專利名稱：內(nèi)部位置反饋式高精度分流閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬流體傳動與控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度分流控制的裝置。
目前，采用分流閥的同步方案用得較廣。我國3FL系列換向活塞式和掛鉤式分流(集流)閥，是由兩個固定節(jié)流口和一個負(fù)載補償閥組成，這類閥的穩(wěn)態(tài)分流精度隨流量的減小而降低，小到額定流量的60%以下時，誤差顯著增大。其次是由于穩(wěn)態(tài)軸向液動力、摩擦力和彈簧力等因素的影響，其分流誤差著較大，一般只能達(dá)到+1.5～+2.5%，即使參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化，精度也不高于+1%。
自調(diào)式分流閥是在3FL系列閥基礎(chǔ)上，將兩個固定節(jié)流孔改為可調(diào)式(自動調(diào)節(jié))，使閥口開口面積大小自動隨流量的變化而變化，在規(guī)定的精度下，擴大了通流范圍，但精度并沒有大的提高。
武漢工業(yè)大學(xué)張運祺教授提出的“分配閥外置唇邊活塞式同步閥”在一定程度上提高了分流精度，但也只達(dá)到+1.5%。
日本SumiToMo精儀有限公司研制的帶補償活塞的節(jié)流型分流閥，相當(dāng)于一種和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)合作用的閥，用兩個固定節(jié)流孔檢測執(zhí)行機構(gòu)的速度，形成速度反饋，構(gòu)成大閉環(huán)以補償負(fù)載變化、泄漏、制造誤差等因素的影響，但補償閥上穩(wěn)態(tài)液動力的影響并沒有消除。西德和美國的一些分流閥，例如Buchen公司的MTEA、MTRA和MTDA系列流閥，Henon公司MT系列分流閥，Hawe公司TQ系列分流閥，雖然在結(jié)構(gòu)上各有特點，但原理上都屬于固定節(jié)流式閥，分流精度最高也只能達(dá)到+1.5%，且不能實現(xiàn)三路分流。
本發(fā)明的目的是用一種新原理的分流閥，克服傳統(tǒng)閥原理上的缺陷，在較寬通流范圍內(nèi)提高穩(wěn)態(tài)分流精度。這種閥采用了內(nèi)部位置反饋，把液動力、摩擦力等擾動點包圍在反饋回路內(nèi)，在穩(wěn)定工作的前提下，適當(dāng)加大開環(huán)增益，可大大減少這些干擾因素的影響，以達(dá)到提高精度，擴大通流范圍的目的。采用新原理閥還可以實現(xiàn)三路分流及三路以上的多路分流。
本發(fā)明是一種具有內(nèi)部位置反饋的高精度分流閥，其特征是，它包括閥體(1)，裝于閥體(1)中的負(fù)荷補償器閥芯(2)，裝于閥芯(2)兩側(cè)的對中彈簧(3)，裝于閥體(1)中的流量檢測和位置反饋閥芯(4)，同軸裝于每個閥芯(4)上端的復(fù)位彈簧(5)，置于進(jìn)油腔和閥芯(4)上位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)之間薄刃口固定節(jié)流孔(6)，位于閥芯(2)兩側(cè)控制腔和閥芯(4)上位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)之間的動態(tài)阻尼(7)，位于每個閥芯(4)出油口和上控制腔之間的速度反饋阻尼(8)。
本發(fā)明所述的流量檢測和位置反饋閥芯(4)采用分離式插裝結(jié)構(gòu)，視閥芯(4)的數(shù)目可構(gòu)成兩路、三路或三路以上的分流裝置，閥芯(4)的數(shù)目等于分流路數(shù)。
