專利名稱：電空比例壓差控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于向流體壓力執(zhí)行元件的兩個孔口、例如分別與流體壓力缸活塞兩側(cè)的腔室連通的兩個孔口供給壓差，而使流體壓力執(zhí)行元件輸出既定的力的電空比例壓差控制閥。
作為使執(zhí)行元件在行程終端保持一定作用力的電空比例閥，有已公知的特公平3-1553號。該電空比例閥這樣構(gòu)成，即在閥芯的一方作用有復(fù)位彈簧，閥芯的另一方作用有比例螺線管的輸出，在閥芯的兩側(cè)作用有反饋壓力。將電空比例閥的A孔口和B孔口的壓差設(shè)定為設(shè)定值(目標值)，并通過流體壓力執(zhí)行元件的一對輸出孔口向流體壓力執(zhí)行元件的相向的壓力室供給。
該電空比例閥中，由于是以螺線管和動鐵心驅(qū)動閥芯，故對反饋信號的響應(yīng)性不太好。此外，該電空比例閥，在比例螺線管輸入電流為0～25％的范圍內(nèi)，B孔口的壓力與電流成比例地降低，而在比例螺線管輸入電流為25～100％的范圍內(nèi)，A孔口的壓力與電流成比例地升高。因而是在電流為25％的位置上從B孔口的壓力變化轉(zhuǎn)換為A孔口的壓力變化，故差壓變化的平滑性不夠好。
本發(fā)明的第1個目的是，作為電空比例壓差控制閥，改善其對反饋信號的響應(yīng)性，本發(fā)明的第2個目的是，使電空比例壓差控制閥的A孔口與B孔口的壓差輸出能夠在希望的范圍內(nèi)與電壓輸入成比例地、線性地變化。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，在控制閥本體上設(shè)置有壓力供給孔口、排放孔口、以及信號壓力孔口A和B、靠第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)移動控制閥本體內(nèi)的閥芯，從而使兩個信號壓力孔口A和B的壓力差向目標值靠近的電空比例壓差控制閥中，將下述結(jié)構(gòu)作為第1結(jié)構(gòu)，即經(jīng)由2位3通的第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥實現(xiàn)壓力流體向/自第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室的供給/排放，以一定頻率的脈沖串驅(qū)動第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥，脈沖串的脈沖幅度可相應(yīng)于目標值和當前值二者之差而變化。
本發(fā)明的第1結(jié)構(gòu)中，將下述結(jié)構(gòu)作為第2結(jié)構(gòu)，即以兩個壓力傳感器檢測信號壓力孔口A和B的各壓力，計算出對應(yīng)于各壓力傳感器檢測的壓差當前值與目標值二者之差的負載比，使得第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥中的、使流體壓力源同第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室相連通的開口面積與負載比成比例。
本發(fā)明的第1和第2結(jié)構(gòu)中，將下述結(jié)構(gòu)作為第3結(jié)構(gòu)，即在第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各缸孔中配設(shè)有可自如滑動的活塞，各活塞與閥芯連結(jié)，各活塞的外側(cè)室作為控制室，各活塞的內(nèi)側(cè)室作為反饋室，第1流體壓力操作機構(gòu)的反饋室與信號壓力孔口A連通，并且第2流體壓力操作機構(gòu)的反饋室與信號壓力孔口B連通。
本發(fā)明中，所說電空比例壓差控制閥的“電空”，不僅是指將電信號轉(zhuǎn)換為空氣壓力信號，而且還意味著將電信號轉(zhuǎn)換為空氣壓力、液體壓力等流體壓力信號。


圖1是本發(fā)明電空比例壓差控制閥的實施形式；圖2是本發(fā)明電空比例壓差控制閥實施形式的流程圖；圖3的曲線圖示出目標值的電壓輸入V1與壓差輸出PL之間的關(guān)系；圖4的曲線圖示出以-0.2MPa和0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果；圖5的曲線圖示出供給壓力設(shè)定為0.22MPa、Va＝0.15L、Vb＝0.15L，并以0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果；圖6的曲線圖示出供給壓力設(shè)定為0.3MPa、Va＝0.15L、Vb＝0.15L，并以0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果。
