专利名称：先导流量闭环控制的流量阀及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种先导流量闭环控制的流量阀及控制方法，它属于一种液压控制元件中的电液比例流量控制阀及控制方法，其通过控制先导阀输出流量不受外界负载变化的影响，进而实现主阀流量不受外负载变化的影响。
背景技术：
比例流量控制阀是液压系统的重要元件之一，通过对流量的控制，实现对执行元件速度的改变。比例流量控制阀有直动式和先导式之分，对于大流量阀，常采用先导式。由于流量控制阀是通过改变阀口的大小来改变流量值，根据阀口的流量公式，通过阀口的流量不仅与阀的开口面积有关，而且与阀口前后的压差有关，因而在阀口面积不变，而压差改变时流量也会发生变化。现有技术中的先导比例流量控制阀常采用压差补偿器来对比例流量阀进出油口两端的压差进行补偿来解决这个问题。然而这种方法由于受到液动力的影响，仍然存在较大的流量偏差，控制精度相对较低。
图1是瑞典学者B.Anderson上世纪80年代初发明的流量放大型比例流量阀 (Valvistor)，其主阀的流量与先导阀的流量成正比，当阀的结构参数确定后，主阀按比例放大通过先导阀的流量。为了消除比例先导阀1进出口压差变化对通过其流量的影响，在主阀6和先导阀1之间串联一个小通径的定差减压阀17，对比例先导阀1进出口压差进行补偿，相对于在主阀口进行压差补偿的原理，简化了阀的结构。结构布置上，主阀进油口 A 通过主阀6第III流道L3连通节流槽Cr，节流槽&通过主阀套8的节流边K与主阀控制腔 X相通。定差减压阀17的进油口 A2与主阀控制腔X连通，定差减压阀17的出油口氏同时与比例先导阀1的进油口 Af、定差减压阀17的无弹簧油腔C3相连通，先导阀出油口驮同时与定差减压阀弹簧腔C2及主阀出油口 B相连通。这样基本保证了先导阀进油口紅与出油口驮之间的压差恒定，但由于采用开环控制，控制流量仍然要受到压差补偿用定差减压阀液动力的影响，控制精度低，阀的机械结构也相对复杂，同时加大了阀的最低工作压力。
发明内容
本发明的目的是解决现有比例流量阀存在的结构复杂、制造难度大、控制精度低和压差损失较大的技术问题，提供一种结构简单、制造容易、控制精度高和压差损失小的先导流量闭环控制的流量阀。本发明的另一目的是提供一种先导流量闭环控制的流量阀的控制方法。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是
一种先导流量闭环控制的流量阀，它包括比例放大器、由先导阀阀芯、比例电磁铁、先导阀复位弹簧、先导阀阀体、先导阀进油口、先导阀出油口、先导阀弹簧腔和先导阀无弹簧腔组成的比例先导阀和由主阀阀芯、主阀套、主阀进油口、主阀出油口、主阀控制腔、节流槽和节流边K组成的主阀，其中它还包括第一压力传感器、第二压力传感器、先导流量计算器、先导流量调节器、位移传感器和先导位移调节器；主阀进油口通过主阀第III流道连通节流槽，节流槽通过主阀套的节流边与主阀控制腔相通，主阀控制腔通过第I流道与先导阀进油口相连通，第一压力传感器安装在第I流道上，第一压力传感器输出信号端通过导线与先导流量计算器的第I输入端口连接；先导阀出油口通过第II流道与主阀出油口相连通，第二压力传感器安装在第II流道上，第二压力传感器的输出信号端通过导线与先导流量计算器的第II输入端口连接；位移传感器与先导阀阀芯同轴设置，检测先导阀阀芯的位移，其输出信号端同时与先导流量计算器的第III输入端口和先导位移调节器的第II输入端口连接；先导阀弹簧腔通过第IV流道与先导阀无弹簧腔连通，先导阀复位弹簧与先导阀阀芯同轴设置，并将一端作用在先导阀阀体上，另一端作用在先导阀阀芯上，用于先导阀阀芯复位；先导流量计算器的输出端口与先导流量调节器的第II输入端口连接，先导流量调节器的第I输入端口与给定信号连接，先导流量调节器的输出端口与先导位移调节器的第I 输入端口连接，先导位移调节器的输出端与比例放大器的输入端连接，比例放大器的输出端与比例电磁铁连接，输出信号给电磁铁，从而驱动电磁铁输出与之相适应的电磁力。