專利名稱：電流比例壓力流量復(fù)合控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于流體控制系統(tǒng)中對(duì)流體的壓力、流量實(shí)現(xiàn)比例控制的裝置流體傳動(dòng)及控制技術(shù)領(lǐng)域中，最重要、最基本的2個(gè)參量就是壓力和流量。70年代以前如要對(duì)這2個(gè)參量進(jìn)行連續(xù)的精確控制就必須采用壓力和流量伺服閥。伺服閥的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，能量損失大和抗油液污染能力非常差。因此很難推廣應(yīng)用到普通的工業(yè)生產(chǎn)中，而只在航空航天及軍工等高精尖領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
70年代初出現(xiàn)的在普通手調(diào)閥基礎(chǔ)上發(fā)展而成的比例控制閥，由于具有節(jié)能、成本低、抗污染等優(yōu)點(diǎn)，很快就在普通的工業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。到目前為止比例控制閥雖以發(fā)展了幾代，閥的性能同最初的閥相比也獲得了很大的提高。如比例壓力控制閥由最初控制精度很低的差壓控制原理改為現(xiàn)在廣泛使用的高精度的“系統(tǒng)壓力-力反饋”新原理閥(西德專利公報(bào)DE3032411A1)及最近出現(xiàn)的“壓力-直接電檢測(cè)”的比例壓力閥(西德專利公報(bào)DE3136174)。而比例流量閥也從最初低精度差壓控制節(jié)流口開度再配以負(fù)載壓差減壓或溢流補(bǔ)償?shù)拈y發(fā)展到現(xiàn)在廣泛使用的高控制精度的含“流量-位移力反饋”及“流量位移電反饋”的最新一代流量控制閥。(西德專利公報(bào)DE3020918，DE3020152)以上所述的閥就其自身能控制的參量而言閥性能雖已很完美，但都是單一參量的控制元件。既一個(gè)閥只能控制壓力或流量中的一個(gè)參量，如果要對(duì)2個(gè)參量都進(jìn)行控制，這也是任何液壓系統(tǒng)都要求的，就必須使用2個(gè)閥，一個(gè)控制流量，另一個(gè)控制壓力。具體說就需要2個(gè)比例電磁鐵，2個(gè)電流控制器和2套閥。
另外在對(duì)壓力進(jìn)行控制時(shí)現(xiàn)有的比例閥，無(wú)論是采用壓力機(jī)械檢測(cè)還是壓力電檢測(cè)都存在如下缺點(diǎn)1、采用比例溢流閥時(shí)因其進(jìn)口必須和泵出口相通，造成使用中負(fù)載容腔往往很大，理論上已證明這一容腔越大，閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)越慢，也越不穩(wěn)定，如用比例減壓閥來進(jìn)行控制，雖然可避免這一容腔的影響，使響應(yīng)很快，但因系統(tǒng)壓力要比負(fù)載壓力高出很高故能量損失非常大。
2、現(xiàn)有比例溢流閥和減壓閥最低可控壓力從控制原理上講不可能達(dá)到零壓?？紤]到動(dòng)態(tài)響應(yīng)，溢流閥的最低可控壓力在5bar以上(浙大研制的BY1-H16閥為6bar)，減壓閥的最低可控壓力在10～15bar之間(浙大研制BJ1-H16閥為11bar日本油研ERBG閥為15bar)。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述缺點(diǎn)，并提供一種只用一個(gè)單向電流控制器，一個(gè)耐高壓比例電磁鐵就能對(duì)壓力和流量控制的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥。
電液比例壓力流量復(fù)合控制閥是由單向電流控制器[1]，耐高壓比例電磁鐵[2](以下簡(jiǎn)稱比例電磁鐵)，壓力傳感器[43]，調(diào)節(jié)器[45]，耐高壓位移傳感器[28](以下簡(jiǎn)稱位移傳感器)，先導(dǎo)閥，主閥和壓力補(bǔ)償器組成。
