CN108317117B - 一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压伺服控制***领域，提供一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，包括三位三通液动换向阀、两位两通电液换向阀、单向阀、主伺服阀、备伺服阀、两位六通电液换向阀、补油单向阀、控制模块、节流阀。本发明通过三位三通液动换向阀、两位两通电液换向阀、单向阀、两位六通电液换向阀等液压元件的组合集成，实现了伺服阀的冗余备份，实现了伺服阀P口压力的负载自适应变化，实现了较低供油压力既能完成较大超越负载的舵机位移闭环控制，降低了超越负载情况下伺服阀阀口的压差，降低了控制阀组的节流噪声，降低了能源损耗。

Description

一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组

技术领域

本发明属于液压伺服控制***领域，具体涉及一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组。

背景技术

伺服控制阀组一般包括伺服阀及其他辅助液压元件，主要用于液压伺服舵机***的控制，实现舵机液压缸的位移闭环。

目前的伺服控制阀组均以恒压源作为动力源，液压缸在较大的超越负载（液压缸负载力的方向与液压缸运动方向相同）的作用下，控制阀组中伺服阀阀口两端的压差非常大，导致节流噪声较大。另外，在较小负载情况下，恒压源的压力会高出负载很多，舵机液压缸闭环控制时，伺服阀阀口两端的压差同样大，同时，能量损耗也大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，而提供一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，能有效提高控制阀组的可靠性，该控制阀组具有冗余备份的同时，伺服阀压力油口的压力能够根据负载的变化情况，自动选取适应的油源作为动力源。负载较大时，伺服阀压力油口选取高压源作为动力源，负载较低或者超越负载情况下，伺服阀压力油口选取低压源作为动力源，从而降低了阀口的压差，降低了节流噪声，同时也可降低能量损耗。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，包括三位三通液动换向阀、两位两通电液换向阀、第一单向阀、主伺服阀、补油单向阀、控制模块、节流阀；

所述三位三通液动换向阀带阀芯位移反馈，所述三位三通液动换向阀的P、T口均与高压油源相通，A口与两位两通电液换向阀的P口相通，液控口分别与液压缸的A、B口相连接；

所述两位两通电液换向阀的初始位为导通位，所述两位两通电液换向阀的A口与主伺服阀的P口相通；所述两位两通电液换向阀在控制信号的作用下实现换向；

所述主伺服阀带阀芯位移反馈，其P口通过第一单向阀与低压油源相通，其A、B口与液压缸的A、B口相连接，主伺服阀的T口与节流阀相连；所述主伺服阀在控制信号作用下实现液压缸的位移闭环控制，同时反馈阀芯位移信号；

所述补油单向阀数量为2个，其B口分别接接主伺服阀的A、B口，其A口与主伺服阀的T口相连；补油单向阀的功能是实现超越负载工况下伺服阀A、B口的补油。

所述控制模块包括电源、CPU、模拟量输入\输出模块和I\0模块，所述模拟量输入\输出模块与主、备伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯相连，所述I\0模块与两位两通电液换向阀相连，所述控制模块通过采集主伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯位移反馈信号，判断是否超越负载，进而控制两位两通电液换向阀的得电或失电，当超越负载时，两位两通电液换向阀得电，否则失电；

所述节流阀一端与主伺服阀的T口相连，一端与油箱相连，其功能是使伺服阀T口产生一定的背压，实现多级节流，降低节流噪声。

所述第一单向阀、第二单向阀的功能是实现高压油源与低压油源的单向隔离。

进一步的优化方案，低节流噪声的双裕度伺服控制阀组还包括备伺服阀和两位六通电液换向阀，所述备伺服阀结构与主伺服阀相同，其P口通过第二单向阀与主伺服阀的P口相通，同时备伺服阀的P口与两位两通电液换向阀的P口及三位三通液动换向阀的A口相通，备伺服阀的 T口与主伺服阀的T口相通；所述两位六通电液换向阀的压力油口和回油口分别与主、备伺服阀的A、B口相通，两位六通电液换向阀的A、B口与液压缸的A、B口相连接。

