CN106555785B - 先导型比例方向流量连续控制阀 - Google Patents

Abstract

一种先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是驱动机构布置在主阀的一侧，在盖板中设有面积调节环，驱动阀芯与面积调节环同轴布置在盖板中，驱动阀芯与盖板之间设有控制油口Pc，连接外部控制油，主阀芯与驱动阀芯同轴布置，主阀芯布置在主阀体中；先导比例阀的出油口、面积调节环与盖板形成的容腔h与油箱连通。驱动单元与主阀单独供油，驱动单元采用恒压源供油，阀既可实现低压控制高压，也可以改善主阀在低压的动态响应与可控性，且动态响应可不受主阀进出口压差的影响。本发明将驱动机构布置在主阀体的一侧，方便安装手动装置；控制油口使用恒压源供油，可提高阀的稳定性、控制精度和动态特性，且结构简单，成本低，易于推广应用。

Description

先导型比例方向流量连续控制阀

技术领域

本发明属于电液控制阀技术领域，尤其是对流体流动方向和流量进行连续比例控制的先导比例方向流量连续控制阀。

背景技术

比例方向阀以及比例多路阀，是电液控制***中的重要元件之一，其作用是连续控制液压执行器的运动速度、位置和输出力。在现有技术中，比例方向阀和比例多路阀通常为内控式，压力低时的可控性较差，动态响应变慢；当阀工作在特别高的压力时，需在主级与先导级之间设置减压阀降低先导级的供油压力，提高阀的稳定性；大多数的比例多路阀及部分比例方向阀采用压力平衡的开环控制方式，受负载变化影响，控制精度低；为提高阀的稳定性和动态响应速度，可采用先导阀芯位移和主阀芯位移的双闭环控制原理，其带来的问题是阀的静动态特性完全依赖闭环控制器，先导阀和主阀中任意检测和控制环节发生故障，阀便不能正常工作。

已经授权的一项发明专利，中国专利号200610102032.7，公开了一种“先导比例方向节流阀”，其将内反馈阀和电闭环阀结构在一起，当主阀芯位移传感器和响应的反馈信号调节器发生故障时，自动转换为内反馈控制状态，确保了***的安全可靠性，但其控制腔的先导阀出口分别与主阀的A油口和B油口连接，造成流道复杂；采用双边控制方式，不适合在主阀设置手动装置；控制压力与供油压力使用同一油源，压力低时，阀的可控性较差，压力高时，先导阀稳定性降低，影响控制精度。

发明内容

为了解决现有先导比例方向流量连续控制阀低压可控性差、高压稳定性低等上述问题，实现阀的稳定控制，本发明提供一种驱动装置与主阀分离，结构简单、易于制造的先导比例方向流量连续控制阀。

本发明的技术方案：一种先导型比例方向流量连续控制阀，包含有第一先导比例阀、第二先导比例阀、比例放大器、端盖、主阀体、主阀芯、驱动阀芯、定位弹簧、第一面积调节环、第二面积调节环，比例放大器的输出端与第一先导比例阀和第二先导比例阀连接；其特征是：驱动阀芯与端盖形成1个与外界相连通的控制油口Pc，第一面积调节环、第二面积调节环与端盖形成的容腔h与油箱T连接；主阀芯与主阀体形成与外界相连通的5个油口，即2个回油口，两个工作油口，一个进油口，进油口引入压力油，两个工作油口分别与执行器的二腔连通，回油口与油箱连通，两个工作油口和回油口开启量的大小与主阀芯的位移量成正比，驱动阀芯与主阀芯的位移相等；第一面积调节环、第二面积调节环、驱动阀芯、第一定位弹簧和第二定位弹簧同轴布置在端盖中，端盖与主阀体连接，驱动阀芯与主阀芯同轴布置，主阀芯轴向布置在主阀体中；所述驱动阀芯上设有相互连通的三个油孔以及两个通油孔，外部控制油通过端盖上的控制油口Pc进入第一油孔P1，通过第一油孔P1进入驱动阀芯内的第二油孔P2，通过第三油孔P3分别进入第一面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j1和第二面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j2中，第一面积调节环和第二面积调节环加工有第六油孔P6、油槽P7，驱动阀芯的通油孔K1将容腔j1中的油液引入到第一面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j3中，驱动阀芯的通油孔K2将容腔j2中的油液引入到第二面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j4中，第六油孔P6将第一面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j1和第二面积调节环与驱动阀芯形成的容腔j2中的外部控制油引入到油槽P7，油槽P7将外部控制油分别引入到第一容腔e和第二容腔f中；主阀芯上设有第四油孔P4和第五油孔P5，第二容腔f中的压力油通过第四油孔P4进入第五油孔P5中，再通过第五油孔P5进入第三容腔g中；端盖中的第一容腔e经第一流道L1与第一先导比例阀进油口连通，第一先导比例阀的出油口经第三流道L3与油箱T连通，端盖中的第二容腔f和主阀体中的第三容腔g经第二流道L2与第二先导比例阀进油口连通，第二先导比例阀的出油口经第三流道与油箱T连通。