其中電流控制器[1]用來供給比例電磁鐵[2]電信號(hào)。比例電磁鐵[2]具有2個(gè)特性，其1為輸出電磁力與輸入電信號(hào)成比例，其2為當(dāng)輸入電信號(hào)不變時(shí)，輸出電磁力與銜鐵[3]的位移無(wú)關(guān)，它用螺釘[6]固定在閥體[23]上。壓力傳感器[43]用螺紋[44]固在主閥體[23]上，其壓力感受面與流道[42]相通，其作用是將流道[42]中的壓力線性地轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)供監(jiān)控或反饋。調(diào)節(jié)器[45]的作用是將壓力傳感器[43]或位移傳感器[28]輸出的電信號(hào)同設(shè)定值Us進(jìn)行比較，并對(duì)比較后的差值進(jìn)行某種規(guī)律的運(yùn)算，然后將經(jīng)運(yùn)算后的結(jié)果輸入到電流控制器[1]，對(duì)壓力或流量進(jìn)行控制。位移傳感器[28]用來檢測(cè)主閥芯[18]的位移并線性地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)供監(jiān)測(cè)和反饋。先導(dǎo)滑閥由先導(dǎo)閥芯[9]，先導(dǎo)閥套[7]，彈簧[16]所組成，先導(dǎo)閥芯[9]，是有雙控制邊[11]、[12]的滑閥，中間還開有將容腔[8]、[13]、[10]連通的流道[4]。先導(dǎo)閥套[7]壁上開有節(jié)流口[5]和[14]，并做成中空的，可裝入導(dǎo)閥芯[9]。主閥由主閥芯[18]，主閥體[23]，彈簧[17]，堵頭[25]組成。主閥芯[18]采用滑閥式插裝結(jié)構(gòu)，右端做成中空的裝入彈簧[16]，[17]，左邊的閥口[20]可根據(jù)不同的要求具有多種幾何形狀。主閥體[23]做成中空的，主閥芯和先導(dǎo)閥芯同軸的布置其中，其上還開有流道[15]、[29]、[40]、[41]及與外部的接口P、A。堵頭[25]用螺紋[24]固定在主閥體[23]上，其上的螺紋[26]用來安裝位移傳感器體[27]。壓力補(bǔ)償器由閥芯[33]，閥體[35]彈簧[32]組成。閥芯[33]是插裝型的錐閥，其右端做成中空的放入彈簧[32]。閥體[35]右端做成中空的，將閥芯[33]放入其中，并開有流道[31]、[38]和出油口O，用螺釘[30]固定在主閥體[23]上。閥內(nèi)各流道之間的連接關(guān)系是[29]、[41]、[5]三個(gè)流道相通，流道[42]、[15]與節(jié)流口[14]相同，流道[40]經(jīng)阻尼器[39]與容腔[37]相通。油口P、A、O是該閥的3個(gè)對(duì)外油路接口，且P口A口之間的壓差靠彈簧[32]的預(yù)壓縮量來設(shè)定。
該閥的工作過程是，當(dāng)比例電磁鐵[2]無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，先導(dǎo)閥芯[9]在彈簧[16]的作用下處于右邊節(jié)流口[5]全開，左邊節(jié)流口[14]全閉的狀況，壓力油經(jīng)流道[29]、[41]、節(jié)流口[5]到容腔[13]，且使容腔[21]與容腔[13]的壓力相等，節(jié)流口[20]就在彈簧[17]的預(yù)壓力作用下處于關(guān)閉的位置，沒有流量通過閥口[20]，A口的輸出壓力也就為零。當(dāng)用調(diào)節(jié)器[45]，電流控制器[1]供給電磁鐵[2]電信號(hào)時(shí)，先導(dǎo)閥芯[9]就在電磁力的作用下向+y方向移動(dòng)，使閥口[5]關(guān)小，閥口[14]開大，導(dǎo)致容腔[13]的壓力下降，主閥芯在壓差的作用下向+X方向移動(dòng)，節(jié)流口[20]打開，有流量從此流到A口。這時(shí)視開關(guān)S1所處位置可控制流量或壓力。