上述技术方案中，所述主伺服阀、备伺服阀及两位六通电液换向阀完成伺服阀的冗余备份，所述两位六通电液换向阀通过换向完成主、备伺服阀油路的切换。

在上述技术方案中，所述三位三通液动换向阀为对称结构功能的换向阀，即阀芯往左和往右运动后的功能相同。三位三通液动换向阀在中位时，换向阀处于截止位；当阀芯开启一定程度后（负载大于一定值，该值可通过参数设计设定），换向阀处于导通状态，实现了高压油源向伺服阀供油油路的畅通。

本发明提供的一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，利用三位三通液动换向阀及两位两通电液换向阀实现主伺服阀P口压力的负载自适应及超越负载情况下主伺服阀P口压力向低压油源切换的功能。初始状态时，三位三通液动换向阀处于中位，两位两通电液换向阀处于初始位，主伺服阀操舵时，正负载较低的情况下，负载不足以克服三位三通液动换向阀的弹簧力使三位三通液动换向阀打开，此时主伺服阀P口的压力源由低压油源提供。在超越负载的情况下，两位两通电液换向阀得电，此时无论负载绝对值多大，主伺服阀P口的压力均由低压油源提供。正负载较大情况下，负载克服三位三通液动换向阀的弹簧力使三位三通液动换向阀打开，此时主伺服阀P口的压力源由高压油源提供，同时，随着负载增大，三位三通液动换向阀阀芯开口增大，高压油源通过该阀的节流损失也越小，主伺服阀P口的压力也就越大，即适应了负载的变化。

本发明提供的一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组中备伺服阀的P口直接与三位三通液动换向阀的A口相通，可以实现伺服阀P口的压力适应负载的变化，即负载大时，P口供油压力大，负载低，P口供油压力低，同时，避免了两位两通电液换向阀卡滞而无法实现高负载的阀控操纵的缺陷，提高了阀组的可靠性。

本发明的有益效果是，通过三位三通液动换向阀、两位两通电液换向阀、单向阀、两位六通电液换向阀等液压元件的组合集成，实现了伺服阀的冗余备份，实现了伺服阀P口压力的负载自适应变化，实现了较低供油压力既能完成较大超越负载的舵机位移闭环控制，降低了超越负载情况下伺服阀阀口的压差，降低了控制阀组的节流噪声，降低了能源损耗。

附图说明

图1是本发明实施例的原理示意图。

图中：1三位三通液动换向阀，2两位两通电液换向阀，3第二单向阀，4主伺服阀，5备伺服阀，6两位六通电液换向阀，7补油单向阀，8控制模块，9节流阀，10第一单向阀。

图2是实施例中三位三通液动换向阀初始状态结构示意图。

图3 是实施例中三位三通液动换向阀阀芯向右运动时临界开启状态结构示意图。

图4是实施例中三位三通液动换向阀完全开启状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，包括三位三通液动换向阀1、两位两通电液换向阀2、第二单向阀3、主伺服阀4、备伺服阀5、两位六通电液换向阀6、补油单向阀7、控制模块8、节流阀9、第一单向阀10。

所述三位三通液动换向阀1带阀芯位移反馈，所述三位三通液动换向阀1的P、T口均与高压油源相通，三位三通液动换向阀1的A口与两位两通电液换向阀2的P口相通，三位三通液动换向阀1的液控口分别与与液压缸的A、B口相连接；

所述两位两通电液换向阀2的初始位为导通位，所述两位两通电液换向阀2的A口与主伺服阀4的P口相通；所述两位两通电液换向阀2在控制信号的作用下实现换向；

所述主伺服阀4带阀芯位移反馈，其P口通过第一单向阀10与低压油源相通，主伺服阀4的A、B口与两位六通电液换向阀6相通，主伺服阀4的T口与节流阀相连；所述主伺服阀4在控制信号作用下实现液压缸的位移闭环控制，同时反馈阀芯位移信号；

