專利名稱：有源先導(dǎo)控制的主動伺服比例閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伺服比例閥，特別是一種有源先導(dǎo)控制的液壓流體流動方向和流速的伺服比例閥。
背景技術(shù)：
目前，隨著電液伺服比例技術(shù)在航空航天、冶金、船舶、軍事等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以 及現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，電液伺服技術(shù)得到了迅速的 發(fā)展，同時對其各項(xiàng)性能也提出了更高的要求?，F(xiàn)有的大流量伺服比例閥采用先導(dǎo)控制方式，用一個小流量的伺服閥作為先導(dǎo) 級，工作時需要較高壓力的外部油源，外部油源壓力較低時，會使閥的動態(tài)響應(yīng)變慢，甚至 導(dǎo)致閥口不能打開。另外由于先導(dǎo)閥過小的阻尼孔，及其閥芯與閥體非常小的配合間隙，造 成閥的抗污染能力差和較大的節(jié)流損失。本發(fā)明就是為了克服上述這些不足，以提高閥的 使用可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明要解決的問題是通過對伺服比例閥控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以進(jìn)一步改善伺服比例閥抗污染能力差的問題；通過改進(jìn)伺服比例閥控制 油源從外部引進(jìn)的問題，進(jìn)一步解決伺服比例閥控制油源從外部引進(jìn)時油源壓力不足，導(dǎo) 致閥口打不開，或者開啟響應(yīng)速度緩慢的問題，并提供一種有源先導(dǎo)控制的主動伺服比例閥。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是發(fā)明的有源先導(dǎo)控制的伺服比 例閥，它包括有位置傳感器、主級液壓閥、主級液壓閥第I控制腔、主級液壓閥第II控制腔， 主閥芯彈簧。其特征是增設(shè)了電動機(jī)、雙向液壓泵、控制器、第I單向閥、第II單向閥、第I 阻尼孔、第II阻尼孔、第III阻尼孔、第IV阻尼孔。雙向液壓泵第I油口與主級液壓閥第 I控制腔相連通，雙向液壓泵第II油口與主級液壓閥第II控制腔連通。主級液壓閥進(jìn)油 口通過第I阻尼孔與第I單向閥進(jìn)油口連通，第I單向閥出油口和雙向液壓泵第I油口連 通，主級液壓閥進(jìn)油口通過第II阻尼孔與第II單向閥進(jìn)油口連通，第II單向閥出油口和 雙向液壓泵第II油口連通。雙向液壓泵第I油口通過第III阻尼與油箱連通，雙向液壓泵 第II油口通過第IV阻尼孔與油箱連通。主閥芯上裝有彈簧。位置傳感器同軸安裝在主級 液壓閥閥芯上，檢測主級液壓閥閥芯位移量，其輸出信號輸入到控制器，控制器的輸出信號 控制電動機(jī)，驅(qū)動雙向液壓泵工作。其中，電動機(jī)可以是直流伺服電動機(jī)，可以是交流伺服電動機(jī)，也可以是交流異步 電動機(jī)。雙向液壓泵可以是定量泵，也可以是變量泵；結(jié)構(gòu)上可以是柱塞泵、齒輪泵、葉片 泵，也可以是其他類型的液壓泵。主級液壓閥可以是兩位兩通液壓閥、兩位三通液壓閥、三 位四通液壓閥，也可以是多路液壓閥。依據(jù)其伺服比例閥的控制結(jié)構(gòu)原理，將其從控制結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了有機(jī)的構(gòu)置，提高了伺服比例閥的抗污染能力。