專利名稱:三通插裝式電液比例方向閥的制作方法
本發(fā)明是屬于流體控制系統(tǒng)中對流體的方向、流量實現(xiàn)比例控制的裝置。
傳統(tǒng)的四邊滑閥——四臂牽連受控的液壓阻力基本控制單元，如采用帶四個控制邊的伺服閥或方向比例閥，見圖1，則可實現(xiàn)對雙向執(zhí)行器件的運動或動力比例控制。但是由于液壓全橋的四臂液阻置于同一閥芯上，互相剛性牽連，喪失了各臂獨立可控性。在工程應用時，失去了對每一受控容腔的壓力或流量參數(shù)進行獨立控制和實現(xiàn)復合控制功能的可能性。由于滑閥的質量和尺寸限制了這類閥的動態(tài)響應特性，并且很難做成插裝式結構。
在七十年代初發(fā)展起來的二通插裝閥作為單臂控制液壓阻力基本控制單元的一種技術方案，是構成任何液壓阻力控制系統(tǒng)的最小獨立構件。但是采用一個二通插裝閥單元組件，并不能滿足液壓系統(tǒng)中對一個受控容腔的方向和流量等參數(shù)完整的控制要求，為提高液壓半橋的流量控制增益，二橋臂的控制擬采用同步差動方式，采用一對二通插裝閥復合成液壓半橋，這不僅增加了二臂同步控制的技術困難，而且結構上也不緊湊，參見圖2。
本發(fā)明的技術方案是采用三通插裝閥——雙臂牽連差動受控的液壓半橋基本控制單元，見圖3。它兼容了以上二種技術方案的優(yōu)點，不僅結構緊湊，而且控制增益有所提高。若用它來控制單作用或雙作用差動油缸的方向和流量，僅需一個這樣的插件。它相對于四邊滑閥和二通插裝閥更具有原理上和結構上的合理性、新穎性。為此特提出了本發(fā)明。
本發(fā)明為可在高壓流體介質中工作的三通插裝式電液比例方向閥(見圖4)，它由六個部件組成，即雙向電流控制調節(jié)器〔1〕；雙向耐高壓比例電磁鐵〔2〕；閥蓋〔3〕；滑閥式先導級；雙向三通插裝式主級；插孔體〔4〕。
三通插裝式電液比例方向閥作為雙臂牽連差動受控的液壓半橋控制單元，其主級是一個帶有二個控制閥口〔29〕、〔30〕的三通插裝式滑閥，主閥芯上腔〔31〕作為先導閥控制的受控容腔。主閥芯〔22〕相對于無信號中位是雙向可控的，先導級也是相對干擾無信號中位是雙向可控的液壓半橋，閥蓋〔3〕是先導級與比例電磁鐵〔2〕及主級聯(lián)成一體的連接法蘭。
作為進一步的描述主閥芯〔22〕與先導閥芯〔11〕同軸布置，其間由反饋彈簧〔15〕連接，主閥芯〔22〕的位移轉化為反饋彈簧〔15〕的彈簧力，作用在先導閥芯〔11〕上，與輸入的電磁力相平衡。實現(xiàn)閥內部的“位移－力反饋”的閉環(huán)控制。使本閥具有較好的穩(wěn)態(tài)控制精度。同時本裝置還在主級與先導級之間設置了阻尼器〔32〕，實現(xiàn)了級間“速度——動壓反饋”，改善了閥的動態(tài)特性。
此外三通插裝式電液比例方向閥的主閥芯〔22〕采用單彈簧〔20〕實現(xiàn)無信號時的機械對中，取代了傳統(tǒng)方向閥的二根彈簧機械對中的結構，從而使本裝置更為緊湊。
本裝置可用一個相應的手調機構〔40〕代替比例電磁鐵〔2〕，可以派生出三通插裝式手調比例方向閥。(見圖5)，而且手調比例方向閥的靜動態(tài)性能和電液比例方向閥類似。