本发明的又一种先导流量闭环控制的流量阀，它包括比例放大器、由先导阀阀芯、 比例电磁铁、先导阀复位弹簧、先导阀阀体、先导阀进油口、先导阀出油口、先导阀弹簧腔和先导阀无弹簧腔组成的比例先导阀和由主阀阀芯、主阀套、主阀进油口、主阀出油口、主阀控制腔、节流槽和节流边的主阀，其中它还包括第一压力传感器、第二压力传感器和先导流量计算器；主阀进油口通过主阀第III流道连通节流槽，节流槽通过主阀套的节流边与主阀控制腔相通，主阀控制腔通过第I流道与先导阀进油口相连通，第一压力传感器安装在第I流道上，第一压力传感器输出信号端通过导线与先导流量计算器的第I输入端口连接；先导阀出油口通过第II流道与主阀出油口相连通，第二压力传感器安装在第II流道上， 第二压力传感器的输出信号端通过导线与先导流量计算器的第II输入端口连接；先导阀弹簧腔通过第IV流道与先导阀无弹簧腔连通，先导阀复位弹簧与先导阀阀芯同轴设置，并将一端作用在先导阀阀体上，另一端作用在先导阀阀芯上，用于先导阀阀芯复位；先导流量计算器的输出端口与比例放大器的输入端连接，比例放大器的输出端与比例电磁铁连接，输出信号给电磁铁，从而驱动电磁铁输出与之相适应的电磁力。本发明先导流量闭环控制的流量阀的控制方法，其首先通过第一压力传感器检测比例先导阀的进口压力A，通过第二压力传感器检测比例先导阀的出口压力A，通过位移传感器检测先导阀阀芯的位移，然后将上述检测到的进口压力/7A、出口压力A和位移送入先导流量计算器中并按流量计算公式计算出通过比例先导阀的流量&，即，
式中c—比例先导阀等效流量系数，C = Cd P, Cd—为比例先导阀阀口流量系
Ip
数，r—油液的密度；A (y)—比例先导阀通流面积，_f —先导阀阀芯的位移-’Pk — 比例先导阀进口压力，A-比例先导阀出口压力；
将计算出的流量&作为通过比例先导阀的实际流量，输入到先导流量调节器第II输入端口，在先导流量调节器中将其与给定值仏比较，得到偏差值，采用比例-积分-微分(PID) 控制器，闭环控制比例先导阀的流量，使通过比例先导阀的流量不随负载压力和主阀上腔压力的变化而改变；先导流量调节器的输出值作为先导阀阀芯位移的设定值输入到先导位
5移调节器的第I输入端，先导阀阀芯位移采用PD控制器，其输出值输入到比例放大器，局部闭环控制先导阀阀芯的位移。由Valvistor阀原理可知，通过主阀的流量与先导阀的流量呈线性关系，进而控制主阀流量随先导阀的设定值而改变。 本发明又一先导流量闭环控制的流量阀的控制方法，其先用第一压力传感器检测比例先导阀进口的压力仏，并将检测到的压力值输入到先导流量计算器的第I输入端口，用第二压力传感器检测比例先导阀出口的压力A，并将检测到的压力值输入到先导流量计算器的第II输入端口，先导流量计算器根据检测到的比例先导阀进出口压差，计算
出先导阀阀芯位移，在先导流量计算器中，按公式计算出比例先导阀的新位移设定值Jjf, - 11 v ^其中， 一根据试验确定的比例先导阀通过额定流量时的最
权利要求
1.一种先导流量闭环控制的流量阀，它包括比例放大器(18)、由先导阀阀芯O)、比例电磁铁(3)、先导阀复位弹簧G)、先导阀阀体(5)、先导阀进油口(AF)、先导阀出油口(By)、 先导阀弹簧腔(Pz)和先导阀无弹簧腔(P_f)组成的比例先导阀⑴和由主阀阀芯(7)、主阀套(8)、主阀进油口(A)、主阀出油口(B)、主阀控制腔(X)、节流槽(⑶和节流边⑷组成的主阀(6)，其特征是它还包括第一压力传感器(9)、第二压力传感器(10)、先导流量计算器(11)、先导流量调节器(12)、位移传感器(1 和先导位移调节器(14)；主阀进油口 (A)通过主阀(6)第III流道(L3)连通节流槽(Cr)，节流槽(⑶通过主阀套(8)的节流边 ⑷与主阀控制腔⑴相通，主阀控制腔⑴通过第I流道(L1)与先导阀进油口(Ay )相连通，第一压力传感器(9)安装在第I流道(L1)上，第一压力传感器(9)输出信号端通过导线与先导流量计算器(11)的第I输入端口(D)连接；先导阀出油口(BjO通过第II流道 (L2)与主阀出油口(B)相连通，第二压力传感器(10)安装在第II流道(L2)上，第二压力传感器(10)的输出信号端通过导线与先导流量计算器(11)的第II输入端口(E)连接；位移传感器(13)与先导阀阀芯O)同轴设置，检测先导阀阀芯(2)的位移，其输出信号端同时与先导流量计算器(11)的第III输入端口(F)和先导位移调节器(14)的第II输入端口(N) 