CN109869363A - 一种液压智能控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压控制阀技术领域。为了解决在现有液压***使用大量不同种类液压控制阀时存在的上述问题，本发明公开了一种液压智能控制阀。该液压智能控制阀，包括电控主阀、微处理器和检测单元；检测单元包括两个压力传感器，分别固定在电控主阀的进口位置和出口位置，用于检测电控主阀的进口压力和出口压力，并形成压力检测信号发送至微处理器；微处理器接收压力检测信号和控制信号，并与电控主阀连接用于控制电控主阀的阀口开度大小变化；其中，控制信号来自该液压智能控制阀以外的信号源。本发明的液压智能控制阀，微处理器根据检测单元对电控主阀的检测结果对电控主阀的阀口开度进行调整控制，通过节流控制的形式实现不同液压阀的控制功能。

Description

一种液压智能控制阀

技术领域

本发明属于液压控制阀技术领域，具体涉及一种液压智能控制阀。

背景技术

液压控制阀是在液压传动***或液压控制***中用于控制液体压力、流量和方向的控制元件。根据用途的不同，将液压控制阀设计为不同结构形式，从而实现不同的控制功能，例如用于控制压力的压力控制阀，用于控制流量的流量控制阀，用于控制通、断和流向的方向控制阀等各种结构形式和功能的液压控制阀。

目前，在一个完整的液压传动***或液压控制***中，为了保证液压传动***或液压控制***功能的准确实现和稳定安全运行，通常需要使用多个不同功能的液压控制阀，并且将这些液压控制阀分别安装在***的不同位置，通过不同液压控制阀在不同时间、不同油路的动作工作，对整个***中油液的压力、流量和流向进行调节控制，从而实现***控制功能的安全可靠实现。

然而，这样不仅在***设计过程中，需要根据不同油路的控制需求分别在不同位置选择和安装不同结构形式的液压控制阀，例如单向阀、溢流阀、安全阀、节流阀、减压阀以及顺序阀等液压控制阀，从而增加设计过程中对液压控制阀的选择工作量，同时还要保证不同结构形式控制阀可以安装和使用在同一***中，而且在***工作过程中，如果不同种类的液压控制阀安装位置错误或者需要调整该***的控制方式时，需要对整个***进行停机更换液压控制阀，从而增加更换工作量，而且反复拆动***会造成***的稳定性变差，例如油路密封性变差，从而降低***的工作稳定性和使用寿命。

发明内容

为了解决在现有液压***中需要使用大量不同结构形式液压控制阀时存在的上述问题，本发明提出了一种液压智能控制阀。该液压智能控制阀，包括电控主阀、微处理器和检测单元；所述检测单元包括两个压力传感器，分别固定在所述电控主阀的进口位置和出口位置，用于检测所述电控主阀的进口压力和出口压力，并形成压力检测信号发送至所述微处理器；所述微处理器接收压力检测信号和控制信号，并与所述电控主阀连接用于控制所述电控主阀的阀口开度大小变化；其中，所述控制信号来自该液压智能控制阀以外的信号源。

优选的，所述电控主阀选用比例阀或伺服阀。

优选的，所述压力传感器采用嵌入式结构，固定在所述电控主阀的阀体内部。

优选的，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号直接控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现节流控制。

优选的，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号和压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现单向节流控制；其中，当进口压力大于出口压力时，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，反之，所述电控主阀的阀口开度保持最大。

优选的，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号和压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现调速控制；其中，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，所述阀口开度控制信号随压力检测信号变化，以维持进口压力与出口压力之间的压差稳定不变。

优选的，所述控制信号为预设压力控制信号；所述微处理器接收预设压力控制信号，并且根据预设压力控制信号和进口压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现溢流和顺序控制；其中，当预设压力大于进口压力时，所述电控主阀的阀口开度保持为零，反之，所述电控主阀的阀口开度保持开启状态。

优选的，所述控制信号为预设压力控制信号和阀口开度控制信号；所述微处理器接收预设压力控制信号和阀口开度控制信号，并且根据预设压力控制信号和出口压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现减压控制；其中，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，所述阀口开度控制信号随出口压力变化，以维持出口压力稳定不变。

优选的，所述控制信号为预设压力控制信号、阀口开度控制信号和采集压力控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号、预设压力控制信号、采集压力控制信号和压力检测信号，并且根据阀口开度控制信号、预设压力控制信号、采集压力控制信号以及压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现平衡控制；其中，当进口压力小于等于出口压力时，所述电控主阀的阀口开度保持最大，当进口压力大于出口压力且预设压力大于采集压力时，所述电控主阀的阀口开度保持为零，当进口压力大于出口压力且预设压力小于等于采集压力时，所述电控主阀的阀口开度受阀口开度控制信号控制并保持恒定的流量通过。

