CN201246361Y - 一种闭环控制的高精度数字式同步阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闭环控制的高精度数字式同步阀，包括由阀体和作水平直线运动的阀芯组成的控制阀及电磁换向阀，阀芯由步进电机通过装有零位传感器的机械驱动轴驱动；阀体上开的油液进口和两个分流口组成两个对称油路，分流口开口量由阀芯的左右移动调节；油液进口与电磁换向阀的供油路相通，分流口与液动执行机械的进油口相接液动执行机械的出油口相接并与电磁换向阀的回油路相通，液动机械输出轴上装有数字位移传感器；数字位移传感器和零位传感器均接数字同步控制器，数字同步控制器分别接步进电机和电磁换向阀。本实用新型结构简单、加工及使用操作简便，制造运行成本较低且抗油液污染能力强、可靠性及控制精度高、同步性能好。

Description

一种闭环控制的高精度数字式同步阀

技术领域

本实用新型涉及液压同步驱动技术领域，尤其是涉及一种闭环控制的高精度数字式同步阀。

背景技术

现有的液压同步驱动***有开环控制和闭环控制两种控制方案，目前所采用的基于分流-集流阀的双液压执行元件(液压马达/液压油缸)同步驱动***是一种开环控制方案，虽然其结构简单成本低，但其同步精度较差，在动态时既不能保证速度同步，更难实现位置同步。2000年12月27日公开的实用新型专利“一种高精度同步协调阀”中公开了一种能够全自动控制的动态多缸同步协调阀，其属于电气-液压闭环控制方案，不仅能实现静态同步，而且能实现动态同步。但是，该专利方案对受控滑阀的驱动采用的是力矩马达和喷嘴挡板机构，结构复杂制造烦难，并且对油液的干净程度敏感，制造和运行成本都很高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其结构简单、加工及使用操作简便，不仅制造和运行成本较低，而且抗油液污染能力强、可靠性及控制精度高、同步性能好。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种闭环控制的高精度数字式同步阀，包括控制阀以及与其相接的电磁换向阀，其特征在于：所述控制阀由阀体和在阀体内的阀腔中作水平直线运动的阀芯组成，所述阀芯由步进电机通过机械驱动轴进行直接驱动，所述机械驱动轴上安装有零位传感器；所述阀体上开有一个油液进口和两个分别与油液进口相通的分流口，油液进口分别与两个分流口组成两个汇流-分流油路，所述两个汇流-分流油路呈对称分布，两个分流口的开口量通过阀芯的左右移动进行调节；所述油液进口通过管道与电磁换向阀的供油路相通，分流口通过管道分别与两个液动执行机械的进油口相接，所述两个液动执行机械的出油口通过管道相接且均与电磁换向阀的回油路相通；所述液动执行机械的液动机械输出轴上安装有数字位移传感器，数字位移传感器和零位传感器均接数字同步控制器，数字同步控制器分别接步进电机和电磁换向阀。

所述控制阀为滑阀或转阀，电磁换向阀为三位四通电磁阀。。

所述滑阀的油液进口设置在阀体的上方或下方，两个分流口对应设置在阀体的另一侧，油液进口分别和两个分流口组成左右两个对称的汇流-分流油路。

所述滑阀的阀芯为单凸台结构，其中部设置有一个能横向封堵所述阀腔的凸台且通过所述凸台的左右两个外端部分别对两个分流口的开口量进行调节，所述凸台正对油液进口设置，油液进口和两个分流口组成左右两个关于所述凸台对称的汇流-分流油路。

所述滑阀的阀芯为双凸台结构，其上设置有两个能横向封堵所述阀腔的凸台，两个凸台分别位于油液进口左右两侧且通过两个凸台的内端部分别对两个分流口的开口量进行调节，油液进口和两个分流口在所述两个凸台之间组成左右两个对称的汇流-分流油路。

所述滑阀的阀芯为三凸台结构，其上设置有三个能横向封堵所述阀腔的凸台且三个凸台从左至右依次为左凸台、中凸台和右凸台；所述中凸台正对油液进口设置且通过左凸台和右凸台的内端部分别对两个分流口的开口量进行调节，油液进口和两个分流口分别在左凸台和中凸台间、中凸台和右凸台间组成左右两个对称的汇流-分流油路。