本發(fā)明所述的位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)置于流量檢測和位置反饋閥芯(4)上，數(shù)目隨位置反饋閥芯(4)的數(shù)目而定。負(fù)荷補償器閥芯(2)的工作位置由節(jié)流口a、b(a、b、c)的位置差來控制。其負(fù)荷補償器閥芯(2)的數(shù)目等于流量檢測和位置反饋閥芯(4)的數(shù)目減1，各閥芯(4)的位置同步由負(fù)荷補償器閥芯(2)的位置控制。
本發(fā)明的工作原理對照附圖1進(jìn)一步說明。圖中P1和P2分別為管道9和10的壓力，P3和P4分別為兩出口的負(fù)載壓力，P5和P6分別為控制腔12和11的壓力，P7和P8分別為補償閥左、右控制腔中的壓力，P9和P10分別為兩個閥芯(4)上腔的壓力，QA和QB分別為流經(jīng)開口XA(ZA)和XB(ZB)的流量。功率油流首先經(jīng)負(fù)荷補償器(2)的控制開口XA和XB，然后流入兩個流量檢測和位置反饋單元(4)中，再通過兩個控制開口ZA與ZB，分別流進(jìn)兩個負(fù)載元件LA和LB中，最后流回油箱。
先導(dǎo)反饋油流首先經(jīng)兩個固定節(jié)流孔(6)再經(jīng)由位置反饋節(jié)流口C和D流回油箱?？刂茐毫5和P6之差和位置反饋節(jié)流口C和D的通流截面積差有關(guān)，用P5和P6的壓力差來控制負(fù)荷補償器閥芯(2)的位置，以補償負(fù)載偏差?？刂泣c的工作壓力隨通流量而變，因此，額定工作點的先導(dǎo)壓力P50和P60的選擇，要兼顧通流范圍和下限。
兩個流量檢測和位置反饋閥芯(4)的主閥口的通流量分別為QA＝＊ ＊ZA2/ PAQB＝＊ ＊ZB2/ PB式中為流量系數(shù)，為主閥口面積梯度，ZA和ZB為兩個主閥口開口量，PA和PB分別為兩主閥口前后壓差，其值為PA＝P1-P3＝P1-P9＝KZ(ZO+ZA)/AZ
PB＝P2-P4＝P2-P10＝KZ(ZO+ZB)/AZ式中ZO為復(fù)位彈簧(5)的予壓縮量，KZ為復(fù)位彈簧(5)的彈簧剛度，AZ為流量檢測閥芯(4)的控制面積，若滿足ZO＞＞ZA和ZO＞＞ZB，則PA＝PB＝KZZO/AZ＝常數(shù)因而，通流量QA、QB分別正比于開口量ZA、ZB，反饋節(jié)流口C和D檢測出的位移ZA和ZB，即表示了流量QA和QB。QA和QB的變化，立刻轉(zhuǎn)化為節(jié)流口的位置變化，形成位置反饋，并產(chǎn)生先導(dǎo)油路中控制壓力的變化，作用到負(fù)荷補償器閥芯(2)兩控制腔，用以補償負(fù)載偏差對流量的影響。只要適當(dāng)設(shè)計反饋節(jié)流口的面積梯度和固定節(jié)流孔(6)通流截面間的比例關(guān)系，即可在較寬通流范圍內(nèi)，達(dá)到較高分流精度。調(diào)節(jié)負(fù)荷補償器的彈簧(3)，可以修正反饋節(jié)流口的位置和尺寸誤差，從而降低了加工精度要求。
當(dāng)兩個出口的負(fù)載壓力相等(P5＝P4)時，ZA＝ZB，XA＝XB，因而，QA＝QB。
當(dāng)某端壓力升高時，例如，P3突然升高，QA減少，ZA減少，反饋節(jié)流開口C減小，控制壓力P6升高(P8亦升高)，負(fù)荷補償器閥芯(2)失去平衡而左移，XB關(guān)小，XA開大，P2降低，P1升高，從而使QA重新增大，QB略有減小(ZA重又開大，ZB略有減小)，在新的條件下，P5近似等于P6(即P7＝P8)，閥進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，QA近似等于QB。
P4升高后的自動調(diào)節(jié)過程與此類似。
兩個阻尼孔(7)起速度反饋作用，用以提高流量檢測和位置反饋閥芯(4)的動態(tài)穩(wěn)定性，兩個阻尼孔(8)的作用，可以提高負(fù)荷補償器閥芯(2)的動態(tài)穩(wěn)定性。