圖1示出電空比例壓差控制閥的本發(fā)明實施形式。本發(fā)明實施形式的電空比例壓差控制閥由控制閥本體1、第1開關(guān)電磁閥2、第2開關(guān)電磁閥3、第1壓力傳感器4、第2壓力傳感器5、中央處理裝置7以及空氣壓力源(流體壓力源)8構(gòu)成。具有對控制閥本體1的閥芯19進行操作的第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)，通過2位3通的第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3實現(xiàn)壓力流體向/自第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室46、47的供給/排放，以一定頻率的脈沖串驅(qū)動第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3，使脈沖串的脈沖幅度相應(yīng)于目標值和當前值二者之差而變化。
控制閥本體1是將第1外罩10、閥體11以及第2外罩12按順序連結(jié)而構(gòu)成。在閥體11上，形成有沿長度方向(圖1中為左右方向)延伸的帶臺階的中央孔，該中央孔自左為第1缸孔14、插入孔15和第2缸孔16，第1缸孔14和第2缸孔16直徑相同，而插入孔15比它們直徑小。套18插在插入孔15中而固定，套18內(nèi)可自如滑動地插入有閥芯19。插入孔15上有5個環(huán)形溝槽21～25自左按順序形成，而在套18上形成有將內(nèi)表面與外表面連接的5個通孔31～35，各環(huán)形溝槽21～25分別與通孔31～35如圖所示地連通。套18的外表面上，于通孔31～35之間及通孔31、35的外側(cè)形成有圖所示的環(huán)形溝槽，各環(huán)形溝槽中裝有O型環(huán)，將套18的外表面與插入孔15的內(nèi)表面之間密封。
閥芯19上形成有第1臺肩27、中間臺肩28以及第2臺肩29，當閥芯19位于圖示的中間位置時，第1臺肩27、中間臺肩28以及第2臺肩29分別將通孔31、通孔33以及通孔35關(guān)閉。閥芯19的兩端有小直徑部，在左右的小直徑部上分別嵌合有第1活塞44和第2活塞45，在各小直徑部上嵌合墊圈并擰上螺母而將第1活塞44和第2活塞45固定在預(yù)定的位置上。第1外罩10和第2外罩12上分別形成有彈簧室39和40，彈簧室39和40分別與第1缸孔14和第2缸孔16連通。在彈簧室39的端面與第1活塞44之間裝有彈簧41，彈簧室40的端面與第2活塞45之間裝有彈簧42，閥芯19被向中間位置推壓。
底板37接觸并連結(jié)在閥體11的下端面上，在底板37的一面上從左按順序開有排氣孔口R1、信號壓力孔口A、壓力供給孔口P、信號壓力孔口B以及排氣孔口R2。通過圖示的通路，排氣孔口R1、信號壓力孔口A、壓力供給孔口P、信號壓力孔口B以及排氣孔口R2分別與環(huán)形溝槽21～25連通。將第1活塞44外側(cè)(左側(cè))的室叫做第1控制室46，將第2活塞45外側(cè)(右側(cè))的室叫做第2控制室47。而將第1活塞44內(nèi)側(cè)(右側(cè))的室叫做第1反饋室48，將45內(nèi)側(cè)(左側(cè))的室叫做第2反饋室49。信號壓力孔口A還與第1反饋室48連通，而信號壓力孔口B還與第2反饋室49連通。
第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3均為高速3通2位閥，分別有壓力供給孔口p、信號壓力孔口a和排氣孔口r。第1開關(guān)電磁閥2的信號壓力孔口a與第1控制室46連通，第2開關(guān)電磁閥3的信號壓力孔口a與第2控制室47連通。第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3的壓力供給孔口p分別與空氣壓力源8連通，第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3的排氣孔口r分別與大氣連通。
閥體11的上表面上載置有第1壓力傳感器4和第2壓力傳感器5，第1壓力傳感器4和第2壓力傳感器5的壓力感知部分別經(jīng)通路51、52、環(huán)形溝槽22、24與信號壓力孔口A和信號壓力孔口B連通。第1壓力傳感器4和第2壓力傳感器5的輸出信號分別輸入中央處理裝置7中，中央處理裝置7發(fā)出的開關(guān)電磁閥操作信號通過導線53、54輸入第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3的操作部(單動螺線管)。信號壓力孔口A與信號壓力孔口B通過管路與氣壓(流體壓)缸55的活塞側(cè)給排孔口和活塞桿側(cè)給排孔口連通。