所述转阀的油液进口设置在阀体的上方或下方，两个分流口分别设置在阀体的上方和下方且二者正对设置，油液进口分别和两个分流口组成上下两个对称的汇流-分流油路。

所述转阀的阀芯上对应油液进口和分流口分别设置有两个纵向通道。

所述液动执行机械为液压马达或液压油缸。

所述机械驱动轴为螺杆或丝杠，螺杆以螺纹方式固定在阀芯的一侧，阀芯的另一侧设置有确保阀芯在阀体内作水平直线运动的导向器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构简单、加工及使用操作简便，采用简单的大开口量的滑阀或转阀，抗干扰能力强，因而制造和运行成本较低；2、采用高精度数字式直接驱动的控制方式，为两个液动执行机构即液压执行元件(液压油缸/液压马达)提供同步控制，且采用数字式闭环控制，可靠性高；3、控制精度高，误差小，同步性能好；4、适用范围广，不仅可用于大流量、长行程高精度双缸同步(如大型闸门的升降)，而且可用于要求重量轻、精度高、可靠性高的航空技术的同步控制，如飞机的变后掠翼机构。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型第一优选实施方式的结构示意图。

图2为本实用新型第二优选实施方式的结构示意图。

图3为本实用新型第三优选实施方式的结构示意图。

图4为本实用新型第四优选实施方式的结构示意图。

附图标记说明：

1—电磁换向阀；          2—阀体；            3—阀芯；

4—螺杆；                5—分流口；          6—液压马达；

7—数字位移传感器；      8—数字同步控制器；  9—步进电机；

10—液动机械输出轴；     11—零位传感器；     12—导向器；

13—正转进油口；         14—正转出油口；     15—油液进口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型包括控制阀以及与其相接的电磁换向阀1，其中，所述控制阀由阀体2和在阀体2内的阀腔中作水平直线运动的阀芯3组成。所述阀芯3由步进电机9通过机械驱动轴进行直接驱动，本实施例中，其机械驱动轴为螺杆4，并且螺杆4以螺纹方式固定在阀芯3的一侧，而阀芯3的另一侧设置有确保阀芯3在阀体2内作水平直线运动的导向器12。实践中，机械驱动轴也可以为丝杠。另外，所述机械驱动轴即螺杆4上安装有零位传感器11。所述液动执行机械为液压马达6或液压油缸，本实施例中采用的是液压马达6。

所述阀体2上开有一个油液进口15(即P口)和两个分别与油液进口15相通的分流口5(即A、B口)，油液进口15分别与两个分流口5组成两个汇流-分流油路(即P-A和P-B)，所述两个汇流-分流油路呈对称分布，并且两个分流口5的开口量通过阀芯3的左右移动进行调节。所述油液进口15通过管道与电磁换向阀1的供油路相通，两个分流口通过管道分别与两个液动执行机械的进油口13相接，所述两个液动执行机械的出油口14通过管道相接且均与电磁换向阀1的回油路相通。所述液动执行机械的液动机械输出轴10上安装有数字位移传感器7，数字位移传感器7和零位传感器11均接数字同步控制器8且二者分别将其实时检测到的信号传送至数字同步控制器8；同时，数字同步控制器8分别接步进电机9和电磁换向阀1，即实现由数字同步控制器8对步进电机9和电磁换向阀1的控制，而电磁换向阀1为三位四通电磁阀。

本实施例中，所述控制阀为滑阀，并且滑阀的油液进口15设置在阀体2的下方，所述两个分流口5对应设置在阀体2的另一侧即上方，油液进口15分别和两个分流口5组成左右两个对称的汇流-分流油路。实践中，也可以将油液进口15和两个分流口5的位置对调，即将油液进口15设置在阀体2的上方，所述两个分流口5对应设置在阀体2的下方。另外，本实施例中，所述滑阀的阀芯3为单凸台结构，其中部设置有一个能横向封堵所述阀腔的凸台且通过所述凸台的左右两个外端部分别对两个分流口5的开口量进行调节，所述凸台正对油液进口15设置，油液进口15和所述两个分流口5组成左右两个关于所述凸台对称的汇流-分流油路。

本实用新型的工作过程是：上电启动后，电磁换向阀1处于中间停止位置，数字同步控制器8检测零位传感器11的初态并相应控制步进电机9直接驱动同步动作的阀芯3回归零位；而当电磁换向阀1执行正转供油任务时，电磁换向阀1左边的电磁线圈接通并使其内部使阀芯处于右位状态，此时压力油Ps与电磁换向阀1内部阀芯右位左边的供油路相通，回油路Po与右油路相通，此时，压力油Ps通过供油路连通控制阀的油液进口15即P口进而进入阀体2内部阀腔，又因为阀芯3与阀体2将进入P口的压力油分为两路(即P-A和P-B)。同时，阀体2上的左右两个分流孔5分别连通两个液压马达6的正转进油口13，使液压马达6正转；左右两个液压马达6的正转出油口14的两个油路汇集后(即回油路Po)与电磁换向阀1的右位右油路相通，从而构成完整的液压工作回路。

