CN110725823B - 一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀 - Google Patents

一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，该比例调速阀利用压力飞升速率检测器实时检测主阀入口压力或出口压力变化，通过改变压力飞升速率检测器的阀口开度，控制主阀控制腔的压力，减小主阀流量超调量。本发明公开的一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀具有快速检测压力突变，快速调节由压力突变引起的流量超调，并通过结合数字流量补偿器，提高比例调速阀的等流量特性，改善比例调速阀动态性能的优点。

Description

一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀
技术领域
本发明属于电液控制阀技术领域，具体涉及一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀。
背景技术
在电液控制***中，插值式二级比例节流阀广泛应用在液压执行机构运动控制，由于受到阀口压差变化影响，使得插装式二级比例节流阀输出流量并不恒定。位移-流量反馈型比例节流阀是一种插装式二级比例节流阀，其优点之一是通过主阀的流量与通过先导阀的流量之间存在近似的线性关系，但是，其输出流量依然受到阀口压差变化的影响。为了减小阀口压差变化对输出流量的影响，我们通常在节流阀口串联或并联机械式压力补偿器，以维持节流阀两端压差近似恒定，但这样做的不足是控制精度低、频响低、以及较大的流量超调和能量损失。
为了改善这一技术难题，近年来提出了一种采用压力传感器，对阀的进出口压力差进行检测压力信号，并通过数字流量补偿器实现流量精确控制的数字压差补偿技术。公开号为CN1053110的“电液比例减压调速复合控制阀”利用控制算法和硬件电路提高了阀的控制精度和等流量特性，但由于受到硬件电路的动态响应、压力传感器的动态响应和控制算法运算时间的影响，当液压阀入口压力或负载压力发生瞬时突变时，依然会引起阀芯冲击与流量超调现象，严重影响阀的动态性能。
发明内容
为了克服现有数字压差补偿技术的不足，本发明提供一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，该比例调速阀利用压力飞升速率检测器实时检测主阀入口压力或出口压力变化，通过改变压力飞升速率检测器的阀口开度，控制主阀控制腔的压力，减小主阀流量超调量。本发明公开的一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀具有快速检测压力突变，快速调节由压力突变引起的流量超调，并通过结合数字流量补偿器，提高比例调速阀的等流量特性，改善比例调速阀动态性能的优点。
一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，包括：Valvistor插装阀1、Valvistor先导阀2、压力飞升速率检测器3及数字流量补偿器4；所述压力飞升速率检测器，包括入口压力飞升速率检测阀5和出口压力飞升速率检测阀6，其中，入口压力飞升速率检测阀，包括第I二位二通滑阀7和第I节流孔13，入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯8、第I右侧弹簧11和入口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅰ控制腔P1，第Ⅰ控制腔P1与Valvistor插装阀的进油口P相连通，第Ⅰ控制腔P1的压力作用于第I阀芯的右端面；入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯、第I左侧弹簧12与入口压力飞升速率检测阀的左端阀腔构成第Ⅱ控制腔P2，第Ⅱ控制腔P2通过第I节流孔与Valvistor主阀进油口P相连通，第Ⅱ控制腔P2的压力作用于第I阀芯左端面；
所述出口压力飞升速率检测阀，包括第II二位二通滑阀14和第II节流孔15，出口压力飞升速率检测阀的第II阀芯16、第II右侧弹簧17与出口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅲ控制腔P3，第Ⅲ控制腔P3与主阀出油口T连通，第Ⅲ控制腔P3的压力作用于第II阀芯右端面；第II阀芯、第II左侧弹簧18与左端阀腔构成第Ⅳ控制腔P4，第Ⅳ控制腔P4通过第II节流孔与主阀出油口T相连通，第Ⅳ控制腔P4的压力作用于第II阀芯左端面；
Valvistor主阀的控制腔PC与入口压力飞升速率检测阀的进油口a连接，入口压力飞升速率检测阀的出油口b与出口压力飞升速率检测阀的进油口c连接，出口压力飞升速率检测阀的出油口d与先导阀的进油口e连接，主阀的出油口T与先导阀的出油口f、出口压力飞升速率检测阀的第Ⅲ控制腔P3和第Ⅳ控制腔P4相通，出口压力传感器检测主阀出油口T的压力，并输入数字流量补偿器，主阀的进油口P与入口压力飞升速率检测阀的第Ⅰ控制腔P1和第Ⅱ控制腔P2相通，入口压力传感器检测Valvistor主阀进油口P的压力，并输入数字流量补偿器，数字流量补偿器的输出端口与先导阀的比例放大器连接。
数字流量补偿器检测主阀的进、出口压力，计算出主阀进、出口的压差，并通过控制算法实现比例调速阀的等流量特性。
所述Valvistor主阀为插装阀；所述先导阀为直动式比例调速阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过压力传感器检测主阀进、出口压差，与数字流量补偿器形成电子闭环控制，实现了比例调速阀等流量控制特性，提高了比例调速阀的流量控制精度。