下面，對本發(fā)明實施形式的電空比例壓差控制閥的工作原理進行說明。將信號壓力孔口A和信號壓力孔口B的壓力設(shè)為Pa和Pb時，電空比例壓差控制閥的當前輸出為壓差PL＝Pa-Pb。第1活塞44的第1控制室46側(cè)的受壓面積和第2活塞45的第2控制室47的受壓面積均設(shè)為A1，第1活塞44的第1反饋室48側(cè)的受壓面積和第2活塞45的第2反饋室49的受壓面積均設(shè)為A2。此外，設(shè)彈簧41和42彈簧常數(shù)分別為K，而第1控制室46和第2控制室47的作用壓力分別為P1、P2，閥芯19的位移為dX，于是，根據(jù)力的平衡可得到下式。
(P1-P2)·A1+2K·dX＝(Pa-Pb)·A2即PL＝Pa-Pb＝((P1-P2)·A1+2K·dX)/A2在這里，設(shè)T1/T和1-T1/T分別為第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3的閥打開時間比(負載比)，以PWM法(脈沖調(diào)幅調(diào)制法)進行控制。即由中央處理裝置7產(chǎn)生與第1和第2壓力傳感器4、5檢測的壓差當前值(Pa-Pb)與目標值二者之差相對應(yīng)的、對第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3進行操作的操作信號。壓差P1-P2隨著T1/T的變化而變化。因此，可以只調(diào)整T1/T而通過壓差P1-P2來控制輸出壓力PL。當閥芯19從中間位置向左側(cè)移動時，壓力供給孔口P與信號壓力孔口B之間連通而使壓力流體從氣壓缸55的活塞桿側(cè)流入，信號壓力孔口A與排放孔口R1之間連通而使氣壓缸55的活塞側(cè)的流體自排放孔口R1排出，氣壓缸55的活塞桿后退。當閥芯19向右側(cè)移動時，流體向相反的方向流動，氣壓缸55的活塞桿前進。
圖2是利用電空比例壓差控制閥以PWM法對輸出PL進行控制的流程圖。在步驟S1判斷PWM周期是否開始，若判斷為PWM周期已開始，則在步驟S2使第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3動作，進入步驟S3。若在步驟S1判斷為PWM未開始，則進入步驟S3。
在步驟S3，判斷是否到達采樣時刻，若判斷為到達采樣時刻，則在步驟S4對輸入信號(目標壓力差)和控制對象壓力差(壓差的當前值Pa-Pb)進行采樣。接下來進入步驟S5，計算與壓差當前值與目標值之差相應(yīng)的負載比，進而進入步驟S6并根據(jù)負載比操作第1·第2開關(guān)電磁閥。即計算出的閥打開(ON)時間比T1/T和1-T1/T的操作信號，自中央處理裝置7經(jīng)導線53、54向第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3的單動螺線管傳送。在第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3中產(chǎn)生與負載比T1/T和1-T1/T相應(yīng)的信號壓力P1、P2(使第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3中的、將空氣壓力源8同第1流體壓力操作機構(gòu)的控制室46和第2流體壓力操作機構(gòu)的控制室47連通的開口面積與負載比成比例)，并分別導入第1控制室46和第2控制室47。閥芯19根據(jù)第1控制室46和第2控制室47的信號壓力P1、P2移動位置，以消除上述的二者之差。
完成步驟S5的動作后返回步驟S1，在步驟S3未判斷出到達采樣時刻時也返回步驟SL。
當通過上述控制使得例如當前的壓差PL大于目標值時，操作第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3，從而使第1流體壓力操作機構(gòu)的控制室46的壓力降低，第2流體壓力操作機構(gòu)的控制室47的壓力升高。而情況與之相反時，操作第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3使得壓差PL增大。
下面，對實驗結(jié)果進行說明。首先，將供給壓力設(shè)為0.4MPa，以頻率50赫茲的脈沖串驅(qū)動第1開關(guān)電磁閥2和第2開關(guān)電磁閥3。與信號壓力孔口A、B連通的管路、執(zhí)行元件等的容積分別為Va＝5L、Vb＝5L?？刂品绞綖镻ID方式，經(jīng)過大量的實驗，繪出圖3所示的目標值電壓輸入V1和壓差輸出PL之間的關(guān)系曲線。可以看出，在目標值電壓輸入V1為1～5V的范圍內(nèi)，壓差輸出PL與電壓輸入成比例地、線性地變化。
