冲，同时逐渐改变第一、第二PWM脉冲的平均电压比，以使所述第一、第二衔铁上的磁力失衡并克服该液压阀内的复位弹簧的作用力，并使该液压阀内的阀芯发生缓缓位移，以缓缓开启该液压阀，直至该液压阀的开口达到预设大小时，保持当前的所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下处于平衡位置，使所述液压阀的开口大小保持不变；
当需要调整该液压阀的开口大小时，智能控制器逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，此时的所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下缓缓调整平衡位置，直至所述液压阀的开口达到所需大小时，停止改变所述第一、第二PWM脉冲的平均电压比，此时的阀芯停止在第二平衡位置；
当需要关闭该液压阀时，智能控制器相应逐渐调整所述第一、第二PWM脉冲平均电压比，以使所述阀芯在所述第一、第二衔铁的作用下缓缓向闭合位置位移，直至所述液压阀关闭时，停止输出所述第一、第二PWM脉冲。
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