上述技术方案中的先导比例方向流量连续控制阀，驱动阀芯与主阀芯的连接包括下述一种：

（1）驱动阀芯与主阀芯是一体结构；

（2）驱动阀芯与主阀芯是分体结构。

上述技术方案中的先导比例方向流量连续控制阀，主阀体一端可连接手动控制装置;第一先导比例阀和第二先导比例阀可以带有位移传感器构成闭环控制或不带位移传感器；第一先导比例阀和第二先导比例阀是连续控制的比例阀或高速开关阀；端盖中的介质是油、水和空气中的一种。

本发明先导型比例方向流量连续控制阀，主要优点体现在：驱动单元与主阀单独供油，驱动单元采用恒压源供油，既可实现低压控制高压，也可以改善主阀在低压的动态响应与可控性，且动态响应可不受主阀进出口压差的影响；先导比例阀和容腔h的油液回油箱，减小了先导级功率，简化了阀体内部流道；驱动单元和主阀体采用分离结构，单边控制，方便增加手动装置，实现手动与比例控制一体化。特别方便实现比例多路阀的实现，与现有压力平衡多路阀相比，内部流量反馈控制精度高，而且先导阀采用节流控制，整个阀稳定性好。同一阀可以增加位移传感器，形成闭环控制，提高阀的控制精度。

图1是本发明实施方式1的结构原理示意图；

图2是本发明实施方式2的结构原理示意图；

图3是本发明的阀芯结构示意图；

图4是本发明的主阀芯面积调节环结构示意图。

图中，1a：第一先导比例阀，1b：第二先导比例阀，2：比例放大器，3：端盖，4：主阀体，5：驱动阀芯，6：主阀芯，7a：第一定位弹簧，7b：第二定位弹簧，8a：第一面积调节环，8b：第二面积调节环，9：手动控制装置，10a：第一先导位移传感器，10b：第二先导位移传感器，11：先导反馈信号放大器，12：第一加法器，13：闭环控制器，14：电子开关，15：第二加法器，16：前馈控制器，17：主阀位移传感器，e：第一容腔，f：第二容腔，g：第三容腔，j1、j2、j3、j4、h：容腔，A、B：工作油口，Pc：控制油口，Ps：供油口，T：油箱，P1：第一油孔，P2：第二油孔，P3：第三油孔，P4：第四油孔，P5：第五油孔，P6：第六油孔，P7：油槽，K1、K2：通油孔，L1：第一流道，L2：第二流道，L3：第三流道。

具体实施方式

结合附图和实施方式能够对本发明的原理和结构做出进一步详细说明，本实施方式是对本发明的详细解释，并不对本发明作出任何限制。

实施方式1：先导型比例方向流量连续控制阀包含有第一先导比例阀1a、第二先导比例阀1b、比例放大器2、端盖3、主阀体4、驱动阀芯5、主阀芯6、第一面积调节环8a、第二面积调节环8b、第一定位弹簧7a、第二定位弹簧7b，比例放大器2的输出端与第一先导比例阀1a和第二先导比例阀1b连接；其特征是：驱动阀芯5与端盖3形成1个与外界相连通的控制油口Pc，第一面积调节环8a、第二面积调节环8b与端盖3形成的容腔h与油箱T连接；主阀芯6与主阀体4形成与外界相连通的5个油口，即第一出油口A、第二出油口B、进油口Ps、两个回油口T，其中，进油口引入压力油，第一出油口A、第二出油口B分别与执行器的二腔连通，回油口与油箱连通，第一出油口A、第二出油口B和回油口T开启量的大小与主阀芯5的位移量成正比，驱动阀芯6与主阀芯5的位移相等；第一面积调节环8a、第二面积调节环8b、驱动阀芯5、第一定位弹簧7a和第二定位弹簧7b同轴布置在端盖3中，端盖3与主阀体4连接，驱动阀芯5与主阀芯6同轴布置，主阀芯6轴向布置在主阀体4中；

