CN105003477B - 电动机协同控制的先导型电液阀 - Google Patents

电动机协同控制的先导型电液阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动机协同控制的先导型电液阀，包括先导阀、位移传感器、控制器、编码器、电动机、主阀和传动机构，先导阀与主阀连接，电动机的输出轴通过传动机构与主阀的阀芯连接，编码器和位移传感器的输出信号传送给控制器，控制器经运算后向先导阀和电动机发送控制指令。本发明解决了当外部油源压力较低时，液压阀动态响应慢的问题，或者无法建立足够的压力差，控制主阀阀口到适当的位置的问题，也解决了在大流量的应用场合中，当单独采用电动机驱动时，控制阀的体积较大的问题，提高了比例阀和伺服比例阀在大流量应用场合的工作性能。

Description

电动机协同控制的先导型电液阀
技术领域
本发明属于液压技术领域，具体涉及一种电动机协同控制的先导型电液阀。
背景技术
20世纪80年代以来，国际上开始了对电液比例和伺服比例***的研究和应用。随着计算机技术的发展和普及，电液伺服比例技术得到了迅速的发展，到目前为止，该技术已经广泛应用于航空航天、冶金、船舶、军事等领域。同时，在各个领域的应用中，对电液伺服***的各项性能指标也提出了更高的要求。
现有比例阀和伺服比例阀有直接驱动型和先导型控制型两大类，大流量的阀采用先导型的控制方式，利用一个小流量的直接驱动型比例或伺服比例阀作为先导级，通过控制作用在主阀芯两端面上的压力差，借助于内部和外部的反馈回路，连续控制主阀芯的开口量。先导型的控制存在的问题是，工作时提供先导阀的内部或外部油源压力需要满足最低可控性的要求，当供给先导阀的压力较低时，会使阀的动态响应变慢，甚至无法建立足够的压力差，克服作用在主阀芯上的弹簧力和液动力，控制主级液压阀阀口到适当的位置。为此，德国的研究者Marco Wiegandt提出采用伺服电动机直接驱动主阀芯，构造大流量的比例和伺服比例阀(Marco Wiegandt,Development of a servomotor driven proportionalvalve,7th International Fluid Power Conference,Aachen,Germany，2010.3)。但是对于大流量的应用场合，单独采用电动机驱动，需要使用较大功率的电动机，会增大控制阀的体积，电动机的体积甚至超过了液压阀部分的体积。中国专利CN102562702A公开了一种电动液压阀，该阀采用伺服电动机通过丝杠螺母机构直接驱动比例或伺服比例阀，克服传统采用电磁铁作为电-机械转换器输出力小、输出行程受限导致阀动态响应慢；单机控制能力有限、只能用于小流量范围，大流量应用场合需采用二级以上的先导型结构等不足。然而这种电动液压阀与Marco Wiegandt提出的电动液压阀在大流量的应用场合存在相同的问题。
现有技术的上述液压阀，由于电磁铁固有特性的限制，导致至少存在以下问题：电磁铁输出力小，且输出行程受限制，导致液压阀的响应速度慢，抗油污能力差，单级控制能力有限；由于单级液压阀控制能力有限，大流量的液压阀就需要叠加成二级、三级或者更多级别来逐级驱动，造成体积庞大，且可靠性差；由于液压***存在脉动或其他不稳定因素，致使电磁阀内部产生振动、噪声等问题；传统液压阀的控制精度低、线性度差。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的当外部油源压力较低时，液压阀动态响应慢、无法建立足够的压力差、控制主阀阀口无法到达控制信号要求的位置的技术问题，提供一种电动机协同控制的先导型电液阀。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
电动机协同控制的先导型电液阀，其包括先导阀、位移传感器、控制器、编码器、电动机、主阀和传动机构，先导阀与主阀连接，电动机的输出轴通过传动机构与主阀的阀芯连接，编码器和位移传感器的输出信号传送给控制器，控制器经运算后向先导阀和电动机发送控制指令；控制器的控制采用以下步骤：
1)设定压力P0和主阀阀芯位移Xs；
2)比较主阀进油口压力P与设定压力P0，当P≤P0时，先导阀位于中位，编码器输出信号输入控制器，经运算后控制器向电动机发送指令，使电动机驱动主阀阀芯开启，达到设定的主阀阀芯位移Xs；
3)当P＞P0时，根据编码器输出信号计算主阀芯位移信号Xs’，将Xs’与设定的主阀阀芯位移Xs进行比较，产生控制先导阀芯位移的信号Ui，Ui再与位移传感器检测的信号进行比较，在控制器中运算后产生修正先导阀位移的指令信号Ui’，控制器向先导阀发送Ui’，使先导阀开口满足Ui的要求；同时，控制器向电动机发送指令，电动机与先导阀共同驱动主阀阀芯开启，使主阀位移达到设定的主阀阀芯位移Xs。
所述电动机是直线电动机或旋转电动机中的任意一种；所述主阀是单腔控制的二位二通液压阀、双腔控制的二位二通液压阀、二位三通液压阀或三位四通液压阀中的任意一种。
本发明的优点与积极效果主要体现在：
(1)当外部油源压力较低时，液压阀的动态响应不受影响；
(2)当外部油源压力较低时，可以确保主级液压阀的阀口移动到控制信号要求的位置；
(3)在大流量的应用场合，与单独采用电动机驱动的液压阀相比较，体积小；
(4)高响应的伺服电动机提高了液压阀在低压状态下的动态响应。
(5)伺服电动机可以间接反映主级液压阀的位移，所以主级液压阀上无需再安装位移传感器。
附图说明
1)图1是本发明第一种实施例的示意图；
2)图2是本发明第二种实施例的示意图；
3)图3是本发明第三种实施例的示意图；
4)图4是本发明第四种实施例的示意图。
图中：1-先导阀；2-位移传感器；3-控制器；4-编码器；5-电动机；6-传动机构(将旋转运动转化为直线运动)；7-主阀；8-油箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例中的电动机协同控制的先导型电液阀，包括先导阀1、位移传感器2、控制器3、编码器4、电动机5、主阀7和传动机构6，先导阀1与主阀7连接，电动机5的输出轴通过传动机构6与主阀7的阀芯连接，编码器4、位移传感器2和电动机5与控制器3连接，编码器4和位移传感器2的输出信号传送给控制器3，控制器3经运算后向先导阀1和电动机5发送控制指令。
控制器3的控制采用以下步骤：
1)设定压力P0和主阀阀芯位移Xs；
2)比较主阀7进油口压力P与设定压力P0，当P≤P0时，先导阀1位于中位，编码器4输出信号输入控制器3，经运算后控制器3向电动机5发送指令，使电动机5驱动主阀阀芯开启，达到设定位移Xs；
3)当P＞P0时，根据编码器4输出信号计算主阀芯位移信号Xs’，将Xs’与设定的主阀阀芯位移Xs进行比较，产生控制先导阀芯位移的信号Ui，Ui再与位移传感器2检测的信号进行比较，在控制器3中运算后产生修正先导阀位移的指令信号Ui’，控制器3向先导阀1发送Ui’，使先导阀1开口满足Ui的要求；同时，控制器3向电动机5发送指令，电动机5与先导阀1共同驱动主阀阀芯开启，使主阀位移达到设定的主阀阀芯位移Xs。
本实施例中的主阀7采用单腔控制的两位两通液压阀，其打开时，进油口P与第I油口A接通。
实施例2
如图2所示，本实施例中的电动机协同控制的先导型电液阀，主阀7采用双腔控制的两位两通液压阀。主阀7的C腔和D腔分别与先导阀1的两个油口连通，主阀7阀芯上开有通孔，以平衡主阀有弹簧腔与下腔的压力。其打开时，进油口P与第I油口A连通。其余与实施例1中的相同。
实施例3
如图3所示，本实施例中的电动机协同控制的先导型电液阀，主阀7采用两位三通液压阀，主阀7的C腔和D腔分别与先导阀1的两个油口连通，主阀7阀芯上开有通孔，以平衡主阀有弹簧腔与下腔的压力。当其阀芯在上位打开时，进油口P与第I油口A连通，在下位打开时第I油口A与T口连通。其余与实施例1中的相同。
实施例4
如图4所示，本实施例中的电动机协同控制的先导型电液阀，主阀7采用三位四通液压阀，主阀7的C腔和D腔分别与先导阀的两个油口连通，其左位打开时进油口P与第I油口A连通，第II油口B与油口T连通；其右位打开时进油口P与第II油口B连通，第I油口A与油口T连通。其余与实施例1中的相同。
上述实施例中所述电动机5是直线电动机、旋转电动机、异步电动机或直流电动机中的任意一种。
所述主阀还可以是多路液压阀。
本发明的电动机协同控制的先导型电液阀，解决了当外部油源压力较低时，液压阀动态响应慢的问题，或者无法建立足够的压力差，控制主阀阀口到适当的位置的问题，也解决了在大流量的应用场合中，当单独采用电动机驱动时，控制阀的体积较大的问题，提高了比例阀和伺服比例阀在大流量应用场合的工作性能，满足了现有行业对先导型液压阀低压可控的要求。