连接；先导阀弹簧腔(Pz)通过第IV流道(L4)与先导阀无弹簧腔(Py)连通，先导阀复位弹簧(4)与先导阀阀芯O)同轴设置，并将一端作用在先导阀阀体(5)上，另一端作用在先导阀阀芯(2)上，用于先导阀阀芯(2)复位；先导流量计算器(11)的输出端口(G)与先导流量调节器(1 的第II输入端口(I)连接，先导流量调节器(1 的第I输入端口(H)与给定信号连接，先导流量调节器(1 的输出端口(J)与先导位移调节器(14)的第I输入端口(M)连接，先导位移调节器(14)的输出端与比例放大器(18)的输入端连接，比例放大器 (18)的输出端与比例电磁铁(3)连接，输出信号给电磁铁。
2.一种先导流量闭环控制的流量阀，它包括比例放大器(18)、由先导阀阀芯O)、比例电磁铁(3)、先导阀复位弹簧G)、先导阀阀体(5)、先导阀进油口(Af)、先导阀出油口(By)、 先导阀弹簧腔(Pz)和先导阀无弹簧腔(P_F)组成的比例先导阀⑴和由主阀阀芯(7)、主阀套(8)、主阀进油口(A)、主阀出油口(B)、主阀控制腔(X)、节流槽(Cr)和节流边⑷组成的主阀(6)，其特征是它还包括第一压力传感器(9)、第二压力传感器(10)和先导流量计算器(11)；主阀进油口㈧通过主阀(6)第III流道(L3)连通节流槽(&)，节流槽(⑶通过主阀套⑶的节流边⑷与主阀控制腔⑴相通，主阀控制腔⑴通过第I流道(L1)与先导阀进油口(Af )相连通，第一压力传感器(9)安装在第I流道(L1)上，第一压力传感器 (9)输出信号端通过导线与先导流量计算器(11)的第I输入端口(D)连接；先导阀出油口彻)通过第II流道(L2)与主阀出油口⑶相连通，第二压力传感器(10)安装在第II流道 (L2)上，第二压力传感器(10)的输出信号端通过导线与先导流量计算器(11)的第II输入端口(E)连接；先导阀弹簧腔(Pz)通过第IV流道(L4)与先导阀无弹簧腔(PjO连通，先导阀复位弹簧(4)与先导阀阀芯O)同轴设置，并将一端作用在先导阀阀体(5)上，另一端作用在先导阀阀芯(2)上，用于先导阀阀芯(2)复位；先导流量计算器(11)的输出端口(G) 与比例放大器(18)的输入端连接，比例放大器(18)的输出端与比例电磁铁(3)连接，输出信号给电磁铁。
3.一种实现权利要求1所述的先导流量闭环控制的流量阀的控制方法，其特征是首先通过第一压力传感器(9)检测比例先导阀(1)的进口压力仏，通过第二压力传感器(10)检测比例先导阀(1)的出口压力A，通过位移传感器(13)检测先导阀阀芯(2)的位移，然后将上述检测到的进口压力/7A、出口压力Α和位移送入先导流量计算器(11)中并按流量计算公式计算出通过比例先导阀(1)的流量
4. 一种实现权利要求2所述的先导流量闭环控制的流量阀的控制方法，其特征是: 先用第一压力传感器(9)检测比例先导阀(1)进口的压力/7A，并将检测到的压力值输入到先导流量计算器(11)的第I输入端口(D)，用第二压力传感器(10)检测比例先导阀(1)出口的压力A，并将检测到的压力值输入到先导流量计算器(η)的第II输入端口 (E)，先导流量计算器(11)根据检测到的比例先导阀(1)进出口压差，计算出先导阀阀芯(2)位移，在先导流量计算器(11)中，按公式计算出比例先导阀(1)的新位移设定值Jjf,
全文摘要
本发明涉及一种先导流量闭环控制的流量阀及控制方法。本发明主要是解决现有比例流量阀存在的控制精度低和压差损失较大的技术问题。本发明的技术方案是先导流量闭环控制的流量阀，它包括比例放大器、比例先导阀和主阀，其中它还包括压力传感器、先导流量计算器、先导流量调节器、位移传感器和先导位移调节器；压力传感器安装在第Ⅰ流道和第Ⅱ流道上，压力传感器的输出信号端与先导流量计算器的输入端口连接。本发明的方法是将计算出的流量qy与给定值qS比较，得到偏差值，采用PID控制器，闭环控制比例先导阀的流量，使通过比例先导阀的流量不随负载压力和主阀上腔压力的变化而改变，进而控制主阀流量随先导阀的设定值而改变。
文档编号F15B13/02GK102425581SQ20111041147
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者张晓俊, 权龙 , 王成宾, 王旭平 申请人:太原理工大学