本裝置也可用耐高壓位移傳感器來檢測主閥芯的位移信號，然后將此位移信號轉換為電壓信號，反饋到雙向電流控制調節(jié)器〔1〕上，與輸入閥的電壓信號相比較，實現(xiàn)閥內“位移——電反饋”的閉環(huán)控制。其靜態(tài)性能優(yōu)于電液比例方向閥。
下面是本發(fā)明的三種實施例，通過實施例的描述和附圖給出了本發(fā)明的細節(jié)。
附圖4是本發(fā)明的第一個實施例的構造示意圖。稱謂三通插裝式電液比例方向閥，下面簡稱電液比例方向閥。圖中部件〔1〕是雙向電流控制調節(jié)器，它提供給比例電磁鐵〔2〕以雙向控制電信號。部件〔2〕是雙向耐高壓比例電磁鐵，它給先導閥芯〔11〕輸入雙向電磁力，部件〔2〕具有以下二個特性輸出電磁力與輸入電信號成比例；當信號不變時，它的輸出電磁力與銜鐵〔7〕位移無關。閥蓋〔3〕做成中空的，其上部裝有滑閥式先導級部件。其內開有徑向和軸向的先導控制流道〔10〕、〔14〕、〔35〕。閥蓋〔3〕的上端面與比例電磁鐵〔2〕由螺釘〔6〕聯(lián)接。閥蓋〔3〕與插孔體〔4〕由螺釘〔8〕相連接?；y式先導級部件它包括裝在先導閥套〔12〕中的墊塊〔9〕和先導閥芯〔11〕，先導閥芯〔11〕上端與墊塊〔9〕連接，下端與反饋彈簧〔15〕連接，主級與先導級間設置了并與流道〔10〕溝通的阻尼器〔32〕，先導閥套〔12〕上的閥口〔33〕，〔34〕可根據(jù)不同的要求做成矩形或圓形。先導閥芯〔11〕是雙控制邊滑閥。墊塊〔9〕可以調整比例電磁鐵〔2〕的銜鐵〔7〕和先導閥芯〔11〕的無信號中位。雙向三通插裝式主級部件它包括裝在主閥套〔23〕中的主閥芯〔22〕，通過與主閥芯連接的拉桿〔24〕，依次套入裝在主閥套〔23〕中的下彈簧座〔21〕，主彈簧〔20〕，上彈簧座〔19〕，與調整螺母〔18〕連接，并用鎖緊螺母〔16〕，〔17〕固定。主閥芯〔22〕是二級同心圓柱雙向控制滑閥。主閥套〔23〕上的主閥口〔30〕、〔29〕可根據(jù)不同要求可以是矩形或圓形的。主閥套〔23〕的上端裝入閥蓋〔3〕的下端。調整螺母〔18〕可以調整主彈簧的預壓縮量。由鎖緊螺母〔16〕、〔17〕、調整螺母〔18〕、上彈簧座〔19〕、主彈簧〔20〕、下彈簧〔21〕、拉桿〔24〕等另件組合，執(zhí)行主閥芯〔22〕的機械對中功能，主閥口〔29〕、〔30〕可以對系統(tǒng)流體的方向和流量進行控制。插孔體〔4〕做成中空的，內裝三通插裝式主級部件，還開有控制流道〔28〕和對外連接油孔P口〔27〕，A口〔26〕，O口〔25〕，P口的壓力設為P1，容腔〔31〕的壓力設為P3。P口〔27〕是軸向布置，A口〔26〕和O口〔25〕是徑向布置，P口〔27〕與O口〔25〕也可以對換設置，但先導控制流道要作相應的改變。
其工作原理是當比例電磁鐵〔2〕無輸入電信號時，先導閥芯〔11〕在調零彈簧〔5〕與反饋彈簧〔15〕的作用下處于中間位置，先導油液從P口〔27〕經流道〔28〕、〔35〕通過閥口〔34〕，容腔〔13〕流經閥口〔33〕、流道〔14〕流至O口〔25〕。穩(wěn)態(tài)時，受控腔〔31〕的壓力與容腔〔13〕的壓力相等。〔31〕與〔36〕二腔的壓力相等。由于主閥芯〔22〕上下二端的液壓力及主彈簧〔20〕的預壓縮力，使主閥芯〔22〕處于中間位置，沒有流量通過主閥口〔29〕和〔30〕，無論進口壓力P1如何高，閥處于可靠的關閉狀態(tài)，保護了負載。