本發(fā)明通過改進(jìn)伺服比例閥控制油源從外部引進(jìn)的結(jié)構(gòu)，徹 底解決了伺服比例閥控制油源需要從外部引進(jìn)的問題，也解決了伺服比例閥控制油源從外 部引進(jìn)的油源壓力不足時閥口打不開的問題，或者開啟響應(yīng)速度緩慢的問題，提高了伺服 比例閥控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及工作性能，滿足了現(xiàn)有行業(yè)對伺服比例閥控制系統(tǒng)的要 求。本發(fā) 明的一種有源先導(dǎo)控制的主動伺服比例閥的優(yōu)點(diǎn)與積極效果主要體現(xiàn)在 (1)沒有先導(dǎo)閥過小的阻尼及非常小的配合間隙，因而抗污染能力強(qiáng)；(2)無需外部油源； (3)先導(dǎo)控制回路節(jié)流損失小，能耗低；(4)系統(tǒng)壓力不影響閥的動態(tài)響應(yīng)；(5)高響應(yīng)的伺 服電機(jī)提高了閥的動態(tài)響應(yīng)。


圖1是有源先導(dǎo)控制的兩位兩通伺服比例閥示意圖。圖2是有源先導(dǎo)控制的兩位三通伺服比例閥示意圖。圖3是有源先導(dǎo)控制的三位四通伺服比例閥示意圖。圖中1 電動機(jī)；2 雙向液壓泵；3 控制器；4 位置傳感器；5 主級液壓閥；6 主 級液壓閥第I控制腔；7 主級液壓閥第II控制腔；8 第I阻尼孔；9 第I單向閥；10 第II 阻尼孔；11 第II單向閥；12 第III阻尼孔；13 第IV阻尼孔；14 油箱；15 主級液壓閥閥 芯；16 主級液壓閥閥芯彈簧I ；17 主級液壓閥閥芯彈簧II。A-主級液壓閥第I出油口 ；B-主級液壓閥第II出油口。C-雙向液壓泵第I出油口 ；D-雙向液壓泵第II出油口。E-第I單向閥進(jìn)油口 ；F-第I單向閥出油口 ；G-第II單向閥進(jìn)油口 ；H-第II單 向閥出油口。P-主級液壓閥進(jìn)油口 ；T-主級液壓閥回油口。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明自稱的一種有源先導(dǎo)控制的主動伺服比例閥如 下實(shí)施例一如圖1所述，本發(fā)明有源先導(dǎo)控制的兩位兩通伺服比例閥，它包括有位置傳感器 4、主級液壓閥5、主級液壓閥第I控制腔6、主級液壓閥第II控制腔7，主閥芯彈簧116。增 設(shè)了電動機(jī)1、雙向液壓泵2、控制器3、第I單向閥9、第II單向閥11、第I阻尼孔8、第II 阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。雙向液壓泵第I油口 C與主級液壓閥第I控 制腔6相連通，雙向液壓泵第II油口 D與主級液壓閥第II控制腔7連通。主級液壓閥進(jìn) 油口 P通過第I阻尼孔8與第I單向閥進(jìn)油口 E連通，第I單向閥出油口 F和雙向液壓泵 第I油口 C連通，主級液壓閥進(jìn)油口 P通過第II阻尼孔10與第II單向閥進(jìn)油口 G連通， 第II單向閥出油口 H和雙向液壓泵第II油口 D連通。雙向液壓泵第I油口 C通過第III 阻尼12與油箱14連通，雙向液壓泵第II油口 D通過第IV阻尼孔13與油箱14連通。主 級液壓閥閥芯15上裝有主閥芯彈簧116。位置傳感器4同軸安裝在主級液壓閥閥芯15上， 檢測主級液壓閥閥芯15位移量，其輸出信號輸入到控制器3，控制器3的輸出信號控制電動機(jī)，電動機(jī)1驅(qū)動雙向液壓泵2旋轉(zhuǎn)，從而控制主級液壓閥閥芯15移動，調(diào)節(jié)閥開口量。具體實(shí)施中，電動機(jī)1采用直流伺服電動機(jī)，雙向液壓泵2采用軸向柱塞泵，主級 液壓閥5采用插裝式的大通徑錐閥，位置傳感器4采用差動變壓器式位移傳感器，單向閥9、 11采用普通錐閥式單向閥，各個阻尼孔直徑選取1mm。