2、本发明在主阀与先导阀之间安装压力飞升速率检测器，当Valvistor主阀进油口(或出油口)压力发生突变的时候，实时检测到压力变化量，通过改变压力飞升检测阀的阀口开度控制主阀控制腔PC的压力，减小主阀阀芯冲击，以及阀芯冲击带来的流量超调，提高比例调速阀的动态性能品质。
3、本发明在压力飞升速率检测器检测主阀进(出)油口压力变化，及时调整主阀控制腔压力，抑制压力超调，同时结合控制算法使流量快速达到稳定状态。
附图说明
图1为本发明插装式两级比例调速阀的组成结构图；
图2为压力飞升速率检测器的结构原理图；
图3为数字流量补偿器的控制策略图。
图中：1-Valvistor主阀；2-Valvistor先导阀；3-压力飞升速率检测器；4-数字流量补偿器；5-入口压力飞升速率检测阀；6-出口压力飞升速率检测阀；7-第I二位二通滑阀；8-第I阀芯；9-第I阀套；10-第II阀套；11-第I右侧弹簧；12-第I左侧弹簧；13-第I节流孔；14-第II二位二通滑阀；15-第II节流孔；16-第II阀芯；17-第II右侧弹簧；18-第II左侧弹簧；19-入口压力传感器；20-出口压力传感器；21-减法器；22-双线性插值器；23-选择控制器；24-开关。
具体实施方式
以下结合附图介绍本发明详细技术方案：
如图1-2所示，一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，包括：Valvistor插装阀1、Valvistor先导阀2、压力飞升速率检测器3及数字流量补偿器4；所述压力飞升速率检测器，包括入口压力飞升速率检测阀5和出口压力飞升速率检测阀6，其中，入口压力飞升速率检测阀，包括第I二位二通滑阀7和第I节流孔13，第I二位二通滑阀，包括：第I阀芯8、第I阀套9、第I右侧弹簧11、第I左侧弹簧12以及第I节流孔13；入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯8、第I右侧弹簧11和入口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅰ控制腔P1，第Ⅰ控制腔P1与Valvistor插装阀的进油口P相连通，第Ⅰ控制腔P1的压力作用于阀芯的右端面；入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯、第I左侧弹簧12与入口压力飞升速率检测阀的左端阀腔构成第Ⅱ控制腔P2，第Ⅱ控制腔P2通过第I节流孔与Valvistor主阀进油口P相连通，第Ⅱ控制腔P2的压力作用于阀芯左端面。
所述出口压力飞升速率检测阀，包括第II二位二通滑阀14和第II节流孔15，第II二位二通滑阀，包括：第II阀芯16、第II阀套10、第II右侧弹簧17以及第II左侧弹簧18；出口压力飞升速率检测阀的第II阀芯16、第II右侧弹簧17与出口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅲ控制腔P3，第Ⅲ控制腔P3与主阀出油口T连通，第Ⅲ控制腔P3的压力作用于阀芯右端面；第II阀芯、第II左侧弹簧18与左端阀腔构成第Ⅳ控制腔P4，第Ⅳ控制腔P4通过第II节流孔与主阀的出油口T相连通，第Ⅳ控制腔P4的压力作用于阀芯左端面。
Valvistor主阀的控制腔PC与入口压力飞升速率检测阀的进油口a连接，入口压力飞升速率检测阀的出油口b与出口压力飞升速率检测阀的进油口c连接，出口压力飞升速率检测阀的出油口d与先导阀的进油口e连接，主阀的出油口T与先导阀的出油口f、出口压力飞升速率检测阀的第Ⅲ控制腔P3和第Ⅳ控制腔P4相通，出口压力传感器检测主阀出油口T的压力，并输入数字流量补偿器，主阀的进油口P与入口压力飞升速率检测阀的第Ⅰ控制腔P1和第Ⅱ控制腔P2相通，入口压力传感器检测Valvistor主阀进油口P的压力，并输入数字流量补偿器，数字流量补偿器的输出端口与先导阀的比例放大器连接。
如图3所示，数字流量补偿器，包括：入口压力传感器19、出口压力传感器20、减法器21、双线性插值器22、选择控制器23、开关24；入口压力传感器与出口压力传感器用于检测主阀进、出口的压力值，再经减法器计算得到进出口压差ΔP，ΔP开方后的所得值与期望流量qd共同输入双线性插值器，得到先导阀的控制电压Up，选择器比较ΔP和最小压差设定值ΔPmin，当ΔP>ΔPmin时，比较器输出信号值为1，开关处于on的状态，先导阀的控制电压为Up,且Up>0；当ΔP≤ΔPmin时，输出信号值为0，开关处于off状态，先导阀的控制电压为0。
当负载突然增大时，主阀的出油口压力突升，导致主阀芯向上冲击，同时，出口压力飞升速率检测阀的第Ⅰ控制腔P1压力突升，由于出口压力飞升检测阀的第Ⅱ控制腔P2有固定节流口作用，压力变化较慢，导致阀芯两端受力不平衡，阀芯快速向左端移动，阀口开度变小，从而使主阀控制腔压力快速升高，抑制主阀阀芯超调；与此同时，压力传感器检测到主阀阀口压差降低，经过数字流量补偿器计算对先导阀控制电压的补偿，将先导阀口开度调整至于适合数值，继而主阀口也跟随相应变化，从而保持主阀输出流量稳定。当入口压力发生突升时，控制过程同上。
当负载压力突然减小时，出油口压力突降导致主阀芯突然下降，于此同时出口压力飞升检测阀第Ⅲ控制腔P3压力突降，由于出口压力飞升检测阀第Ⅳ控制腔P4由于有固定节流口作用，压力变化较慢，导致阀芯两端受力不平衡，阀芯迅速向右端移动，从而使主阀控制腔压力快速下降，抑制主阀阀芯超调；出油口突降，主阀芯出油口压差发生突变，经过数字流量补偿器对先导阀控制电压的补偿，增大先导阀口开度，增大先导阀流量，由于主阀流量是先导阀流量的线性放大，主阀流量增大以补偿压力突变引起的流量变化，提高比例调速阀的等流量特性。当入口压力发生突降时，控制过程同上。
本发明通过压力飞升速率检测器与数字流量补偿器的结合，抑制主阀芯冲击，减小流量超调，提高其动态性能与等流量特性。
所述Valvistor主阀为插装阀；所述先导阀为直动式比例调速阀。
数字流量补偿器检测主阀的进、出口压差，并通过控制算法形成电闭环，实现比例调速阀的等流量特性，所有可实现以上功能的算法均可应用于此阀。