當輸入一正電流時，先導閥芯〔11〕首先向＋Y方向運動，閥口〔34〕關小，閥口〔33〕增大，受控容腔〔31〕的壓力P3降低，主閥芯〔22〕在P1－P3的壓力差作用下，克服摩擦力、彈簧力、液動力向＋Z方向移動，得到了與輸入電信號成比例的位移Z。主流量從P口〔27〕流向A口〔26〕。同理，當輸入負電流時，受控腔壓力P3升高，得到了與輸入電信號成比例的主閥芯位移－Z。主流量從A口〔26〕流向O口〔25〕。當系統(tǒng)受到外界干擾時，例如系統(tǒng)壓力P1突然降低，而輸入正電流信號為某一調定值，主閥芯位移Z有減少的趨勢，反饋彈簧〔15〕變形量減少，由于電磁力不變，則先導閥芯〔11〕將向＋Y方向移動一距離，閥口〔34〕關小，閥口〔33〕增大，于是受控腔〔31〕的壓力P3降低，主閥芯〔22〕向＋Z方向的位移恢復到或接近于原來的平衡位置。這就是閥內“位移——力反饋”的原理。這一內反饋的存在限制了閥特性的壓力及溫度漂移。電液比例方向閥具有輸出主閥芯雙向位移±Z與輸入電信號成比例的特性。它輸出的雙向流量不僅與主閥口〔30〕或〔29〕的過流面積有關，而且還與主閥口的工作壓差有關。
用手調機構〔40〕代替第一個實施例中的比例電磁鐵〔2〕，并去掉雙向電流控制調節(jié)器〔1〕，即構成本實施例。附圖5是本發(fā)明的第二個實施例的構造示意圖。稱謂三通插裝式手調比例方向閥，除手調機構外，其余另件的代號均同圖4。手調機構〔40〕包括調節(jié)手柄〔42〕，調節(jié)螺桿〔43〕，手調機構本體部分〔47〕，它是個上圓下方的中空鋼件，它與閥蓋〔3〕之間由螺釘〔46〕機械聯(lián)接。調節(jié)彈簧〔49〕，它的一端與鋼球〔50〕連接，另一端與先導閥芯上的墊塊〔9〕連接，刻度圈〔51〕，鎖緊螺釘〔52〕，限位螺釘〔41〕，在調節(jié)螺桿上的O型密封圈〔45〕起著在高壓容腔〔53〕與零壓腔〔44〕間的密封作用。
其工作過程是調整調節(jié)手柄〔42〕，使它的下端邊沿對準刻度圈〔51〕的零線，擰緊鎖緊螺釘〔52〕，此時調節(jié)螺桿〔43〕通過鋼球〔50〕壓縮彈簧〔49〕，該彈簧力使先導閥芯〔11〕在反饋彈簧〔15〕與調節(jié)彈簧〔49〕作用下，處于無信號中位位置。如果轉動手柄〔42〕，手柄〔42〕與螺桿〔43〕一起轉動，推動鋼球〔50〕沿軸向方向移動，壓縮或放松調節(jié)彈簧〔49〕，改變了施于先導閥芯上的作用力，于是先導閥的閥口〔34〕、〔33〕的開度發(fā)生變化，進而主閥容腔〔31〕的壓力P3發(fā)生變化。于是主閥芯〔22〕在上下二端的壓力差作用下移動。對于手調機構的調節(jié)手柄沿順時針方向轉動一角度，就有一對應的主閥芯的位移＋Z輸出。同理，對于手柄沿逆時針方向轉動一角度，就有一對應的主閥芯位移－Z輸出。即閥的輸出位移與手柄旋轉的角度成正比，其內部也含所謂“位移——力反饋”和“速度——動壓反饋”的原理，故其靜動態(tài)性能與電液比例方向閥相類似。