所述备伺服阀5结构与主伺服阀4相同，其P口通过第二单向阀3与主伺服阀4的P口相通，同时备伺服阀5的P口与两位两通电液换向阀2的P口及三位三通液动换向阀1的A口相通，T口与主伺服阀4的T口相通；

所述两位六通电液换向阀6的压力油口和回油口分别与主、备伺服阀的A、B口相通，两位六通电液换向阀6的A、B口与液压缸的A、B口相连接；

所述补油单向阀7数量为2个，其B口分别接两位六通电液换向阀6的A、B口，补油单向阀7的A口与主、备伺服阀的T口相连；

所述控制模块包括电源、CPU、模拟量输入\输出模块和I\0模块，所述模拟量输入\输出模块与主、备伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯相连，所述I\0模块与两位两通电液换向阀相连，所述控制模块通过采集主、备伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯位移反馈信号，判断是否超越负载，进而控制两位两通电液换向阀的得电或失电，当超越负载时，两位两通电液换向阀得电，否则失电；

所述节流阀一端与主、备伺服阀的T口相连，另一端与油箱相连。

为便于工作原理的阐述，进行如下定义：

a）液压缸两腔压力分别用Pa和Pb表示，其负载压力Pf=Pa-Pb；

b）三位三通液动换向阀阀芯位移用x表示，伺服阀阀芯位移用z表示，阀芯、液压缸位移右向为正，左向为负。

低节流噪声的双裕度伺服控制阀组的工作原理包括两大部分，伺服阀的冗余备份及低节流噪声原理。

a）伺服阀的冗余备份

初始状态时，主伺服阀4的A、B口与液压缸的A、B口相通，备伺服阀5的A、B口截止，主伺服阀4进行液压缸的控制；两位六通电液换向阀6得电时，备伺服阀5的A、B口与液压缸的A、B口相通，主伺服阀4的A、B口截止，备伺服阀5进行液压缸的控制。

b）低节流噪声工作原理

1）Pa大于Pb，且液压缸向右运动（正负载工况）

当Pa大于Pb，且液压缸向右运动时（比如液压缸从零位向右运动，并克服负载做功），三位三通液动换向阀1阀芯在Pa和Pb的压差作用下向右移动，控制模块8采集的三位三通液动换向阀1阀芯位移x为正，主伺服阀4阀芯位移z为负，此时控制模块8向两位两通电液换向阀2发送的控制信号为0，即失电。

如果Pf（Pa-Pb）小于设定值，三位三通液动换向阀1阀芯位移不够大（如图3所示阀芯位置状态），此时高压油源PH仍然无法通过阀芯的节流口，此时，主伺服阀4的P口压力只与低压油源PL相通，即P口压力为低压，此时，主伺服阀4在低压油源供油的情况下进行阀控操作。

当Pf大于设定值时，负载压力Pf足以克服三位三通液动换向阀1的弹簧力，使阀芯的A和PH口相通（如图4所示），此时PH口高压力油通过三位三通液动换向阀1及两位两通电液换向阀2向主伺服阀4的P口供高压油，同时，由于第一单向阀10的作用，P口高压油无法向PL口流通，在此情况下，主伺服阀4的P口压力自动切换到高压力油***，另外，随着负载压力的增大，三位三通液动换向阀1的阀芯开口量增大，PH通过三位三通液动换向阀1阀芯的压力损失减小，此时主伺服阀4的P口压力随着负载压力逐渐增大，起到负载自适应的作用。