而左右两个液压马达6上的液动机械输出轴10上安装有数字式位移传感器7，具体是液动机械输出轴10与数字式位移传感器7的活动输入端连接。两个数字式位移传感器7均实时输出位移脉冲信号至数字同步控制器8，再由数字同步控制器8的程控计数器(PC1、PC2)分别进行计数，同时数字同步控制器8作减法运算E＝PC1-PC2，动态比较PC1与PC2的差值，从而实时监测左右两个液压马达6的同步状态。

当阀芯3处于零位时，两个汇流-分流油路(即P-A和P-B)的开口量相等，压力油Ps经所述控制阀等量分流到两液压马达6，两液压马达6同步运行。若由于两液压马达6的负载不等或其它原因使液压马达6出现位置误差时，数字同步控制器8检测出误差。假设左侧液压马达6的位置稍微超前于右侧液压马达6，即差值E>0时，数字同步控制器8依据差值E并经PID运算，控制步进电机9直接驱动阀芯3向右微小移动，调节两个分流口5的开口量，使得压力油Ps进入左侧液压马达6的流量减小而进入右侧液压马达6的流量增大，从而使左侧液压马达6的转速略为降低，对应地右侧液压马达6的转速略为增高，最终使得两个液压马达6的转速趋向同步。反之，当右侧液压马达6稍微超前于左侧液压马达6，即差值E<0时，数字同步控制器8依据差值E并经PID运算，控制步进电机9直接驱动阀芯3向左微小移动，调节两个分流口5开口量，从而使得压力油Ps进入右侧液压马达6的流量减小而进入左侧液压马达6的流量增大，继而使右侧液压马达6的转速略为降低，而左侧液压马达6的转速略为增高，最终使得两个液压马达6的转速趋向同步。

同理，通过本实用新型也能够实现上述两个液压马达6的反转，其同步控制方式与上述控制方式相同。

也就是说，在本实用新型中，阀体2与阀芯3构成匹配并对称的两个汇流-分流油路(即P-A和P-B)，使流经两条油路的油液液动力相互消减，步进电机9直接通过螺杆4驱动阀芯3，并且在导向器12的约束下，使得阀芯3只能作左右轴向移动，藉此改变两个分流口5的开口量大小，继而改变流经两条通路(即P-A、P-B)的油液流量，最终构成由数字式步进电机9直接驱动的同步滑阀。具体是：数字同步控制器8依据数字位移传感器7反馈的两个液压执行元件即液动执行机械(即液压油缸/液压马达6)的同步误差信号，相应控制步进电机9驱动螺杆4和带螺母的阀芯3组成的传动副并调整两个分流口5开口量的大小，相应改变流经两条通路(P-A、P-B)的油液流量，消除两个液压执行元件(即液压油缸/液压马达6)的同步误差，从而形成直接的数字式闭环控制***。而分流口5的开口量则在保证同步控制精度的前提下选取尽可能大的开口量，以降低节流损失并增强抗污染能力。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：所述滑阀的阀芯3为双凸台结构，其上设置有两个能横向封堵所述阀腔的凸台，两个凸台分别位于油液进口15左右两侧且通过两个凸台的内端部分别对两个分流口的开口量进行调节，油液进口15和两个分流口5在所述两个凸台之间组成左右两个对称的汇流-分流油路。本实施例中，其他部分的结构、控制方式和功能均与实施例1相同。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：所述滑阀的阀芯3为三凸台结构，其上设置有三个能横向封堵所述阀腔的凸台且三个凸台从左至右依次为左凸台、中凸台和右凸台。所述中凸台正对油液进口15设置且通过左凸台和右凸台的内端部分别对两个分流口的开口量进行调节，油液进口15和两个分流口分别在左凸台和中凸台间、中凸台和右凸台间组成左右两个对称的汇流-分流油路。本实施例中，其他部分的结构、控制方式和功能均与实施例1相同。

实施例4

如图4所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：所述控制阀为转阀，并且所述转阀的油液进口15设置在阀体2的下方，两个分流口5分别设置在阀体2的上方和下方且二者正对设置，油液进口15分别和两个分流口5组成上下两个对称的汇流-分流油路。所述转阀的阀芯3上对应油液进口15和两个分流口5分别设置有两个纵向通道，通过步进电机9直接驱动阀芯3左右移动，从而使得对应两个分流口5开的纵向通道不断与两个分流口5产生不同程度的错位，继而进一步改变两个分流口5的开口量。