閥的工作原理是，當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個 指令信號，直流伺服電動機(jī)1在控制器3的控制下開始旋轉(zhuǎn)，雙向液壓泵2在直流伺服電動 機(jī)3的驅(qū)動下開始工作，雙向液壓泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D輸出壓力油到主 級液壓閥第II控制腔7，當(dāng)油液壓力克服主閥芯彈簧116的作用力后，主級液壓 閥5的主 級液壓閥閥芯15開始向上移動，主級液壓閥第I控制腔6排出的油液進(jìn)入雙向液壓泵第I 油口 C，閥口打開，位置傳感器4不斷檢測主級液壓閥閥芯15的位移，并將其值反饋到控制 器3。在其控制算法的作用下，輸出控制直流伺服電動機(jī)1旋轉(zhuǎn)的信號?？刂七^程中偏差的 正負(fù)決定了直流伺服電動機(jī)1的旋轉(zhuǎn)方向，也就決定了主級液壓閥閥芯15移動的方向，偏 差的大小決定了主級液壓閥閥芯15移動位移量?；芈分械牡贗阻尼孔8，第I單向閥9，第 II阻尼孔10，第II單向閥11，保證了主級液壓閥閥芯15位移不調(diào)整時雙向液壓泵第I油 口 C和雙向液壓泵第II油口 D的壓力平衡，并且低于供油壓力，同時在調(diào)整時可向低壓支 路補(bǔ)油。雙向液壓泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D分別設(shè)置有第III阻尼孔12、第 IV阻尼孔13，它們與油箱14連通，可用于補(bǔ)充系統(tǒng)泄露。實(shí)施例二如圖2所述，是有源先導(dǎo)控制的兩位三通伺服比例閥，它包括有位置傳感器4、主 級液壓閥5、主級液壓閥第I控制腔6、主級液壓閥第II控制腔7，主級液壓閥閥芯彈簧116。 增設(shè)了電動機(jī)1、雙向液壓泵2、控制器3、第I單向閥9、第II單向閥11、第I阻尼孔8、第 II阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。雙向液壓泵第I油口 C與主級液壓閥第 I控制腔6相連通，雙向液壓泵第II油口 D與主級液壓閥第II控制腔7連通。主級液壓 閥進(jìn)油口 P通過第I阻尼孔8與第I單向閥進(jìn)油口 E連通，第I單向閥出油口 F和雙向液 壓泵第I油口 C連通，主級液壓閥進(jìn)油口 P通過第II阻尼孔10與第II單向閥進(jìn)油口 G連 通，第Π單向閥出油口 H和雙向液壓泵第II油口 D連通。雙向液壓泵第I油口 C通過第 III阻尼12與油箱14連通，雙向液壓泵第II油口 D通過第IV阻尼孔13與油箱14連通。 主級液壓閥閥芯15上裝有主級液壓閥閥芯彈簧116。位置傳感器4同軸安裝在主級液壓閥 閥芯15上，，檢測主級液壓閥閥芯15位移量，其輸出信號輸入到控制器3，控制器3的輸出 信號控制電動機(jī)1的旋轉(zhuǎn)，從而控制雙向液壓泵2工作，控制主閥芯15上移或下移，調(diào)節(jié)閥 開口量。具體實(shí)施中，電動機(jī)1采用交流異步電動機(jī)，雙向液壓泵2采用雙向變量比例液壓 泵，主級液壓閥5采用兩位三通大流量滑閥，位置傳感器4采用差動變壓器式位移傳感器， 單向閥9、11采用普通錐閥式單向閥，阻尼孔直徑為1mm。閥的工作過程是，當(dāng)給系統(tǒng)輸入一 個指令信號，雙向變量比例液壓泵2在控制器3的控制下給系統(tǒng)輸出一定流量的油液，雙向 液壓泵第II油口 D 口輸出壓力油到主級液壓閥第II控制腔7，當(dāng)油液壓力克服主閥芯彈簧 116的力的作用后，，主級液壓閥閥芯15開始向上移動，雙向液壓泵第I控制腔的油流入雙 向液壓泵第I油口 C 口，閥口打開，位置傳感器4不斷檢測主級液壓閥閥芯15位移，并將其 值反饋回控制器3，控制器3輸出控制信號控制交流異步電動機(jī)1的旋轉(zhuǎn)方向以及雙向變量 比例變量泵2的排量大小，雙向變量比例液壓泵2依照控制要求輸出油液。控制過程中偏差的正負(fù)決定了交流異步電動機(jī)1的旋轉(zhuǎn)方向，決定了主級液壓閥主閥芯15移動的方向， 偏差的大小決定了主級液壓閥閥芯15移動位移量?