和傳統(tǒng)分流閥相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于，一是可以在較寬通流范圍內(nèi)有較高的穩(wěn)態(tài)分流精度，二是由于流量檢測和位置反饋閥芯(4)采用分離式結(jié)構(gòu)，可方便地構(gòu)成三路以上分流閥。其缺點是存在先導(dǎo)泄漏流量(qmax＝3%QN)，無功損耗略大于傳統(tǒng)分流閥。
實施例1，按新原理構(gòu)成的兩路分流閥，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作原理如前述。主要技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)是額定流量QN＝200l/min(QAN＝QBN＝100l/min)額定壓力PN＝31.5MPa
通流范圍Q/QN＝40～100%(根據(jù)計算和試驗)負(fù)載偏差PAB＝P3-P4＜10MPa負(fù)載補償器彈簧剛度k＝15N/min時，穩(wěn)態(tài)分流誤差Tf＜+0.5%。
實施例2，按新原理設(shè)計的三路分流閥，其工作原理如圖3所示。
這種閥主要由下列單元構(gòu)成閥體(1)，兩個負(fù)荷補償器閥芯(2)，三個對中彈簧(3)，三個流量檢測和位置反饋閥芯(4)，三個復(fù)位彈簧(5)，三個先導(dǎo)反饋油路的固定節(jié)流孔(6)，三個動態(tài)反饋阻尼(7)和三個速度反饋阻尼(8)。
閥的工作原理如下(見圖3)功率油流分三路經(jīng)負(fù)荷補償器的閥口XA、XB1+XB2和XC作用到三個流量檢測和位置反饋閥芯(4)，再經(jīng)閥口ZA、ZB和ZC流入負(fù)載元件LA、LB和LC，然后回到油箱。
先導(dǎo)反饋油流首先經(jīng)三個固定節(jié)流孔(6)流入三個流量檢測和位置反饋閥芯(4)的反饋控制腔中，再經(jīng)位置反饋節(jié)流口a、b和c，最后流回油箱，反饋壓力Pa、Pb和Pc分別引入負(fù)載補償器的左、中、右三個控制腔。當(dāng)三個負(fù)載相同時，即P4＝P5＝P6時，P1＝P2＝P3，ZA＝ZB＝ZB，XA＝XB1+XB2＝XB＝XC＝XO，故負(fù)載流量QA＝QB＝QC。
當(dāng)某負(fù)載突然增大時，例如LA增大，則P4升高，QA減小，ZA減小，Pa升高，負(fù)載補償器左閥芯右移，通過中間彈簧(3)，右閥芯也右移，于是XA增大，XC減小，XB1減小，XB2增大，但由于中間彈簧變形的影響，XB1的減小量大于XB2的增加量，所以(XB1+XB2)的總效果是減小，因而QA重新增加，QB和QC略有降低，ZB和ZC略減小，在新的條件下，達(dá)到一個新的平均平衡狀態(tài)，使QA＝QB＝QC(QB＝QB1+QB2)，其他負(fù)載變化所引起的調(diào)節(jié)過程與此類似。
經(jīng)計算，當(dāng)額定流量QN＝240l/min(QNA＝QNB＝QNC＝80l/min)，額定壓力PN＝31.5MPa，通流范圍Q/QN＝40～100%，負(fù)載壓差PAB(或PAC或PBC)＜10MPa，負(fù)載補償器對中彈簧(3)的剛度k＝12.8N/mm時，穩(wěn)態(tài)分流誤差Tf＜+0.8%。先導(dǎo)油漏量q＜QN＊3%。


圖1為內(nèi)部位置反饋分流閥原理圖。
1、閥體 2、負(fù)荷補償器閥芯