Claims (3)

1.一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，其特征在于：包括：Valvistor主阀（1）、Valvistor先导阀（2）、压力飞升速率检测器（3）及数字流量补偿器（4）；所述压力飞升速率检测器，包括入口压力飞升速率检测阀（5）和出口压力飞升速率检测阀（6），其中，入口压力飞升速率检测阀，包括第I二位二通滑阀（7）和第I节流孔（13），入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯（8）、第I右侧弹簧（11）和入口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅰ控制腔P 1，第Ⅰ控制腔P 1与Valvistor主阀的进油口P相连通，第Ⅰ控制腔P 1的压力作用于第I阀芯的右端面；入口压力飞升速率检测阀的第I阀芯、第I左侧弹簧（12）与入口压力飞升速率检测阀的左端阀腔构成第Ⅱ控制腔P 2，第Ⅱ控制腔P 2通过第I节流孔与Valvistor主阀进油口P相连通，第Ⅱ控制腔P 2的压力作用于第I阀芯左端面；
所述出口压力飞升速率检测阀，包括第II二位二通滑阀（14）和第II节流孔（15），出口压力飞升速率检测阀的第II阀芯（16）、第II右侧弹簧（17）与出口压力飞升速率检测阀的右端阀腔构成第Ⅲ控制腔P 3，第Ⅲ控制腔P 3与主阀出油口T连通，第Ⅲ控制腔P 3的压力作用于第II阀芯右端面；第II阀芯、第II左侧弹簧（18）与左端阀腔构成第Ⅳ控制腔P 4，第Ⅳ控制腔P 4通过第II节流孔与主阀的出油口T相连通，第Ⅳ控制腔P 4的压力作用于第II阀芯左端面；
Valvistor主阀的控制腔P C与入口压力飞升速率检测阀的进油口a连接，入口压力飞升速率检测阀的出油口b与出口压力飞升速率检测阀的进油口c连接，出口压力飞升速率检测阀的出油口d与先导阀的进油口e连接，主阀的出油口T与先导阀的出油口f、出口压力飞升速率检测阀的第Ⅲ控制腔P 3和第Ⅳ控制腔P 4相通，出口压力传感器检测主阀出油口T的压力，并输入数字流量补偿器，主阀的进油口P与入口压力飞升速率检测阀的第Ⅰ控制腔P 1和第Ⅱ控制腔P 2相通，入口压力传感器检测Valvistor主阀进油口P的压力，并输入数字流量补偿器，数字流量补偿器的输出端口与先导阀的比例放大器连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，其特征在于：数字流量补偿器检测主阀的进、出口压力，计算出主阀进、出口的压差，并通过控制算法实现比例调速阀的等流量特性。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力飞升速率检测器的插装式两级比例调速阀，其特征在于：所述Valvistor主阀为插装阀；所述先导阀为直动式比例调速阀。
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