；芈返贗固定阻尼8和第I單向閥9 及其第II固定阻尼孔10和第II單向閥11保證了主級液壓閥閥芯15位移不調(diào)整時雙向 液壓泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D壓力平衡，并且低于供油壓力，同時在調(diào)整時 可向低壓支路補(bǔ)油。雙向液壓泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D各設(shè)置第三固定阻 尼孔12、第四固定阻尼孔13，它們與油箱14相通，可用于補(bǔ)充系統(tǒng)泄露。實(shí)施例三如圖3所 述，有源先導(dǎo)控制的三位四通伺服比例閥，它包括有位置傳感器4、主級 液壓閥5、主級液壓閥第I控制腔6、主級液壓閥第II控制腔7，主級液壓閥閥芯彈簧116， 主級液壓閥閥芯彈簧1117。增設(shè)了電動機(jī)1、雙向液壓泵2、控制器3、第I單向閥9、第II 單向閥11、第I阻尼孔8、第II阻尼孔10、第III阻尼孔12、第IV阻尼孔13。雙向液壓泵 第I油口 C與主級液壓閥第I控制腔6相連通，雙向液壓泵第II油口 D與主級液壓閥第 II控制腔7連通。主級液壓閥進(jìn)油口 P通過第I阻尼孔8與第I單向閥進(jìn)油口 E連通，第 I單向閥出油口 F和雙向液壓泵第I油口 C連通，主級液壓閥進(jìn)油口 P通過第II阻尼孔10 與第II單向閥進(jìn)油口 G連通，第II單向閥出油口 H和雙向液壓泵第II油口 D連通。雙向 液壓泵第I油口 C通過第III阻尼孔12與油箱14連通，雙向液壓泵第II油口 D通過第IV 阻尼孔13與油箱14連通。主級液壓閥閥芯15上裝有主級液壓閥閥芯彈簧116和主級液 壓閥閥芯彈簧1117。位置傳感器4同軸安裝在主級液壓閥閥芯15上，，檢測主級液壓閥閥 芯15位移量，其輸出信號輸入到控制器3，控制器3的輸出信號控制電動機(jī)1，從而控制雙 向液壓泵2工作，從而控制主閥芯位移，調(diào)節(jié)閥開口量。具體實(shí)施中，伺服電動機(jī)1采用交流伺服電動機(jī)，雙向液壓泵2采用雙向定量泵， 主級液壓閥5采用三位四通大流量滑閥，位置傳感器4采用差動變壓器式位移傳感器，單向 閥9、11采用普通錐閥式單向閥，阻尼孔直徑為1mm。當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個指令信號，交流伺 服電動機(jī)1在控制器3的控制下開始旋轉(zhuǎn)，雙向液壓泵2在交流伺服電動機(jī)1的驅(qū)動下開 始工作，第II油口 D 口輸出壓力油到主級液壓閥第II控制腔7，當(dāng)油液壓力克服主級液壓 閥閥芯15上主級液壓閥閥芯彈簧116作用后，，主級液壓閥閥芯15開始向右移動，主級液 壓閥第I控制腔的油進(jìn)入雙向液壓泵第I油口 C 口，此時主級液壓閥進(jìn)油口 P和主級液壓 閥第I出油口 A相通，主級液壓閥第II出油口 B和主級液壓閥回油口 T相通。位置傳感器 不斷檢測主級液壓閥閥芯15位移，并將其值反饋回控制器3。在控制器3控制算法的作用 下，輸出控制交流伺服電動機(jī)1旋轉(zhuǎn)的信號?？刂七^程中偏差的正負(fù)決定了交流伺服電動 機(jī)1的轉(zhuǎn)向，決定了主級液壓閥閥芯15移動的方向。偏差的大小決定了交流伺服電動機(jī)1 的轉(zhuǎn)速，決定了主級液壓閥閥芯15移動位移量。給系統(tǒng)輸入相反的指令信號，則交流伺服 電動機(jī)1反轉(zhuǎn)，此時主閥進(jìn)油口 P和主閥回油口 T相通，主級液壓閥第II出油口 B和主級 液壓閥第I出油口 A主級液壓閥回油口 T相通?；芈返贗固定阻尼8和第I單向閥9及其 第II固定阻尼孔10和第II單向閥11保證了主級液壓閥閥芯15位移不調(diào)整時雙向液壓 泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D壓力平衡，并且低于供油壓力，同時在調(diào)整時可向 低壓支路補(bǔ)油。雙向液壓泵第I油口 C和雙向液壓泵第II油口 D各設(shè)置第三固定阻尼孔 12、第四固定阻尼孔13與油箱14相通，可用于補(bǔ)充系統(tǒng)泄露。