进一步优选的，所述采集压力控制信号取自执行机构的油口处压力。

本发明的液压智能控制阀，带来了以下的有益技术效果：

1、在本发明的液压智能控制阀中，通过检测单元对电控主阀的进口压力和出口压力进行实时检测，由微处理器根据压力检测结果发送相应的阀口开度信号至电控主阀的控制部分，控制电控主阀的阀芯进行动作，从而改变电控主阀的阀口开度大小，调整电控主阀的节流控制效果，进而改变电控主阀的进口压力和出口压力。此时，通过微处理器对不同压力信号进行分析处理后，只需要向统一结构形式的电控主阀发送相对应的阀口开度控制信号进行节流控制，就可实现不同结构形式液压阀的控制功能。这样，不仅在液压***的设计过程中，只需要选用该统一结构形式的液压智能控制阀并配合不同的软件控制策略就可以实现多种不同结构形式液压阀的控制功能，从而降低液压***设计过程中对液压阀的选择工作量，而且在***运行工程中，只需要调整软件控制策略即可改变液压智能控制阀的功能作用，从而可以直接调整液压***的控制动作，大大扩展了液压***可以实现的控制类型，提升了对液压***的控制灵活性。

2、本发明的液压智能控制阀可以减少目前控制阀的硬件种类，简化控制阀的硬件设计，利于制造成本的降低。

附图说明

图1为本发明液压智能控制阀的组成结构示意图；

图2为本发明液压智能控制阀的结构关系示意图；

图3为实施例1中液压智能控制阀的图形符号示意图；

图4为实施例2中液压智能控制阀的图形符号示意图；

图5为实施例3中液压智能控制阀的图形符号示意图；

图6为实施例4中液压智能控制阀的图形符号示意图；

图7为实施例5中液压智能控制阀的图形符号示意图；

图8为实施例6中液压智能控制阀的图形符号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明中的技术方案进行详细介绍。

结合图1和图2所示，本发明的液压智能控制阀，包括电控主阀1、微处理器2和检测单元3。其中，检测单元3包括两个压力传感器31，并且分别固定在电控主阀1的进口位置和出口位置，用于检测电控主阀1的进口压力和出口压力。微处理器2包括输入单元21、输出单元22和控制单元23，其中，输入单元21与检测单元3连接用于接收压力检测信号，控制单元23接收控制信号，输出单元22与电控主阀1连接用于调节电控主阀1的阀口开度大小。

优选的，微处理器2与电控主阀1之间通过驱动放大器4进行连接，从而保证微处理器2发出的控制信号可以准确稳定的对电控主阀1进行动作控制。

在本发明中，控制单元23接收的控制信号，既可以是预先在整个液压***的控制终端(例如电脑)中预先设定输入的控制信号，也可以是根据检测单元3的检测结果以及液压***的调整要求，由操作人员实时给定输入的控制信号，甚至可以是对该液压智能控制阀以外的元件(例如作为执行机构的液压缸)进行检测获得的检测结果信号。

优选的，在本发明中电控主阀1选用比例阀或伺服阀，例如两位两通比例阀或高速开关比例先导阀，通过控制输入至电控主阀的信号变化可以对阀口的开度大小进行连续控制，从而实现对电控主阀的阀口面积的精准控制。

此外，本发明检测单元3中的两个压力传感器31均优选为嵌入式结构，并且直接固定在主控主阀1的阀体内部，与阀芯和阀体之间形成的节流阀口进行最大限度的靠近，保证对节流阀口前后油液压力的检测精度。

下面结合实施例对本发明液压智能控制阀的使用控制进行介绍。

实施例1

结合图1至图3所示，在本实施例中，电控主阀选用高速开关比例先导阀，并且该比例先导阀的阀芯在比例电磁铁作用力和弹簧作用力的共同作用下进行动作，从而实现对阀口开度在关闭和全开之间的大小调整。

在本实施例中，控制信号是阀口开度控制信号。微处理器的控制单元接收阀口开度控制信号，并据此直接控制电控主阀的阀口开度变化，从而根据流量公式，完成对通过电控主阀的液体流量的控制，实现该电控主阀的节流阀控制功能。

其中，液压节流元件所对应的流量公式为：

式中，Q(τ)—流量随阀开口的变化而变化

A(τ)—节流阀开口面积，与占空比成正比

C_d—节流阀流量系数

ρ—油液质量密度

P₁—进口压力

P₂—出口压力

在本实施例中，忽略进口压力P₁和出口压力P₂的影响，直接由微处理器根据阀口开度控制信号对电控主阀的电磁铁进行比例控制，从而克服弹簧作用力，驱动阀芯移动改变阀口的开度面积大小，调整通过该电控主阀的流体流量，实现对流体的节流控制。其中，根据***控制要求的不同，阀口开度控制信号可以是通过电脑输入至微处理器的某一固定值，也可以是随时间或压力调整的变化函数。