综上，本实用新型的控制阀可以为滑阀，也可以为转阀，并且滑阀的阀芯3可以是单凸台、双凸台或三凸台结构，所述凸台为螺母。实际应用中，只要是两个油路分路结构对称的阀芯形式，在数字同步控制器8、数字位移传感器7和零位传感器11的综合配合作用下，就可以构成步进电机9直接驱动的数字式精密同步液压阀。不仅可以驱动液压马达6，也可以驱动液压油缸。利用数字传感器、数字同步控制器8构成数字式步进电机直接驱动同步液压阀的原理，还可以架构多缸精密同步的液压***。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种闭环控制的高精度数字式同步阀，包括控制阀以及与其相接的电磁换向阀(1)，其特征在于：所述控制阀由阀体(2)和在阀体(2)内的阀腔中作水平直线运动的阀芯(3)组成，所述阀芯(3)由步进电机(9)通过机械驱动轴进行直接驱动，所述机械驱动轴上安装有零位传感器(11)；所述阀体(2)上开有一个油液进口(15)和两个分别与油液进口(15)相通的分流口(5)，油液进口(15)分别与两个分流口(5)组成两个汇流-分流油路，所述两个汇流-分流油路呈对称分布，两个分流口(5)的开口量通过阀芯(3)的左右移动进行调节；所述油液进口(15)通过管道与电磁换向阀(1)的供油路相通，分流口(5)通过管道分别与两个液动执行机械的进油口(13)相接，所述两个液动执行机械的出油口(14)通过管道相接且均与电磁换向阀(1)的回油路相通；所述液动执行机械的液动机械输出轴(10)上安装有数字位移传感器(7)，数字位移传感器(7)和零位传感器(11)均接数字同步控制器(8)，数字同步控制器(8)分别接步进电机(9)和电磁换向阀(1)。

2.按照权利要求1所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述控制阀为滑阀或转阀，电磁换向阀(1)为三位四通电磁阀。

3.按照权利要求2所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述滑阀的油液进口(15)设置在阀体(2)的上方或下方，两个分流口(5)对应设置在阀体(2)的另一侧，油液进口(15)分别和两个分流口(5)组成左右两个对称的汇流-分流油路。

4.按照权利要求3所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述滑阀的阀芯(3)为单凸台结构，其中部设置有一个能横向封堵所述阀腔的凸台且通过所述凸台的左右两个外端部分别对两个分流口(5)的开口量进行调节，所述凸台正对油液进口(15)设置，油液进口(15)和两个分流口(5)组成左右两个关于所述凸台对称的汇流-分流油路。

5.按照权利要求3所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述滑阀的阀芯(3)为双凸台结构，其上设置有两个能横向封堵所述阀腔的凸台，两个凸台分别位于油液进口(15)左右两侧且通过两个凸台的内端部分别对两个分流口(5)的开口量进行调节，油液进口(15)和两个分流口(5)在所述两个凸台之间组成左右两个对称的汇流-分流油路。

6.按照权利要求3所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述滑阀的阀芯(3)为三凸台结构，其上设置有三个能横向封堵所述阀腔的凸台且三个凸台从左至右依次为左凸台、中凸台和右凸台；所述中凸台正对油液进口(15)设置且通过左凸台和右凸台的内端部分别对两个分流口(5)的开口量进行调节，油液进口(15)和两个分流口(5)分别在左凸台和中凸台间、中凸台和右凸台间组成左右两个对称的汇流-分流油路。

7.按照权利要求2所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述转阀的油液进口(15)设置在阀体(2)的上方或下方，两个分流口(5)分别设置在阀体(2)的上方和下方且二者正对设置，油液进口(15)分别和两个分流口(5)组成上下两个对称的汇流-分流油路。

8.按照权利要求7所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述转阀的阀芯(3)上对应油液进口(15)和分流口(5)分别设置有两个纵向通道。

9.按照权利要求1至8中任一项权利要求所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述液动执行机械为液压马达(6)或液压油缸。

10.按照权利要求1至8中任一项权利要求所述的一种闭环控制的高精度数字式同步阀，其特征在于：所述机械驱动轴为螺杆(4)或丝杠，螺杆(4)以螺纹方式固定在阀芯(3)的一侧，阀芯(3)的另一侧设置有确保阀芯(3)在阀体(2)内作水平直线运动的导向器(12)。

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