專利名稱：高速數(shù)字控制及數(shù)字反饋比例閥的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種流體控制系統(tǒng)中控制流體方向、流量及壓力的比例閥。
背景技術：
液壓控制系統(tǒng)通過對執(zhí)行元件(油缸或馬達)中液流的方向、流量和壓力的控制，使液壓執(zhí)行機構(gòu)(油缸或馬達)根據(jù)不同作業(yè)對象和工作狀態(tài)的變化，實現(xiàn)特定的位置、速度或力(力矩)的要求。電液比例控制是介于開關型控制和伺服控制之間的一種精密控制技術，通過對電流比例閥驅(qū)動電磁鐵電流方向及大小的控制，并根據(jù)閥芯位置傳感器反饋的模擬量進行控制，使液壓系統(tǒng)的輸出滿足液壓執(zhí)行器對液流方向、壓力和流量的要求，實現(xiàn)所要求的精確控制。
對于中小流量(100L/min)和中低響應(小于50Hz)的比例控制，比例閥一般采用直動式閥芯節(jié)流，即對置于閥芯兩端的電磁鐵采用模擬式比例控制。通過控制比例電磁鐵通電電流大小，使一端電磁鐵的鐵芯在一定電磁力的作用下壓縮另一端回位彈簧，當電磁力與彈簧反力和液壓力達到平衡時，使閥芯產(chǎn)生與控制電流成比例的位移，比例閥實現(xiàn)一定的流量或壓力。這種比例電磁閥的缺點主要在于與計算機數(shù)字控制和反饋還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換接口。此外，比例閥因電磁閥兩端的可動鐵芯和閥芯的總質(zhì)量大，而驅(qū)動電磁鐵只有一側(cè)的推力，加之回位彈簧的反力作用，比例閥的響應速度偏低。隨著計算機數(shù)字控制技術的不斷普及，比例控制也產(chǎn)生了相應的數(shù)字電流比例控制系統(tǒng)。數(shù)字電液比例控制系統(tǒng)主要有四種形式；模擬式比例閥、組合式數(shù)字閥、步進式數(shù)字閥及高速開關閥。由模似式比例元件構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)仍需要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，或采用脈寬調(diào)制方式進行控制，實際上是一種間接式數(shù)字控制；組合式數(shù)字閥是由成組的普通電磁閥和壓力閥或流量閥組成的數(shù)字式壓力或流量比例調(diào)節(jié)閥組，各電閥可接受由計算機輸出并放大的開關型電壓信號。若需實現(xiàn)一定精度的控制，數(shù)量眾多的電磁閥會使系統(tǒng)的體積過于龐大，成本也難以承受；步進式數(shù)字閥由計算機控制的步進電機驅(qū)動閥芯運動，實現(xiàn)對閥芯節(jié)流開度的控制，該系統(tǒng)因傳動環(huán)節(jié)增多、機械慣量大而響應速度慢(小于10Hz)；由快速開關閥組成的高速比例控制系統(tǒng)一般采用時間比率式脈沖調(diào)制來達到控制流量的目的，其響應頻率也相對較高(75Hz)，但只能對小流量(小于10L/min)的壓力或流量進行調(diào)速，所以多用在先導控制部分。對提高比例閥的響應速度而言，要么提高驅(qū)動電磁鐵的起動電磁力，要么降低可動鐵芯和閥芯的質(zhì)量。實事上，目前的單側(cè)驅(qū)動電磁鐵在加大起動電磁力的同時，也加大了鐵芯質(zhì)量，且起動后電磁鐵的維持電流也較大，加大了比例閥的能耗。此外，傳統(tǒng)的比例電磁閥閥芯位置由安裝在閥端的閥芯位置傳感器進行檢測，其反饋輸出量一般為模擬量，還需經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后方能使用。由于安裝在端蓋外側(cè)的閥芯位置傳感器與閥芯為剛性連接，這就對閥芯位置傳感器、閥芯和閥體的連接精度提出了極高的要求，也就對相關零件的加工和比例閥的安裝提出了苛刻的要求，使得傳統(tǒng)比例閥的制作成本居高不下。
實用新型的內(nèi)容本實用新型的目的是提供實現(xiàn)液壓系統(tǒng)液流方向、流量和壓力進行數(shù)字控制和數(shù)字反饋的比例閥，實現(xiàn)比例閥的數(shù)字化、快響應、高精度、中流量、低成本和低能耗的要求。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型高速數(shù)字控制及數(shù)字反饋比例閥，包括閥體10、閥體10內(nèi)的液路通道A、B、閥芯11、與閥芯11連接的可動鐵芯6，與可動鐵芯6配合的固定鐵芯14、與閥芯挺桿13對應的閥芯位置傳感器2、固定鐵芯14外的電磁鐵繞組7、回位彈簧16，電磁鐵繞組7是若干個獨立線圈組合成的數(shù)字電磁鐵繞組，每個繞組分別與一路控制線路連接。