本發(fā)明的第三個實施例，如圖6所示，稱謂三通插裝式電反饋比例方向閥。(本實施例中除和第一實施例中不同的另部件新編代號外，其余代號均同圖4)它由八個部件構成，比圖4所示的實施例方案增加了二個部件；其一是耐高壓位移傳感器部件〔61〕，部件〔61〕包括位移傳感器本體〔62〕，感應桿〔63〕和螺母〔64〕。位移傳感器〔61〕與主閥芯〔22〕同軸布置。其二是測量放大器部件〔60〕?！?5〕為反饋彈簧，但在此不起反饋作用，僅使先導閥芯〔11〕復位。〔66〕是彈簧座。閥蓋〔3〕開有二個通孔，左邊一孔安裝滑閥式先導級和彈簧座〔66〕。右邊一孔的上端是螺孔，用以固定耐高壓位移傳感器本體〔62〕，主閥套〔23〕的大端裝入閥蓋〔3〕的下端。感應桿〔63〕一端插入位移傳感器本體〔62〕，另一端有螺紋，與螺母〔64〕相連接。螺母〔64〕的另一端與主閥芯的拉桿〔24〕相連接。主閥芯〔22〕可帶動感應桿一起運動，位移傳感器檢測到主閥芯〔22〕的位移Z的信號，并線性地轉化為電壓信號，此信號經測量放大器〔60〕放大，反饋到雙向電流控制調節(jié)器〔1〕上與設定的輸入電信號相比較，其差值輸入到比例電磁鐵〔2〕，修正主閥芯輸出位移的值，最后使輸出主閥芯位移達到或接近設定值，這就是所謂“位移——電反饋”的閉環(huán)控制原理。阻尼器〔32〕仍然起著“速度——動壓反饋”的作用。它的靜態(tài)性能優(yōu)于電液比例方向閥。
以上三種實施例是對流體的方向、流量實現(xiàn)控制的裝置，其主要特點如下(1)輸出主閥芯位移Z可以雙向、連續(xù)、比例控制。無零位死區(qū)。在無輸入電信號時，無論系統(tǒng)壓力多高，沒有主流量通過本閥。這樣可以保護負載。
(2)靜特性線性好，滯環(huán)小；動特性頻率f－3db比四邊滑閥及二通插裝閥的類似產品高。
(3)工作頻寬在20HZ以內的負載變化不大的工程液壓系統(tǒng)中，僅用一個三通插裝式電液比例方向閥，可以比例地控制單作用或雙作用差動油缸的方向和速度。大大地簡化了系統(tǒng)。它還可以與變量泵組合構成比例排量泵。
(4)該產品可以是電液比例控制，可以是手調控制，可以是“力反饋式”也可以是“電反饋式”。
(5)該產品聯(lián)接形式可以是板式、管式及插件形式。
(6)由于它具有與伺服閥相比美的穩(wěn)態(tài)控制特性和比較高的工作頻寬。而且造價低廉、工作壓差低、對工作介質無特殊要求的特點，使它有可能代替一般工業(yè)伺服閥，將廣泛地應用于工程液壓控制系統(tǒng)中。
權利要求
1.一種三通插裝式電液比例方向閥，它包括雙向電流控制調節(jié)器[1]，雙向耐高壓比例電磁鐵[2]，本實用新型的特征是，它還包括閥蓋[3]，滑閥式先導級部件，通過反饋彈簧[15]連接的雙向三通插裝式主級部件，插孔體[4]，上述的滑閥式先導級部件，它包括裝在先導閥套[12]中的墊塊[9]和先導閥芯[11]，先導閥芯[11]上端與墊塊[9]連接，下端與反饋彈簧[15]連接，主級與先導級間設置了并與流道[10]溝通的阻尼器[32]，上述的雙向三通插裝式主級部件，它包括裝在主閥套[23]中的主閥芯[22]，通過與主閥芯[22]連接的拉桿[24]，依次套入裝在主閥套[23]中的下彈簧座[21]，主彈簧[20]，上彈簧座[19]，與調整螺母[18]連接，并用鎖緊螺母[16]，[17]固定。