实施例2

结合图1和图4所示，采用与实施例1相同结构形式的电控主阀，其区别在于：控制信号包括阀口开度控制信号和压力检测信号。微处理器的控制单元接收阀口开度控制信号和压力检测信号，并且根据进口压力和出口压力之间的关系，控制电控主阀的阀口开度变化。其中，当进口压力P₁大于出口压力P₂时，电控主阀的阀口开度根据阀口开度控制信号的变化而变化，反之，当进口压力P₁小于等于出口压力P₂时，电控主阀的阀口开度处于最大状态，即电控主阀保持通路状态，从而实现单向节流阀的控制功能。在本实施例中，根据***的控制需要，输入至微处理器的阀口开度控制信号，既可以是将电控主阀的开度维持在特定大小的固定值，也可以是将电控主阀的开度设定为随时间或压力动态变化的变化函数。

在本实施例中，微处理器根据压力传感器检测到的电控主阀的进口压力和出口压力之间的关系，通过对电控主阀输入相应的阀口开度控制信号，改变电控主阀的阀口开度大小，从而实现对通过电控主阀流体的控制。此时，将原本由压力信号直接控制实现的单向节流功能调整为由阀口开度大小调节的节流控制来完成，从而使该结构形式的液压智能控制阀完成单向节流阀的控制功能。

实施例3

结合图1和图5所示，采用与实施例1相同结构形式的电控主阀，其区别在于：控制信号包括阀口开度控制信号和压力检测信号。微处理器的控制单元接收阀口开度控制信号和压力检测信号，并且根据进口压力和出口压力之间的关系，控制电控主阀的阀口开度变化。其中，阀口开度控制信号与进口压力P₁和出口压力P₂之间的压差相关联，并且微处理器根据进口压力P₁和出口压力P₂之间的压差变化，调整对电控主阀输入的阀口开度控制信号，使进口压力P₁与出口压力P₂之间的压差保持不变，从而实现调速阀的控制功能。在本实施例中，进口压力P₁与出口压力P₂之间的压差值可以根据***的控制需求设定，并由此根据流量公式确定输入至电控主阀的阀口开度信号。

在本实施例中，通过向微处理器发送与进口压力和出口压力之间压差相关联的阀口开度控制信号，并由微处理器根据实时检测获得的进口压力和出口压力之间的压差关系，实时调整发送至控制电控主阀的信号，从而将电控主阀的进口压力和出口压力最终调整至固定压差状态。此时，将原本直接受进口压力和出口压力之间压力差控制的顺序控制功能调整为由阀口开度大小调节的节流控制来完成，从而使该结构形式的液压智能控制阀完成调速阀的控制功能。

实施例4

结合图1和图6所示，采用与实施例1相同结构形式的电控主阀，其区别在于：控制信号包括预设压力控制信号。微处理器的控制单元会提前接收一个预设压力控制信号P₀，并且根据该预设压力控制信号P₀和进口压力P₁之间的关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化。其中，当预设压力P₀大于进口压力P₁时，电控主阀的阀口开度保持为零，即电控主阀保持断路状态，当预设压力P₀小于等于进口压力P₁时，电控主阀的阀口开度保持开启状态，即电控主阀保持通路状态，从而实现溢流阀和顺序阀的控制功能。根据***的设计和控制要求，当电控主阀保持通路状态时，阀口的开度既可以直接保持在最大状态，也可以维持在任意开度大小。

在本实施例中，通过向微处理器输入一个预设压力控制信号，并由微处理器根据预设压力与进口压力之间的关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化，从而对流过电控主阀的流体进行控制。此时，将由进口压力直接控制的溢流功能和顺序流动功能调整为由阀口开度大小调节的节流控制来完成，从而使该结构形式的液压智能控制阀完成溢流阀和顺序阀的控制功能。

此外，在本实施例中，根据所选用电控主阀的结构形式，预设压力控制信号就是与弹簧预设压力对应的控制信号，同样在他实施例中，根据选用电控主阀结构形式的不同，该预设压力控制信号可以为其它信号，例如当电控主阀选用液控结构形式时，该预设压力控制信号就是与控制油压力相对应的控制信号。

实施例5

结合图1和图7所示，采用与实施例1相同结构形式的电控主阀，其区别在于：控制信号包括预设压力控制信号。微处理器的控制单元会提前接收一个预设压力控制信号P₀，并且根据该预设压力控制信号P₀和出口压力P₂之间的关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化。其中，电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号进行变化，直至将出口压力P₂调整至与预设压力P₀相等并维持不变时为止，从而实现减压阀的控制功能。在本实施例中，预设压力P₀为弹簧的预设压力。