本實用新型閥體10的液路通道(A、B)各由一組閥芯11控制通斷，兩組閥芯11各與可動鐵芯6、固定鐵芯14、電磁鐵繞組7、閥芯挺桿13、傳感器2，回位彈簧16配套。
本實用新型兩組閥芯11及配套件對稱布置在閥體1兩側(cè)。
本實用新型電磁鐵繞組7是由至少四個獨立線圈組合的數(shù)字電磁鐵繞組。
本實用新型閥芯位置傳感器2為閥芯中位/極限位狀態(tài)開關型傳感器，與螺紋調(diào)節(jié)裝置1連接并安裝在端蓋3上。
本實用新型固定鐵芯14由磁性材料和非磁性材料間隔組成為一體，構(gòu)成磁通回路。
本實用新型數(shù)字電磁鐵繞組7與多路接頭18連接，多路接頭18的各路與由計算機數(shù)字信號驅(qū)動的開關放大電路連接。
本實用新理外套筒4的一端與閥體端蓋3連接，另一端與固定鐵芯組14的一端連接，固定鐵芯組14與內(nèi)側(cè)限位套筒9和外側(cè)支撐限位套筒5連接，套筒5內(nèi)有彈簧座17與挺桿13，彈簧16和傳感器2配合。
本實用新型的基本思路，一是改比例電磁鐵模擬控制為直接數(shù)字控制，二是改位置模擬傳感器為檢測閥芯中位/極限位的數(shù)字狀態(tài)傳感器，以實現(xiàn)比例閥較高響應的直接數(shù)字控制。本實用新型的驅(qū)動電磁鐵由多組線圈構(gòu)成數(shù)字驅(qū)動線圈，取代傳統(tǒng)的單一比例電磁線圈。由計算機控制多位數(shù)字開關放大器，對置于閥兩端的各繞組線圈按控制要求給定電流進行激磁，各線圈在啟動時峰值電磁力的疊加，可產(chǎn)生較大的推力和拉力，提高比例閥的響應速度。其次，對稱布置的兩端數(shù)字電磁鐵可對各自的可動鐵芯實施推力或拉力，實現(xiàn)閥芯的快速精確回位或定位，有利于比例閥的響應速度。
與現(xiàn)有用于控制的電磁換向閥、伺服閥、比例閥相比，本實用新型通過巧妙構(gòu)思，將傳統(tǒng)單級、單向作用、模擬量控制電磁鐵，改為多級、組合雙向作用、數(shù)字控制電磁鐵，提高了閥芯瞬間啟動驅(qū)動力，又可通過不同繞組的激磁組合，產(chǎn)生強度不同的推或拉力，使電磁力與彈簧復位力和液動力平衡，并通過液壓執(zhí)行器流量和壓力反饋信號，由控制器對閥芯位移量的進行精確閉環(huán)控制，實現(xiàn)對流量或壓力的比例控制，實現(xiàn)真正意義的比例閥直接數(shù)字控制，并具有響應快、流量較大、控制精度高和節(jié)能的獨特優(yōu)點。此外，通過簡化閥位置傳感器為數(shù)字狀態(tài)傳感器，不僅實現(xiàn)直接數(shù)字反饋，還降低了傳感器成本，同時也降低了位置傳感器與閥體和閥芯的安裝精度，降低了閥體和端蓋等零件的制造精度。本實用新型提出的數(shù)字控制比例閥，還大大簡化了原模擬控制電路的控制器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路，而采用直接開關放大電路實現(xiàn)控制。在液壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作期間，閥芯位置的保持可采用較少的組合電磁鐵激磁，以減小能耗。本實用新型制作成本稍高于傳統(tǒng)的比例電磁換向閥，但大大低于伺服閥，可取代部分伺服閥，作為中等流量、高精密、快響應液壓系統(tǒng)控制的新型高速數(shù)字控制比例閥。


圖1是本實用新型的剖視圖。
圖2是本實用新型的符號圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型。如附圖1所示，本實用新型主要由閥體10、閥芯11、可動鐵芯6、固定鐵芯組14、中位/極限位狀態(tài)傳感器2、組合數(shù)字電磁鐵7、推桿13、回位彈簧16、外套筒4、外側(cè)支撐限位套筒5、內(nèi)側(cè)限位套筒9、彈簧座17、多路接頭18、連接線1、閥體端蓋3、連接螺栓15等零件組成。組合數(shù)字電磁鐵7由四個或四個以上的獨立電磁線圈組合而成，剛性固定鐵芯14組由導磁材料和非導磁材料間隔組成，與可動鐵芯6構(gòu)成磁力回路，使各獨立繞組在不同通電方向時均可對可動鐵芯6產(chǎn)生一定推力或拉電磁力。