圖4的曲線圖是在上述相同的條件下，以-0.2MPa、0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果。由該曲線圖可知，響應(yīng)時間為2～2.5秒，對目標值和當前值二者之差的判斷以及對反饋信號的響應(yīng)性均良好。
圖5的曲線圖是供給壓力設(shè)定為0.22MPa、Va＝0.15L、Vb＝0.15L，并以0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果。而圖6的曲線圖是供給壓力設(shè)定為0.3MPa、Va＝0.15L、Vb＝0.15L，并以0.2MPa為目標值時的步驟響應(yīng)的實驗結(jié)果。如圖5·圖6所示，當與信號壓力孔口A、B連通的管路、執(zhí)行元件等的容積減小時，電空比例壓差控制閥的響應(yīng)變快，平衡狀態(tài)下的振動加劇。另外，供給壓力高時響應(yīng)快，會產(chǎn)生超程。
作為權(quán)利要求1所說的電空比例壓差控制閥，對第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥以一定頻率的脈沖串進行驅(qū)動，脈沖串的脈沖幅度隨著目標值與當前值二者之差的大小而變化，通過2位3通的第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥實現(xiàn)壓力流體向/自第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室供給/排放而使閥芯移動。因此，與使用比例螺線管和動鐵心的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對反饋信號的響應(yīng)性極為優(yōu)異。此外，能夠在所希望的范圍內(nèi)實現(xiàn)壓差與電壓輸入成比例地、線性地變化。
權(quán)利要求
1.一種電空比例壓差控制閥，在控制閥本體上設(shè)置有壓力供給孔口、排放孔口、以及信號壓力孔口A和B、靠第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)移動控制閥本體內(nèi)的閥芯，從而使兩個信號壓力孔口A和B的壓力差向目標值靠近，其特征是，經(jīng)由2位3通的第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥實現(xiàn)壓力流體向/自第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室的供給/排放，以一定頻率的脈沖串驅(qū)動第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥，脈沖串的脈沖幅度可相應(yīng)于目標值和當前值二者之差而改變。
2.如權(quán)利要求1的電空比例壓差控制閥，其特征是，以兩個壓力傳感器檢測信號壓力孔口A和B的各壓力，計算出對應(yīng)于各壓力傳感器檢測的壓差當前值與目標值二者之差的負載比，使得第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥中的、使流體壓力源同第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室相連通的開口面積與負載比成比例。
3.如權(quán)利要求1或2的電空比例壓差控制閥，其特征是，在第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各缸孔中配設(shè)有可自如滑動的活塞，各活塞與閥芯連結(jié)，各活塞的外側(cè)室作為控制室，各活塞的內(nèi)側(cè)室作為反饋室，第1流體壓力操作機構(gòu)的反饋室與信號壓力孔口A連通，并且第2流體壓力操作機構(gòu)的反饋室與信號壓力孔口B連通。
全文摘要
可使兩個信號壓力孔口的壓力差向目標值靠近的電空比例壓差控制閥中,經(jīng)由2位3通的第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥實現(xiàn)壓力流體向/自第1流體壓力操作機構(gòu)和第2流體壓力操作機構(gòu)的各控制室供給/排放。以一定頻率的脈沖串驅(qū)動第1開關(guān)電磁閥和第2開關(guān)電磁閥,脈沖串的脈沖幅度可相應(yīng)于目標值和當前值之差而變化。
文檔編號F15C4/00GK1241688SQ99104718
公開日2000年1月19日 申請日期1999年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月29日
發(fā)明者于春陽, 王春洋, 趙彤 申請人:Smc株式會社