Claims (3)

1.电动机协同控制的先导型电液阀，其特征在于：包括先导阀、位移传感器、控制器、编码器、电动机、主阀和传动机构，先导阀与主阀连接，电动机的输出轴通过传动机构与主阀的阀芯连接，编码器和位移传感器的输出信号传送给控制器，控制器经运算后向先导阀和电动机发送控制指令；控制器的控制采用以下步骤：
1)设定压力P0和主阀阀芯位移Xs；
2)比较主阀进油口压力P与设定压力P0，当P≤P0时，先导阀位于中位，编码器输出信号输入控制器，经运算后控制器向电动机发送指令，使电动机驱动主阀阀芯开启，达到设定的主阀阀芯位移Xs；
3)当P＞P0时，根据编码器输出信号计算主阀芯位移信号Xs’，将Xs’与设定的主阀阀芯位移Xs进行比较，产生控制先导阀芯位移的信号Ui，Ui再与位移传感器检测的信号进行比较，在控制器中运算后产生修正先导阀位移的指令信号Ui’，控制器向先导阀发送Ui’，使先导阀开口满足Ui的要求；同时，控制器向电动机发送指令，电动机与先导阀共同驱动主阀阀芯开启，使主阀位移达到设定的主阀阀芯位移Xs。
2.根据权利要求1所述的电动机协同控制的先导型电液阀，其特征在于：所述电动机是直线电动机或旋转电动机中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的电动机协同控制的先导型电液阀，其特征在于：所述主阀是单腔控制的二位二通液压阀、双腔控制的二位二通液压阀、二位三通液压阀或三位四通液压阀中的任意一种。
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