可動鐵芯6通過與之連接的推桿13，用螺紋與閥芯11剛性相連，而中位/極限位狀態(tài)傳感器2用螺紋調(diào)節(jié)裝置1固定在端蓋3上，其端部與推桿13接觸，并可通過兩端狀態(tài)傳感器螺紋調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)，檢測閥芯的中位和兩側(cè)的極限位置狀態(tài)。固定鐵芯組14由磁性材料和非磁性材料間隔組成為一體，構(gòu)成磁通回路。多路接頭18與由計算機數(shù)字信號驅(qū)動的開關放大電路相連，實現(xiàn)對各電磁鐵繞組的開關量激磁控制。兩組數(shù)字電磁鐵的激磁控制可以是兩組、八個電磁鐵的不同通電方向、不同排列的通電組合，使之產(chǎn)生與彈簧力和液動力相平衡的電磁力。如果必要，還可以實現(xiàn)不同電流強度的控制方案，以滿足不同精度控制?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)液壓執(zhí)行中流量及壓力的反饋，通過控制器構(gòu)成閉環(huán)控制，實現(xiàn)對閥芯位移的精確數(shù)字控制從而對液動機流量壓力進行調(diào)定，滿足不同壓力及流量的控制要求。
權(quán)利要求1.一種高速數(shù)字控制及數(shù)字反饋比例閥，包括閥體(10)、閥體(10)內(nèi)的液路通道(A、B)、閥芯(11)、與閥芯(11)連接的可動鐵芯(6)，與可動鐵芯(6)配合的固定鐵芯(14)、與閥芯挺桿(13)對應的閥芯位置傳感器(2)、固定鐵芯(14)外的電磁鐵繞組(7)、回位彈簧(16)，其特征在于電磁鐵繞組(7)是若干個獨立線圈組合成的數(shù)字電磁鐵繞組，每個繞組分別與一路控制線路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比例閥，其特征在于閥體(10)的液路通道(A、B)各由一組閥芯(11)控制通斷，兩組閥芯(11)各與可動鐵芯(6)、固定鐵芯(14)、電磁鐵繞組(7)、閥芯挺桿(13)、傳感器(2)，回位彈簧(16)配套。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的比例閥，其特征在于兩組閥芯(11)及配套件對稱布置在閥體(1)兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的比例閥，其特征在于電磁鐵繞組(7)是由至少四個獨立線圈組合的數(shù)字電磁鐵繞組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的比例閥，其特征在于閥芯位置傳感器(2)為閥芯中位/極限位狀態(tài)開關型傳感器，與螺紋調(diào)節(jié)裝置(1)連接并安裝在端蓋(3)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的比例閥，其特征在于固定鐵芯(14)由磁性材料和非磁性材料間隔組成為一體，構(gòu)成磁通回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的比例閥，其特征在于數(shù)字電磁鐵繞組(7)與多路接頭(18)連接，多路接頭(18)的各路與由計算機數(shù)字信號驅(qū)動的開關放大電路連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的比例閥，其特征在于外套筒(4)的一端與閥體端蓋(3)連接，另一端與固定鐵芯組(14)的一端連接，固定鐵芯組(14)與內(nèi)側(cè)限位套筒(9)和外側(cè)支撐限位套筒(5)連接，套筒(5)內(nèi)有彈簧座(17)與挺桿(13)，彈簧(16)和傳感器(2)配合。
專利摘要本實用新型為高速數(shù)字控制及數(shù)字反饋比例閥,包括閥體(10)、閥體(10)內(nèi)的液路通道(A、B)、閥芯(11)、與閥芯(11)連接的可動鐵芯(6),與可動鐵芯(6)配合的固定鐵芯(14)、與閥芯挺桿(13)可接觸的閥芯位置傳感器(2)、固定鐵芯(14)外的電磁鐵繞組(7)、回位彈簧(16),電磁鐵繞組(7)是若干個獨立線圈組合成的數(shù)字電磁鐵繞組,每個繞組分別與一路控制線路連接?？蓪α黧w方向、流量和壓力進行數(shù)字控制和數(shù)字反饋,響應快、精度高,能耗低。
文檔編號F15B13/00GK2511817SQ0125708
公開日2002年9月18日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月29日
發(fā)明者柯堅, 于蘭英, 王國治, 鄧斌 申請人:四川三洲液壓驅(qū)動技術有限公司, 成都海普特電子機械技術開發(fā)有限責任公司