權(quán)利要求
有源先導(dǎo)控制的伺服比例閥，它包括有位置傳感器[4]、主級液壓閥[5]、主級液壓閥第I控制腔[6]、主級液壓閥第II控制腔[7]，主閥芯彈簧[16]，其特征是增設(shè)了電動機(jī)[1]、雙向液壓泵[2]、控制器[3]、第I單向閥[9]、第II單向閥[11]、第I阻尼孔[8]、第II阻尼孔[10]、第III阻尼孔[12]、第IV阻尼孔[13]，雙向液壓泵第I油口[C]與主級液壓閥第I控制腔[6]相連通，雙向液壓泵第II油口[D]與主級液壓閥第II控制腔[7]連通，主級液壓閥進(jìn)油口[P]通過第I阻尼孔[8]與第I單向閥進(jìn)油口[E]連通，第I單向閥出油口[F]和雙向液壓泵第I油口[C]連通，主級液壓閥進(jìn)油口[P]通過第II阻尼孔[10]與第II單向閥進(jìn)油口[G]連通，第II單向閥出油口[H]和雙向液壓泵第II油口[D]連通，雙向液壓泵第I油口[C]通過第III阻尼孔[12]與油箱[14]連通，雙向液壓泵第II油口[D]通過第IV阻尼孔[13]與油箱[14]連通；主閥芯上裝有彈簧[16]，位置傳感器[4]同軸安裝在主級液壓閥閥芯[15]上，檢測主級液壓閥閥芯[15]位移量，其輸出信號輸入到控制器[3]，控制器[3]的輸出信號控制電動機(jī)[1]，電動機(jī)[1]驅(qū)動雙向液壓泵[2]工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源先導(dǎo)控制的伺服比例閥，其特征在于所述電動機(jī)[1] 可以是直流伺服電動機(jī)，可以是交流伺服電動機(jī)，也可以是交流異步電動機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源先導(dǎo)控制的伺服比例閥，其特征在于所述雙向液壓泵[2]可以是定量泵，也可以是變量泵；結(jié)構(gòu)上可以是柱塞泵、齒輪泵、葉片泵，也可以是其他 類型的液壓泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源先導(dǎo)控制的伺服比例閥，其特征在于所述的主級液壓 閥[5]可以是兩位兩通液壓閥、兩位三通液壓閥、三位四通液壓閥，也可以是多路液壓閥。
全文摘要
一種有源先導(dǎo)控制的主動伺服比例閥是雙向液壓泵第I油口與主級液壓閥第I控制腔相連通，雙向液壓泵第II油口與主級液壓閥第II控制腔連通。主級液壓閥進(jìn)油口通過第I阻尼孔與第I單向閥進(jìn)油口連通，第I單向閥出油口和雙向液壓泵第I油口連通，主級液壓閥進(jìn)油口通過第II阻尼孔與第II單向閥進(jìn)油口連通，第II單向閥出油口和雙向液壓泵第II油口連通。雙向液壓泵第I油口通過第II阻尼與油箱連通，雙向液壓泵第II油口通過第IV阻尼孔與油箱連通。位置傳感器同軸安裝在主級液壓閥閥芯上，其輸出信號輸入到控制器，控制器的輸出信號控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而控制雙向液壓泵工作。本發(fā)明特點(diǎn)是抗污染能力強(qiáng)；無需外部油源；先導(dǎo)控制回路節(jié)流損失小，能耗低；系統(tǒng)壓力不影響閥的動態(tài)響應(yīng)；高響應(yīng)的伺服電機(jī)提高了閥的動態(tài)響應(yīng)。
文檔編號F15B13/02GK101865172SQ20101022062
公開日2010年10月20日 申請日期2010年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月3日
發(fā)明者張曉俊, 權(quán)龍 申請人:太原理工大學(xué)