阀芯结构和面积调节环结构分别如图3和图4所示，阀芯包括驱动阀芯5和主阀芯6两部分，驱动阀芯5和主阀芯6可以是分离的也可以是一体的，主阀芯6有三个台阶；所述驱动阀芯5上设有相互连通的三个油孔P1、P2、P3以及通油孔K1和K2，外部控制油通过端盖3上的控制油口Pc进入第一油孔P1，通过第一油孔P1进入驱动阀芯5内的第二油孔P2，通过第三油孔P3分别进入第一面积调节环8a与驱动阀芯5形成的容腔j1和第二面积调节环8b与驱动阀芯5形成的容腔j2中，第一面积调节环8a和第二面积调节环8b加工有第六油孔P6、油槽P7，驱动阀芯5的通油孔K1将容腔j1中的油液引入到第一面积调节环8a与驱动阀芯5形成的容腔j3中，驱动阀芯5的通油孔K2将容腔j2中的油液引入到第二面积调节环8b与驱动阀芯5形成的容腔j4中，第六油孔P6将第一面积调节环8a与驱动阀芯5形成的容腔j1和第二面积调节环8b与驱动阀芯5形成的容腔j2中的外部控制油引入到油槽P7，油槽P7将外部控制油分别引入到第一容腔e和第二容腔f中；主阀芯上设有第四油孔P4和第五油孔P5，第二容腔f中的压力油通过第四油孔P4进入第五油孔P5中，再通过第五油孔P5进入第三容腔g中；端盖3中的第一容腔e经第一流道L1与第一先导比例阀1a进油口连通，第一先导比例阀1a的出油口经第三流道L3与油箱T连通，端盖3中的第二容腔f和主阀体4中的第三容腔g经第二流道L2与第二先导比例阀1b进油口连通，第二先导比例阀1b的出油口经第三流道L3与油箱T连通。

上述结构特征构成第一种技术方案的先导型比例方向流量连续控制阀。

实施方式2

图2中，正如实施方案1所述的先导型比例方向流量连续控制阀的结构与工作原理，实施方式2是在实施方式1的基础上增设有第一先导位移传感器10a、第二先导位移传感器10b、先导反馈信号放大器11、第一加法器12、闭环控制器13、电子开关14、第二加法器15、前馈控制器16；第一先导位移传感器10a和第二先导位移传感器10b的输出端连接到先导反馈信号放大器11的输入端，先导反馈信号放大器11的输出端与电子开关14的控制端和第一加法器Ⅰ12的输入端连接，设定信号uxs同时连接到第一加法器12和前馈控制器16的输入端，第一加法器12的输出端连接到闭环控制器13的输入端；电子开关14的输入端与闭环控制器13的输出端连接，电子开关14的输出端和前馈控制器16的输出端连接到第二加法器15的输入端，第二加法器15的输出端连接到比例放大器2的输入端。

上述结构特征构成第二种技术方案的先导型比例方向流量连续控制阀。

Claims (7)