2）Pa大于Pb，且液压缸向左运动（超越负载工况）

a）当Pa大于Pb，且液压缸向左运动时（比如液压缸从右位最大值向零位运动，负载带动液压缸运动），三位三通液动换向阀1阀芯在压力Pa和Pb作用下向左移动，控制模块8采集的三位三通液动换向阀1阀芯位移x为正，主伺服阀4阀芯位移z为正，此时控制模块8向两位两通电液换向阀2发送的控制信号为1，即两位两通电液换向阀2得电。

b）如果Pf小于设定值时，三位三通液动换向阀1阀芯位移不够大（如图3所示阀芯位置状态），此时高压油源PH仍然无法通过阀芯的节流口，此时，伺服阀P口的压力只与低压油源PL相通，即P口压力为低压，主伺服阀4在低压油源供油的情况下进行阀控操作。

c）当Pf大于设定值时，此时负载压力较大，并足以克服三位三通液动换向阀1弹簧力，使阀芯的A和PH口相通（如图4所示），但此时两位两通电液换向阀2处于左位，A口高压力油无法通过两位两通电液换向阀2向主伺服阀4的P口供高压油，在此情况下，主伺服阀4的P口的压力只与低压油源PL相通，即P口压力为低压，主伺服阀4在低压油源供油的情况下进行超越负载情况下的阀控操作，减小了主伺服阀4的P口和B口的压差。

3）Pb大于Pa

此时工作原理与Pa大于Pb相同（因为三位三通液动换向阀1左右工作位相同），所不同的是Pa大于Pb时，三位三通液动换向阀1工作在左位，pb大于Pa时，三位三通液动换向阀1工作在右位。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。上述方案只是本专利实例的一种，同功能的液动换向阀用同功能的电磁换向阀代替仍然能够完成本实例的所有功能。本发明不仅可用于舵机***位移闭环控制，还适用于实现其他液压伺服***中的位置闭环控制。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，其特征是：包括三位三通液动换向阀、两位两通电液换向阀、第一单向阀、主伺服阀、补油单向阀、控制模块、节流阀；

所述三位三通液动换向阀带阀芯位移反馈，所述三位三通液动换向阀的P、T口均与高压油源相通，三位三通液动换向阀的A口与两位两通电液换向阀的P口相通，三位三通液动换向阀的液控口分别与液压缸的A、B口相连接；

所述两位两通电液换向阀的初始位为导通位，所述两位两通电液换向阀的A口与主伺服阀的P口相通；所述两位两通电液换向阀在控制信号的作用下实现换向；

所述主伺服阀带阀芯位移反馈，其P口通过第一单向阀与低压油源相通，主伺服阀的A、B口与液压缸的A、B口相连接，主伺服阀的T口与节流阀相连；所述主伺服阀在控制信号作用下实现液压缸的位移闭环控制，同时反馈阀芯位移信号；

所述补油单向阀数量为2个，其B口分别接接主伺服阀的A、B口，补油单向阀的A口与主伺服阀的T口相连；

所述控制模块为电气控制模块，通过采集主伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯位移反馈信号，判断是否超越负载，进而控制两位两通电液换向阀的得电或失电，当超越负载时，两位两通电液换向阀得电，否则失电；

所述节流阀一端与主伺服阀的T口相连，另一端与油箱相连。

2.根据权利要求1所述的低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，其特征是：包括备伺服阀和两位六通电液换向阀，所述备伺服阀结构与主伺服阀相同，其P口通过第二单向阀与主伺服阀的P口相通，同时备伺服阀的P口与两位两通电液换向阀的P口及三位三通液动换向阀的A口相通，备伺服阀的T口与主伺服阀的T口相通；所述两位六通电液换向阀的压力油口和回油口分别与主、备伺服阀的A、B口相通，两位六通电液换向阀的A、B口与液压缸的A、B口相连接。

3.根据权利要求2所述的低节流噪声的双裕度伺服控制阀组，其特征是：所述控制模块包括电源、CPU、模拟量输入\输出模块和I\0模块，所述模拟量输入\输出模块与主、备伺服阀阀芯及三位三通液动换向阀阀芯相连，所述I\0模块与两位两通电液换向阀相连。