2.根據(jù)權利要求
1所述的電液比例方向閥，其特征是，上述閥蓋〔3〕，插孔體〔4〕均做成中空的，分別開有先導控制流道〔10〕、〔14〕、〔35〕和控制流道〔28〕，其中間的上部安置滑閥式先導級部件，下部安置雙向三通插裝式主級部件。閥蓋〔3〕上端面與雙向耐高壓比例電磁鐵〔2〕由螺釘〔6〕聯(lián)接。主閥套〔23〕上端裝入閥蓋〔3〕的下端，閥蓋〔3〕與插孔體〔4〕由螺釘〔8〕聯(lián)接。
3.根據(jù)權利要求
1所述的電液比例方向閥，其特征是，上述先導閥芯〔11〕是雙邊控制滑閥，主閥芯〔22〕是二級同心的圓柱滑閥，主閥為三通插裝式結構。
4.根據(jù)權利要求
1所述的三通插裝式電液比例方向閥，其特征是，上述插孔體的三個通油孔，P口〔27〕為軸向布置，O口〔25〕、A口〔26〕為徑向布置，P口〔27〕，O口〔25〕也可以對換設置，但先導控制流道要作相應改變。
5.根據(jù)權利要求
1所述的電液比例方向閥，其特征是，上述的雙向耐高壓比例電磁鐵〔2〕，用手調機構〔40〕代替，去掉雙向電流控制調節(jié)器〔1〕，即為三通插裝式手調比例方向閥。
6.根據(jù)權利要求
1至5所述的三通插裝式電液比例方向閥或三通插裝式手調比例方向閥，其特征是，主閥芯〔22〕和先導閥芯〔11〕是同軸布置的，其間由反饋彈簧〔15〕連接，實現(xiàn)閥內“位移——力反饋”的閉環(huán)控制，在先導級與主級間設置阻尼器〔32〕，實現(xiàn)級間“速度——動壓反饋”。
7.根據(jù)權利要求
1所述的電液比例方向閥，其特征是，增加一個測量放大器部件〔60〕和一個耐高壓位移傳感器部件〔61〕，即構成三通插裝式電反饋比例方向閥，位移傳感器〔61〕與主閥芯〔22〕是同軸布置的，位移傳感器〔61〕檢測主閥芯〔22〕的位移，實現(xiàn)閥內“位移——電反饋”閉環(huán)控制，阻尼器〔32〕實現(xiàn)級間“速度——動壓反饋”控制。
8.根據(jù)權利要求
1或5或7所述的三種比例方向閥，其特征是，主閥套〔23〕上的主閥口〔29〕與〔30〕及先導閥套〔12〕上的閥口〔33〕與〔34〕可按不同要求具有矩形或圓形的形狀。
9.根據(jù)權利要求
1或5或7所述的三種比例方向閥，其特征是，它們的產品形式有板式、管式和插件形式。
專利摘要
本實用新型是三通插裝式電液比例方向閥，由雙向電流控制調節(jié)器，雙向耐高壓比例電磁鐵，閥蓋，先導級，雙向三通插裝式主級及插孔體六個部件組成。它是雙臂牽連差動受控單元，它不僅兼容了四邊滑閥——四臂牽連受控單元和以二通插裝閥作為單臂受控單元技術方案的優(yōu)點，而且閥內采用“位移——力反饋”及“速度——動壓反饋”的原理，提高了閥的靜動態(tài)性能。經適當改變，可派生出三通插裝式手調、電反饋比例方向閥。
文檔編號F15B13/02GK85202888SQ85202888
公開日1987年3月25日 申請日期1985年7月11日
發(fā)明者路甬祥, 邱敏秀, 吳根茂, 黃永才 申請人:浙江大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan