電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于液壓技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀80年代以來，國際上開始了對電液比例和伺服比例系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，電液伺服比例技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，到目前為止，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、船舶、軍事等領(lǐng)域。同時，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用中，對電液伺服系統(tǒng)的各項性能指標也提出了更高的要求。
[0003]現(xiàn)有比例閥和伺服比例閥有直接驅(qū)動型和先導(dǎo)型控制型兩大類，大流量的閥采用先導(dǎo)型的控制方式，利用一個小流量的直接驅(qū)動型比例或伺服比例閥作為先導(dǎo)級，通過控制作用在主閥芯兩端面上的壓力差，借助于內(nèi)部和外部的反饋回路，連續(xù)控制主閥芯的開口量。先導(dǎo)型的控制存在的問題是，工作時提供先導(dǎo)閥的內(nèi)部或外部油源壓力需要滿足最低可控性的要求，當供給先導(dǎo)閥的壓力較低時，會使閥的動態(tài)響應(yīng)變慢，甚至無法建立足夠的壓力差，克服作用在主閥芯上的彈簧力和液動力，控制主級液壓閥閥口到適當?shù)奈恢?。為此，德國的研究者Marco ffiegandt提出采用伺服電動機直接驅(qū)動主閥芯，構(gòu)造大流量的比例和伺月艮比例闊(Marco Wiegandt, Development of a servomotor driven proport1nalvalve, 7th Internat1nal Fluid Power Conference, Aachen, Germany，2010.3)。但是對于大流量的應(yīng)用場合，單獨采用電動機驅(qū)動，需要使用較大功率的電動機，會增大控制閥的體積，電動機的體積甚至超過了液壓閥部分的體積。中國專利CN102562702A公開了一種電動液壓閥，該閥采用伺服電動機通過絲杠螺母機構(gòu)直接驅(qū)動比例或伺服比例閥，克服傳統(tǒng)采用電磁鐵作為電-機械轉(zhuǎn)換器輸出力小、輸出行程受限導(dǎo)致閥動態(tài)響應(yīng)慢；單機控制能力有限、只能用于小流量范圍，大流量應(yīng)用場合需采用二級以上的先導(dǎo)型結(jié)構(gòu)等不足。然而這種電動液壓閥與Marco Wiegandt提出的電動液壓閥在大流量的應(yīng)用場合存在相同的問題。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的上述液壓閥，由于電磁鐵固有特性的限制，導(dǎo)致至少存在以下問題:電磁鐵輸出力小，且輸出行程受限制，導(dǎo)致液壓閥的響應(yīng)速度慢，抗油污能力差，單級控制能力有限；由于單級液壓閥控制能力有限，大流量的液壓閥就需要疊加成二級、三級或者更多級別來逐級驅(qū)動，造成體積龐大，且可靠性差；由于液壓系統(tǒng)存在脈動或其他不穩(wěn)定因素，致使電磁閥內(nèi)部產(chǎn)生振動、噪聲等問題；傳統(tǒng)液壓閥的控制精度低、線性度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的當外部油源壓力較低時，液壓閥動態(tài)響應(yīng)慢、無法建立足夠的壓力差、控制主閥閥口無法到達控制信號要求的位置的技術(shù)問題，提供一種電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，其包括先導(dǎo)閥、位移傳感器、控制器、編碼器、電動機、主閥和傳動機構(gòu)，先導(dǎo)閥與主閥連接，電動機的輸出軸通過傳動機構(gòu)與主閥的閥芯連接，編碼器和位移傳感器的輸出信號傳送給控制器，控制器經(jīng)運算后向先導(dǎo)閥和電動機發(fā)送控制指令；控制器的控制采用以下步驟:
[0008]I)設(shè)定壓力P。和主閥閥芯位移X s；
[0009]2)比較主閥進油口壓力P與設(shè)定壓力P。，當P彡P(guān)。時，先導(dǎo)閥位于中位，編碼器輸出信號輸入控制器，經(jīng)運算后控制器向電動機發(fā)送指令，使電動機驅(qū)動主閥閥芯開啟，達到設(shè)定的主閥閥芯位移Xs;
[0010]3) iP>P。時，根據(jù)編碼器輸出信號計算主閥芯位移信號Xs’，將Xs’與設(shè)定的主閥閥芯位移&進行比較，產(chǎn)生控制先導(dǎo)閥芯位移的信號U P U1再與位移傳感器檢測的信號進行比較，在控制器中運算后產(chǎn)生修正先導(dǎo)閥位移的指令信號U1'控制器向先導(dǎo)閥發(fā)送V，使先導(dǎo)閥開口滿足仏的要求；同時，控制器向電動機發(fā)送指令，電動機與先導(dǎo)閥共同驅(qū)動主閥閥芯開啟，使主閥位移達到設(shè)定的主閥閥芯位移Xs。
[0011]所述電動機是直線電動機、旋轉(zhuǎn)電動機、異步電動機或直流電動機中的任意一種；所述主閥是單腔控制的二位二通液壓閥、雙腔控制的二位二通液壓閥、二位三通液壓閥、三位四通液壓閥或多路液壓閥中的任意一種。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果主要體現(xiàn)在:
[0013](I)當外部油源壓力較低時，液壓閥的動態(tài)響應(yīng)不受影響；
[0014](2)當外部油源壓力較低時，可以確保主級液壓閥的閥口移動到控制信號要求的位置；
[0015](3)在大流量的應(yīng)用場合，與單獨采用電動機驅(qū)動的液壓閥相比較，體積??；
[0016](4)高響應(yīng)的伺服電動機提高了液壓閥在低壓狀態(tài)下的動態(tài)響應(yīng)。
[0017](5)伺服電動機可以間接反映主級液壓閥的位移，所以主級液壓閥上無需再安裝位移傳感器。
【附圖說明】
[0018]I)圖1是本發(fā)明第一種實施例的示意圖；
[0019]2)圖2是本發(fā)明第二種實施例的示意圖；
[0020]3)圖3是本發(fā)明第三種實施例的示意圖；
[0021]4)圖4是本發(fā)明第四種實施例的示意圖。
[0022]圖中:1_先導(dǎo)閥；2_位移傳感器；3_控制器；4_編碼器；5_電動機；6_傳動機構(gòu)(將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動)；7_主閥；8_油箱。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]實施例1
[0025]如圖1所示，本實施例中的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，包括先導(dǎo)閥1、位移傳感器2、控制器3、編碼器4、電動機5、主閥7和傳動機構(gòu)6，先導(dǎo)閥I與主閥7連接，電動機5的輸出軸通過傳動機構(gòu)6與主閥7的閥芯連接，編碼器4、位移傳感器2和電動機5與控制器3連接，編碼器4和位移傳感器2的輸出信號傳送給控制器3，控制器3經(jīng)運算后向先導(dǎo)閥I和電動機5發(fā)送控制指令。
[0026]控制器3的控制采用以下步驟:
[0027]I)設(shè)定壓力P。和主閥閥芯位移X s；
[0028]2)比較主閥7進油口壓力P與設(shè)定壓力P。，當P彡P(guān)。時，先導(dǎo)閥I位于中位，編碼器4輸出信號輸入控制器3，經(jīng)運算后控制器3向電動機5發(fā)送指令，使電動機5驅(qū)動主閥閥芯開啟，達到設(shè)定位移Xs;
[0029]3)當P > P。時，根據(jù)編碼器4輸出信號計算主閥芯位移信號X s’，將V與設(shè)定的主閥閥芯位移Xs進行比較，產(chǎn)生控制先導(dǎo)閥芯位移的信號U P 1^再與位移傳感器2檢測的信號進行比較，在控制器3中運算后產(chǎn)生修正先導(dǎo)閥位移的指令信號U/，控制器3向先導(dǎo)閥I發(fā)送U/，使先導(dǎo)閥I開口滿足U1的要求；同時，控制器3向電動機5發(fā)送指令，電動機5與先導(dǎo)閥I共同驅(qū)動主閥閥芯開啟，使主閥位移達到設(shè)定的主閥閥芯位移Xs。
[0030]本實施例中的主閥7采用單腔控制的兩位兩通液壓閥，其打開時，進油口 P與第I油口 A接通。
[0031]實施例2
[0032]如圖2所示，本實施例中的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，主閥7采用雙腔控制的兩位兩通液壓閥。主閥7的C腔和D腔分別與先導(dǎo)閥I的兩個油口連通，主閥7閥芯上開有通孔，以平衡主閥有彈簧腔與下腔的壓力。其打開時，進油口 P與第I油口 A連通。其余與實施例1中的相同。
[0033]實施例3