當(dāng)控制壓力時(shí)，隨著流體不斷地從P口流到A口，輸出壓力就不斷升高，這時(shí)壓力傳感器[43]就有電信號(hào)送到調(diào)節(jié)器[45]，經(jīng)比較器比較后產(chǎn)生偏差，并用這個(gè)偏差信號(hào)對(duì)先導(dǎo)閥進(jìn)行控制，直到壓力傳感器[43]輸出的電信號(hào)與預(yù)先設(shè)定在調(diào)節(jié)器[45]的電信號(hào)相等為止，也就是輸出壓力達(dá)到了給定值。在A口壓力上升過程中，破壞了閥芯[33]原有的平衡關(guān)系，使閥芯[33]向-Z方向運(yùn)動(dòng)，使P口壓力升高，進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)，P口與A口之間的壓差由彈簧[32]的預(yù)壓量保持在10bar左右。同理當(dāng)輸入電磁鐵的電流減小時(shí)，先導(dǎo)閥芯[9]就在彈簧[16]的作用下向-y方向移動(dòng)，使閥口[14]關(guān)小，閥口[5]開大，空腔[13]中的壓力升高。主閥芯[18]在壓差及彈簧[17]的作用下向-X方向移動(dòng)，閥口[20]開度減小，使從P口流向A口的流量減小，壓力就降低，穩(wěn)態(tài)時(shí)壓力仍達(dá)到設(shè)定值。
當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)，例如負(fù)載要求流量突然增加，設(shè)這時(shí)輸入的電信號(hào)為某一設(shè)定值，輸出壓力有降低的趨勢(shì)，壓力傳感器[43]輸出的電信號(hào)Upf減小，偏差Us-Upf增大，輸入電磁鐵[2]的電流增加，這時(shí)再現(xiàn)前段的調(diào)節(jié)過程，使閥口[20]開大，從P口流向A口的流體增多，穩(wěn)態(tài)時(shí)A口壓力又回到Us的設(shè)定值。這就是“負(fù)載壓力-電檢測(cè)反饋調(diào)節(jié)”原理。同理當(dāng)擾動(dòng)源為P口壓力時(shí)，通過上述調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)時(shí)仍能使A口壓力保持在設(shè)定值。
將開關(guān)S2合向b點(diǎn)，開關(guān)S1斷開時(shí)，閥處于對(duì)流量的控制狀態(tài)。主閥芯的位移由彈簧[16]轉(zhuǎn)化為力并作用到導(dǎo)閥芯[9]的左端面，再與比例電磁鐵[2]的輸出力平衡，即構(gòu)成“主閥位移-力反饋”閉環(huán)。保證主閥芯位移X與輸入電信號(hào)成比例，再由壓力補(bǔ)償器保證壓差PB-PA基本恒定，由流量計(jì)算公式Q=KXPB-PA]]>知，輸出流量與輸入電信號(hào)成比例，改變電信號(hào)Us就能達(dá)到控制流量Ql的目的。
如果這時(shí)再將S1與Uql點(diǎn)接通，S2與a點(diǎn)接通，閥就處于“主閥位移-電反饋”的工作狀態(tài)，位移X由位移傳感器[28]控制，與設(shè)定值嚴(yán)格一致，同樣實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制功能。當(dāng)對(duì)流量控制時(shí)，擾動(dòng)源是壓力PB和PA，而且通過“位移-力反饋”，或“位移-電反饋”及壓力補(bǔ)償都能保證在壓力PB或PA變化時(shí)輸出流量不變。
本閥所采用的壓力補(bǔ)償器，不僅用來在控制流量時(shí)維持P口與A口間壓差不變，同時(shí)在對(duì)壓力控制時(shí)還起到隔離負(fù)載容腔的作用，提高了閥的穩(wěn)定性和快連性。并使油源壓力始終跟隨負(fù)載壓力，降低了控制系統(tǒng)的能耗。
