CN1053110A - 电液比例减压调速复合控制阀 - Google Patents

Abstract

一种对流体压力和流量可进行连续无级控制的 装置。本发明在一普通的比例节流阀[2]的出口处安 装一压力传感器[4]检测该腔的压力，从而实现了对 输出压力的闭环控制，提高了控制精度并使最低可控 压力为零压。此外用同一节流阀，通过采用压力传感 器检测负载压力，并对节流阀的开口量按压力修正的 方法，使阀具有控制流量的功能。只用一比例节流阀 就起到了需一比例减压阀和比例调速阀才具有的功 能。

Description

本发明属于流体控制***中对流体压力、流量实现比例控制的装置。

流量控制***中对压力和流量进行连续无级控制的方法有两种。一种称为容积式比例控制方法，另一种称为节流式比例控制方法。采用容积式方法无论控制压力还是流量，最终都归结为控制变量泵的排量，所以现在已实现了利用一套控制装置，配上压力和位移传感器就能对泵的输出压力和流量乃至功率都进行控制的功能。对于节流式比例控制元件，由于目前还没有象压力传感器一样不起节流作用的动态流量传感器可供使用，所以利用现有的控制原理是无法构造只用一个节流元件，再配以压力和位移传感器就能对流量和压力进行复合控制的比例阀。对流体压力和流量进行控制时就必须采用一个比例压力阀和一个比例调速阀，共二个阀。

本发明正是为此而提出一种新的流量控制原理，在一普通的比例节流阀上配以压力传感器实现了只用一个节流元件就能控制压力和流量的目的。现对这一新的流量控制原理说明如下：

流过节流阀口的流量为 $Q=k\·X\·\sqrt{\mathrm{\ΔP}}$

（其中K是与流量系数、面积增益有关的常数，X是阀口开度，△P是节流口前后压差）。现在控制流量的方法是：使X与输入量成线性关系，并同时设法保证△P不随负载压力的变化而改变。这样就必须在一个节流阀前或后再串联一个起定压作用的定差减压阀或二通插装式的所谓流量传感器，使阀的结构复杂化。新的方法假定， $Q_0=k\·X\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_0}$ 。为一基准流量，（△P₀为人为规定的一个最低控制压差），可见当△P₀不变时，Q₀将随X而线性变化。但当X不变而△P改变时，Q₀就会偏离基准值而成为 $Q_1=k\·X\·\sqrt{{\mathrm{\ΔP}}_a}$ ，但这是***所不希望的，所以应 $Q_1=k\·X_1\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_1}=k\·X\sqrt{{\mathrm{\ΔP}}_0}$ ，得 $X_1=X\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_0/\mathrm{\Δ}{P}_1}$ ，可见只要使阀口开度与阀前后的压力差满足上式关系就能使阀的输出流量不随负载压力而改变。这只要用压力传感器随时检测出△P并用一模拟的或数字的运算器按上式计算出X₁随时对输入量修正即可。所采用的压力传感器正好可用来控制压力。

本发明的目的就是仅用一个比例节流阀，通过应用新的流量控制原理而使其具有控制压力和流量的复合控制功能。

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是本发明人所设计的压力流量控制阀的结构图，称为电液比例减压调速复合控制阀。

电液比例减压调速复合控制阀是由调节器[1]，比例节流阀[2]，流量修正运算器[3]，压力传感器[4]、[5]所组成。

其中调节器[1]的作用是：1.将压力传感器[4]输出的电信号同设定值Ups在减法器[8]中进行比较，并对比较后的差值进行某种规律的运算;2.根据设定值Uqs和Ups的大小，选择是控制流量还是控制压力，并将这一选择结果输入到比例节流阀的控制电路中去。比例节流阀[2]的作用是将调节器供给的电信号转换成与之成比例的阀口开度，即P-A口之间节流口的大小，它可以是目前所使用的任何一种比例节流阀。压力传感器[4]安装在连通比例节流阀[2]上出口A与执行机构[12]的流道[6]中，其作用是将该流道中的压力线性地转换成电压信号，并同时供给调节器[1]和流量修正运算器[3]，对压力和流量进行控制及对负载压力进行监视或测量。压力传感器[5]用来检测流道[7]中的压力，它只在该流道压力变化较大的场合下才需要，而在一般的定压***中，如装有溢流阀[10]的***中，可省去这一压力传感器。流量修正运算器[3]的作用是根据压力传感器[4]、[5]提供的压差信号及设定值Uqso计算出修正后的流量设定值Uqs，并将这一值输入到调节器[1]中。

该阀的工作过程是：首先由调节器[1]根据输入的电信号Uqs和Ups的大小，选择是对流量还是对压力进行控制，并将结果输入到比例节流阀的控制电路中。如控制压力，则（Ups-Upf）这一差值起调节作用，用来控制比例节流阀开口的大小，稳态时由于积分调节的作用，使流道[6]中的压力与设定值Ups一致，即Ups-Upf＝0。这样不断地改变设定值Ups，阀的输出压力就随Ups而改变，且稳态时总是与Ups保持一致，这就是对压力的控制过程。

如果是对输出流量进行控制，则供给比例节流阀的控制信号为Uqs，由前述的流量控制新原理可知，因这时Uqs满足关系式 $X_1=X\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_0/\mathrm{\ΔP}}$ ，所以无论负载压力怎样改变，阀的输出流量始终与输入信号Uqso成线性关系，且具有水平的等流量特性。这时的压力信号Ups将设定***的最高使用压力。

以上是本阀的结构及对压力和流量的控制过程，其主要优点如下：

1.仅用一比例节流阀就实现了对压力和流量二个流体参量的控制，大大简化了现有控制阀的结构，并降低了成本。

2.电闭环控制大大提高了对压力和流量的控制精度。在液压***中仅此一阀就能对执行机构的压力和速度进行连续地、高精度地控制，且抗污染。可以代替现有比例减压阀和二通比例调速阀，广泛地应用于压机，工程机械等多种液压主机中。

3.该阀还为液压***的计算机控制提供了最方便、最简单、最可靠的电机械转换接口。

下面结合图1，通过实施例对本发明进一步描述。

调节器[1]选用PID调节算法，其选择功能由二级管组成的电路完成。比例节流阀采用先导控制的位移-力反馈型比例节流阀，通径为16mm。压力传感器[4]、[5]选择测量范围为0～35MPa的电阻应变式压力传感器，并带有集成的前置放大级。流量修正运算器由运算放大器LM741组成的模拟电路实现。

Claims (5)

1、一种电液比例减压调速复合控制阀是包含有一个比例节流阀[2]、调节器[1]、流量修正运算器[3]、压力传感器[4]、[5]组成。

2、根据权利要求1所述的电液比例减压调速复合控制阀，其特征是所述的压力传感器[4]安装在连通节流阀[2]上出口A及执行机构[12]的流道[6]中。

3、根据权利要求1所述的电液比例减压调速复合控制阀，其特征是所述的压力传感器[5]安装在连通节流阀[2]上进口P及油泵[9]的出口和执行机构[11]的流道[7]中。

4、根据权利要求1所述的电液比例减压调速复合控制阀，其特征是在流道[7]中压力基本不变的情况下，可以去掉压力传感器[5]。

5、根据权利要求1至4所述的电液比例减压调速复合控制阀，它可以制成板式、管式和插件式。