[0034]如圖3所示，本實施例中的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，主閥7采用兩位三通液壓閥，主閥7的C腔和D腔分別與先導(dǎo)閥I的兩個油口連通，主閥7閥芯上開有通孔，以平衡主閥有彈簧腔與下腔的壓力。當其閥芯在上位打開時，進油口 P與第I油口 A連通，在下位打開時第I油口 A與T 口連通。其余與實施例1中的相同。
[0035]實施例4
[0036]如圖4所示，本實施例中的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，主閥7采用三位四通液壓閥，主閥7的C腔和D腔分別與先導(dǎo)閥的兩個油口連通，其左位打開時進油口 P與第I油口 A連通，第II油口 B與油口 T連通；其右位打開時進油口 P與第II油口 B連通，第I油口 A與油口 T連通。其余與實施例1中的相同。
[0037]上述實施例中所述電動機5是直線電動機、旋轉(zhuǎn)電動機、異步電動機或直流電動機中的任意一種。
[0038]所述主閥還可以是多路液壓閥。
[0039]本發(fā)明的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，解決了當外部油源壓力較低時，液壓閥動態(tài)響應(yīng)慢的問題，或者無法建立足夠的壓力差，控制主閥閥口到適當?shù)奈恢玫膯栴}，也解決了在大流量的應(yīng)用場合中，當單獨采用電動機驅(qū)動時，控制閥的體積較大的問題，提高了比例閥和伺服比例閥在大流量應(yīng)用場合的工作性能，滿足了現(xiàn)有行業(yè)對先導(dǎo)型液壓閥低壓可控的要求。
【主權(quán)項】
1.電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，其特征在于:包括先導(dǎo)閥、位移傳感器、控制器、編碼器、電動機、主閥和傳動機構(gòu)，先導(dǎo)閥與主閥連接，電動機的輸出軸通過傳動機構(gòu)與主閥的閥芯連接，編碼器和位移傳感器的輸出信號傳送給控制器，控制器經(jīng)運算后向先導(dǎo)閥和電動機發(fā)送控制指令；控制器的控制采用以下步驟: 1)設(shè)定壓力P。和主閥閥芯位移Xs; 2)比較主閥進油口壓力P與設(shè)定壓力P。，當P彡P(guān)。時，先導(dǎo)閥位于中位，編碼器輸出信號輸入控制器，經(jīng)運算后控制器向電動機發(fā)送指令，使電動機驅(qū)動主閥閥芯開啟，達到設(shè)定的主閥閥芯位移Xs; 3)iP >P。時，根據(jù)編碼器輸出信號計算主閥芯位移信號xs’，將xs’與設(shè)定的主閥閥芯位移&進行比較，產(chǎn)生控制先導(dǎo)閥芯位移的信號U U1再與位移傳感器檢測的信號進行比較，在控制器中運算后產(chǎn)生修正先導(dǎo)閥位移的指令信號U1'控制器向先導(dǎo)閥發(fā)送U1，，使先導(dǎo)閥開口滿足仏的要求；同時，控制器向電動機發(fā)送指令，電動機與先導(dǎo)閥共同驅(qū)動主閥閥芯開啟，使主閥位移達到設(shè)定的主閥閥芯位移Xs。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，其特征在于:所述電動機是直線電動機、旋轉(zhuǎn)電動機、異步電動機或直流電動機中的任意一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，其特征在于:所述主閥是單腔控制的二位二通液壓閥、雙腔控制的二位二通液壓閥、二位三通液壓閥、三位四通液壓閥或多路液壓閥中的任意一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動機協(xié)同控制的先導(dǎo)型電液閥，包括先導(dǎo)閥、位移傳感器、控制器、編碼器、電動機、主閥和傳動機構(gòu)，先導(dǎo)閥與主閥連接，電動機的輸出軸通過傳動機構(gòu)與主閥的閥芯連接，編碼器和位移傳感器的輸出信號傳送給控制器，控制器經(jīng)運算后向先導(dǎo)閥和電動機發(fā)送控制指令。本發(fā)明解決了當外部油源壓力較低時，液壓閥動態(tài)響應(yīng)慢的問題，或者無法建立足夠的壓力差，控制主閥閥口到適當?shù)奈恢玫膯栴}，也解決了在大流量的應(yīng)用場合中，當單獨采用電動機驅(qū)動時，控制閥的體積較大的問題，提高了比例閥和伺服比例閥在大流量應(yīng)用場合的工作性能。
【IPC分類】F15B13/02
【公開號】CN105003477
【申請?zhí)枴緾N201510347080
【發(fā)明人】權(quán)龍 , 蘭媛, 郝惠敏, 黃家海, 武兵
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月19日