3、對中彈簧 4、流量檢測和位置反饋閥芯5、復(fù)位彈簧 6、先導(dǎo)反饋油路固定節(jié)流孔7、動態(tài)反饋阻尼 8、速度反饋阻尼P1～P10為各腔中壓力a、b為兩流量檢測閥芯(4)位置反饋節(jié)流開口QA、QB分別為兩個負(fù)載流量XA、XB為負(fù)荷補償閥的兩個開口ZA、ZB為流量檢測閥芯(4)的開口量LA、LB為兩個負(fù)載圖2為正視剖面圖1、閥體 2、負(fù)荷補償器閥芯3、對中彈簧 4、流量檢測和位置反饋閥芯5、復(fù)位彈簧 6、先導(dǎo)反饋油路固定節(jié)流孔7、動態(tài)反饋阻尼 8、速度反饋阻尼尺寸說明250-閥的最大輪廓尺寸(mm) 226-閥蓋間距離 (mm)208-閥體長度 (mm)圖3為三路分流閥原理結(jié)構(gòu)圖1、閥體 2、負(fù)荷補償器閥芯3、對中彈簧 4、流量檢測和位置反饋閥芯5、復(fù)位彈簧 6、先導(dǎo)反饋油路固定節(jié)流孔7、動態(tài)反饋阻尼 8、速度反饋阻尼a、b、c為各流量檢測閥芯上的位置反饋節(jié)流開口XO為負(fù)荷補償器的予開口量XA、XB1、XB2、XC分別為負(fù)荷補償器的四個開口量ZA、ZB、ZC分別為三個流量檢測閥芯的開口量P1～P6為各腔的壓力 LA、LB、LC為三個出口的負(fù)載QA、QB、QC為三個出口流量Pa、Pb、Pc分別為負(fù)載補償器的三個控制腔壓力
權(quán)利要求
1.一種具有內(nèi)部位置反饋的高精度分流閥，其特征是，它包括閥體(1)，裝于閥體(1)中的負(fù)荷補償器閥芯(2)，同軸裝于閥芯(2)兩側(cè)的對中彈簧(3)，裝于閥體(1)中的流量檢測和位置反饋閥芯(4)，同軸裝于每個閥芯(4)上端的復(fù)位彈簧(5)，置于進(jìn)油腔和閥芯(4)上位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)之間薄刃口固定節(jié)流孔(6)，位于閥芯(2)兩側(cè)控制腔和閥芯(4)上位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)之間的動態(tài)阻尼(7)，位于每個閥芯(4)出油口和上控制腔之間的速度反饋阻尼(8)。
2.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)部位置反饋高精度分流閥，其特征是流量檢測和位置反饋閥芯(4)，采用分離式插裝結(jié)構(gòu)，視閥芯(4)的數(shù)目可構(gòu)成兩路、三路或三路以上的分流裝置，閥芯(4)的數(shù)目等于分流路數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)部位置反饋高精度分流閥，其特征在于位置反饋節(jié)流口a、b(a、b、c)置于流量檢測和位置反饋閥芯(4)上，其負(fù)荷補償器閥芯(2)的工作位置由節(jié)流口a、b(a、b、c)的位置差來控制。
4.按照權(quán)利要求1所述的內(nèi)部位置反饋高精度分流閥，其特征在于，負(fù)荷補償器閥芯(2)的數(shù)目等于流量檢測閥芯(4)的數(shù)目減1，各閥芯(4)的位置同步由負(fù)荷補償器閥芯(2)的位置控制。
全文摘要
一種內(nèi)部位置反饋式高精度分流閥屬于流體傳動與控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度分流控制的裝置。這種閥采用了內(nèi)部位置反饋，把液動力、摩擦力等擾動點包圍在反饋回路內(nèi)，在穩(wěn)定工作的前提下，適當(dāng)加大開環(huán)增益。大大減少了干擾因素的影響，達(dá)到了提高精度，擴大通流范圍和實現(xiàn)了三路分流及三路以上的多路分流的目的。
文檔編號F15B13/02GK1060896SQ9010847
公開日1992年5月6日 申請日期1990年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月15日
發(fā)明者周文, 陸世鑫, 權(quán)龍 申請人:太原工業(yè)大學(xué)