1.先导型比例方向流量连续控制阀，包含有第一先导比例阀（1a）、第二先导比例阀（1b）、比例放大器（2）、端盖（3）、主阀体（4）、驱动阀芯（5）、主阀芯（6）、第一定位弹簧（7a）、第二定位弹簧（7b）、第一面积调节环（8a）、第二面积调节环（8b），比例放大器（2）的输出端与第一先导比例阀（1a）和第二先导比例阀（1b）连接；其特征是：驱动阀芯（5）与端盖（3）形成1个与外界相连通的控制油口Pc，第一面积调节环（8a）、第二面积调节环（8b）与端盖（3）形成的容腔h与油箱T连接；主阀芯（6）与主阀体（4）形成与外界相连通的5个油口，即第一出油口A、进油口Ps、第二出油口B、两个回油口T，其中，进油口Ps引入压力油，第一出油口A、第二出油口B分别与执行器的二腔连通，回油口T与油箱连通，第一出油口A、第二出油口B和回油口T开启量的大小与主阀芯（6）的位移量成正比，驱动阀芯（5）与主阀芯（6）的位移相等；第一面积调节环（8a）、第二面积调节环（8b）、驱动阀芯（5）、第一定位弹簧（7a）和第二定位弹簧（7b）同轴布置在端盖（3）中，端盖（3）与主阀体（4）连接，驱动阀芯（5）与主阀芯（6）同轴布置，主阀芯（6）轴向布置在主阀体（4）中；所述驱动阀芯（5）上设有三个相互连通的油孔以及两个通油孔，外部控制油通过端盖（3）上的控制油口Pc进入第一油孔P1，通过第一油孔P1进入驱动阀芯（5）内的第二油孔P2，通过第三油孔P3分别进入第一面积调节环（8a）与驱动阀芯（5）形成的容腔j1和第二面积调节环（8b）与驱动阀芯（5）形成的容腔j2中，第一面积调节环（8a）和第二面积调节环（8b）加工有第六油孔P6、油槽P7，驱动阀芯（5）的通油孔K1将容腔j1中的油液引入到第一面积调节环（8a）与驱动阀芯（5）形成的容腔j3中，驱动阀芯（5）的通油孔K2将容腔j2中的油液引入到第二面积调节环（8b）与驱动阀芯（5）形成的容腔j4中，第六油孔P6将第一面积调节环（8a）与驱动阀芯（5）形成的容腔j1和第二面积调节环（8b）与驱动阀芯（5）形成的容腔j2中的外部控制油引入到油槽P7，油槽P7将外部控制油分别引入到第一容腔e和第二容腔f中；主阀芯（6）上设有第四油孔P4和第五油孔P5，第二容腔f中的压力油通过第四油孔P4进入第五油孔P5中，再通过第五油孔P5进入主阀芯（6）与主阀体（4）形成的第三容腔g中；端盖（3）中的第一容腔e经第一流道L1与第一先导比例阀（1a）进油口连通，第一先导比例阀（1a）的出油口经第三流道L3与油箱T连通，端盖（3）中的第二容腔f和主阀体（4）中的第三容腔g经第二流道L2与第二先导比例阀（1b）进油口连通，第二先导比例阀（1b）的出油口经第三流道L3与油箱T连通。

2.如权利要求1所述先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是所述主阀体（4）一端连接手动控制装置（9）。

3.如权利要求1所述的先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是驱动阀芯（5）与主阀芯（6）的连接包括下述一种：

（1）驱动阀芯（5）与主阀芯（6）是一体结构；

（2）驱动阀芯（5）与主阀芯（6）是分体结构。

4.如权利要求1所述的先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是第一先导比例阀（1a）和第二先导比例阀（1b）均是连续控制的比例阀。

5.如权利要求1所述的先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是第一先导比例阀（1a）和第二先导比例阀（1b）均是高速开关阀。

6.如权利要求1所述的先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是端盖中的介质是油、水和空气的一种。

7.先导型比例方向流量连续控制阀，其特征是在权利要求1所述的先导型比例方向流量连续控制阀中增设有第一先导位移传感器（10a）、第二先导位移传感器（10b）、先导反馈信号放大器（11）、第一加法器（12）、闭环控制器（13）、电子开关（14）、第二加法器（15）、前馈控制器（16）；第一先导位移传感器（10a）和第二先导位移传感器（10b）的输出端连接到先导反馈信号放大器（11）的输入端，先导反馈信号放大器（11）的输出端与电子开关（14）的控制端和第一加法器（12）的输入端连接，设定信号uxs同时连接到第一加法器（12）和前馈控制器（16）的输入端，第一加法器（12）的输出端连接到闭环控制器（13）的输入端；电子开关（14）的输入端与闭环控制器（13）的输出端连接，电子开关（14）的输出端和前馈控制器（16）的输出端连接到第二加法器（15）的输入端，第二加法器（15）的输出端连接到比例放大器（2）的输入端。