以上是一種對(duì)流體控制系統(tǒng)中對(duì)壓力和流量進(jìn)行控制的裝置，其主要特點(diǎn)如下1、將原只能控制單一參量的閥在基本不增加構(gòu)件的情況下變成了能對(duì)2個(gè)參量都進(jìn)行控制的閥。而這種組合又不僅僅是功能的組合，且在結(jié)合過程中巧妙地應(yīng)用了負(fù)載壓力補(bǔ)償器，使其既是控制流量時(shí)的壓差恒定器，同時(shí)又能起負(fù)載容腔的隔離作用，從而使對(duì)壓力流量的控制響應(yīng)快、節(jié)能、調(diào)節(jié)范圍也增大。
2、在本發(fā)明中，如果在負(fù)載壓力補(bǔ)償器上加一先導(dǎo)錐閥，則這一先導(dǎo)錐閥和補(bǔ)償器一起又構(gòu)成一外控型的先導(dǎo)控制溢流閥，起安全保護(hù)作用，使構(gòu)成的系統(tǒng)更安全，更可靠。
3、靜特性好，滯環(huán)小，重復(fù)精度高，動(dòng)態(tài)頻率特性也較普通內(nèi)反饋閥高。對(duì)工作頻寬在20Hz以下的工業(yè)液下系統(tǒng)僅此一閥就能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力和速度進(jìn)行連續(xù)地、比例地、高精度地控制，大大減化了系統(tǒng)，并提高了可靠性。
4、由于它具有與同服閥比美的穩(wěn)態(tài)控制特性和較高的工作頻寬，而且造價(jià)低廉、節(jié)能、多功能對(duì)工作介質(zhì)無(wú)特殊要求的特點(diǎn)，使它能代替伺服閥及現(xiàn)有比例閥廣泛應(yīng)用于對(duì)速度及壓力控制精度要求高的液壓主機(jī)中，如，壓機(jī)、注型機(jī)、軋鋼機(jī)、機(jī)床、各種車輛、工程機(jī)械等。
下面結(jié)合

圖1，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。
單項(xiàng)電流控制器[1]選脈寬調(diào)制的BKT型控制器。比例電磁鐵[2]選045型號(hào)，額定輸出力70N，頻定電流1A，用來推動(dòng)導(dǎo)閥芯[9]的銜鐵[3]，直徑5mm，流道[4]、[15]、[40]、[41]的直徑為4mm，流道[29]、[42]、[31]的直徑為12mm，流道[38]的直徑為6mm，節(jié)流口[5]、[14]的直徑為3.5mm，M5×65的螺釘[6]共4條，先導(dǎo)閥套[7]外圓直徑20mm，內(nèi)孔直徑10mm，容腔[8]、[10]、[13]、[21]、[37]尺寸應(yīng)盡可能小，其中[21]的大小與具體使用情況有關(guān)。先導(dǎo)閥芯[9]外徑10mm，全長(zhǎng)30mm，控制邊[11]、[12]間距為10mm，先導(dǎo)閥彈簧[16]，主閥彈簧[17]，主閥芯[18]，直徑為20mm，材料40Cr，主閥芯開有4個(gè)面積梯度為6的矩形槽[20]。[19]為M3的螺紋，傳感器檢測(cè)桿[22]隨位移傳感器[28]一起帶來。主閥體[23]的尺寸為120×57×60mm3，右端開有20mm的孔，表面光潔度為7，左端開有14mm的孔[21]及M22×1.5的螺紋[24]。堵頭[25]符合標(biāo)準(zhǔn)，其中間加工有M16的螺紋[26]用來裝位移傳感器[28]，含有前置放大的電感式位壓力補(bǔ)償器彈簧[32]剛度25N/mm，外徑12mm，補(bǔ)償器閥芯[33]外徑18mm，大小端面積比為1∶1.06，錐角為45°，閥體[35]右部加工有18mm孔和M22×1.5的螺紋。標(biāo)準(zhǔn)的端面密封的堵頭[36]為M22×1.5。阻尼器[39]由黃鋼制成，孔徑為1.4mm，用M6的螺紋裝在流道[38]中。壓力傳感器[43]，其工作范圍是0～40MPar，連接螺紋[44]用M16，端面密封。含比較器的調(diào)節(jié)器[45]，選用PID調(diào)節(jié)算法。
權(quán)利要求