在本实施例中，通过向微处理器输入一个预设压力控制信号，并由微处理器根据预设压力与出口压力之间的关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化，从而将电控主阀的出口压力控制在与预设压力相关联的状态。此时，将原本由出口压力控制的减压控制功能调整为由阀口开度大小调节的节流控制来实现，从而使该结构形式的液压智能控制阀实现减压阀的控制功能。

实施例6

结合图1和图8所示，采用与实施例1相同结构形式的电控主阀，其区别在于：控制信号包括阀口开度控制信号、预设压力控制信号P₀和采集压力控制信号P₃。微处理器的控制单元接收阀口开度控制信号、预设压力控制信号P₀、采集压力控制信号P₃、进口压力P₁和出口压力P₂，并且根据预设压力P₀、采集压力P₃、进口压力P₁以及出口压力P₂之间的相互关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化。其中，当进口压力P₁小于等于出口压力P₂时，电控主阀的阀口开度为最大状态，即电控主阀保持通路状态；当进口压力P₁大于出口压力P₂且预设压力P₀大于采集压力P₃时，电控主阀的阀口开度为零，即电控主阀保持断路状态；当进口压力P₁大于出口压力P₂且预设压力P₀小于等于采集压力P₃时，电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化并保持恒定的流量通过，从而实现平衡阀的控制功能。在本实施例中，预设压力P₀为弹簧的预设压力；采集压力P₃取自执行机构的油口处压力，例如液压缸的有杆腔油口处压力或无杆腔油口处压力，从而形成远程外控平衡阀的控制形式。

在本实施例中，通过向微处理器输入预设压力控制信号、采集压力控制信号，并由微处理器根据预设压力、采集压力以及进口压力和出口压力之间的关系，控制电控主阀的阀口开度大小变化，从而对流过该电控主阀的流体进行控制。此时，将原本由多个压力信号相互控制的平衡功能调整为由阀口开度大小调节控制的节流控制来实现，从而使该结构形式的液压智能控制阀实现平衡阀对执行结构回路的平衡控制功能。

Claims (10)

1.一种液压智能控制阀，其特征在于，包括电控主阀、微处理器和检测单元；所述检测单元包括两个压力传感器，分别固定在所述电控主阀的进口位置和出口位置，用于检测所述电控主阀的进口压力和出口压力，并形成压力检测信号发送至所述微处理器；所述微处理器接收压力检测信号和控制信号，并与所述电控主阀连接用于控制所述电控主阀的阀口开度大小变化；其中，所述控制信号来自该液压智能控制阀以外的信号源。

2.根据权利要求1所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述电控主阀选用比例阀或伺服阀。

3.根据权利要求1所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述压力传感器采用嵌入式结构，固定在所述电控主阀的阀体内部。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号直接控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现节流控制。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号和压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现单向节流控制；其中，当进口压力大于出口压力时，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，反之，所述电控主阀的阀口开度保持最大。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为阀口开度控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号，并且根据阀口开度控制信号和压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现调速控制；其中，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，所述阀口开度控制信号随压力检测信号变化，以维持进口压力与出口压力之间的压差稳定不变。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为预设压力控制信号；所述微处理器接收预设压力控制信号，并且根据预设压力控制信号和进口压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现溢流和顺序控制；其中，当预设压力大于进口压力时，所述电控主阀的阀口开度保持为零，反之，所述电控主阀的阀口开度保持开启状态。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为预设压力控制信号和阀口开度控制信号；所述微处理器接收预设压力控制信号和阀口开度控制信号，并且根据预设压力控制信号和出口压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现减压控制；其中，所述电控主阀的阀口开度随阀口开度控制信号变化，所述阀口开度控制信号随出口压力变化，以维持出口压力稳定不变。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述控制信号为预设压力控制信号、阀口开度控制信号和采集压力控制信号；所述微处理器接收阀口开度控制信号、预设压力控制信号、采集压力控制信号和压力检测信号，并且根据阀口开度控制信号、预设压力控制信号、采集压力控制信号以及压力检测信号，控制所述电控主阀的阀口开度大小变化，实现平衡控制；其中，当进口压力小于等于出口压力时，所述电控主阀的阀口开度保持最大，当进口压力大于出口压力且预设压力大于采集压力时，所述电控主阀的阀口开度保持为零，当进口压力大于出口压力且预设压力小于等于采集压力时，所述电控主阀的阀口开度受阀口开度控制信号控制并保持恒定的流量通过。

10.根据权利要求9所述的液压智能控制阀，其特征在于，所述采集压力控制信号取自执行机构的油口处压力。