1.一種電液比例壓力流量復(fù)合控制閥是包含有單向電流控制器、耐高壓比例電磁鐵、壓力傳感器、調(diào)節(jié)器、耐高壓位移傳感器、先導(dǎo)閥、主閥和壓力補(bǔ)償器所組成，其特征是先導(dǎo)閥由導(dǎo)閥芯[9]，導(dǎo)閥套[7]，彈簧[16]組成；主閥由主閥芯[18]，主閥體[23]，彈簧[17]，堵頭[25]組成；壓力補(bǔ)償器由閥芯[33]，閥體[35]，彈簧[32]組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是所述的先導(dǎo)閥中的閥芯[9]是有雙控制邊[11]、[12]的滑閥，閥芯中間開有連同容腔[10]與容腔[13]、[8]的流道[4]，導(dǎo)閥套[7]做成中空的，中間放置先導(dǎo)閥芯[9]，并開有節(jié)流口[5]、[14]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是所述的主閥中的閥芯[18]是右端做成中空的，中間裝入彈簧[17]、[16]，左端開有閥口[20]的插裝型滑閥，主閥體[23]做成中空的，其中間安置主閥芯[18]和先導(dǎo)閥套[7]，還開有流道[15]、[29]、[40]、[41]及與外部接口P、A，堵頭[25]上做有用來安裝位移傳感器體[27]的螺紋[26]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是所述的壓力補(bǔ)償器中的閥芯[33]是插裝型的錐閥，其右端做成中空的放入彈簧[32]，閥體[35]右端做成中空的，其間放入閥芯[33]，其上還開有流道[31]、[38]和出油口O并用螺釘[30]固定在主閥體[23]上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是流道[31]與[29]相通，流道[29]與[41]相通，流道[41]與節(jié)流口[5]相通，流道[42]與流道[15]相通，流道[15]與節(jié)流口[14]相通，流道[40]經(jīng)阻尼器[39]再與溶腔[37]相通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是所述的壓力傳感器[43]安裝在主閥體[23]上與容腔[42]相通的螺紋孔[44]中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是先導(dǎo)閥芯[9]和主閥芯[18]、彈簧[16]、[17]是同軸布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是增設(shè)耐高壓位移傳感器[28]后，即成為含“位移-電反饋”的壓力流量復(fù)合控制閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，其特征是所述的位移傳感器[28]與主閥芯[18]通軸布置，并用螺紋[19]將檢測(cè)桿[21]固定在主閥芯[18]上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液比例壓力流量復(fù)合控制閥，可制成板式、管式和插件式。
全文摘要
本發(fā)明是一種只需一個(gè)單向電流控制器、一個(gè)單向耐高壓比例電磁鐵就可控制的帶負(fù)載壓力補(bǔ)償?shù)碾娨罕壤龎毫α髁繌?fù)合控制閥。本發(fā)明提出只用一個(gè)普通的先導(dǎo)型節(jié)流閥配上壓力傳感器實(shí)現(xiàn)一閥多功能。同現(xiàn)有只能控制單一參量的閥相比，能使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、更可靠、更便宜。另使用本閥系統(tǒng)壓力始終與負(fù)載所需壓力匹配，節(jié)能效果顯著。本閥在對(duì)壓力控制時(shí)避開了系統(tǒng)容腔的影響從而更穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也更快。
文檔編號(hào)F15B13/02GK1039288SQ8910478
公開日1990年1月31日 申請(qǐng)日期1989年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月24日
發(fā)明者權(quán)龍 , 權(quán)宇 申請(qǐng)人:權(quán)宇