一种电液数字换向阀的制作方法

本发明涉及到液压电磁阀技术领域，特别是一种响应速度快，控制精度高且控制模式可独立配置、灵活组合的电液数字换向阀。

背景技术：

电液阀作为液压传动与控制系统的一种重要的阀类，主要由先导阀和主阀组成，先导阀一般为电磁阀换向阀，主要通过换向控制进入主阀油路，从而起到弱电控制大流量、大压力的作用。但一般先导阀为普通电磁换向阀，只能起到简单的油路换向，没法对油液的压力、流量起到精确的控制，假如工况变化，比如执行元件需要不同的运动速度，则需要用电液比例阀来实现。

电液比例阀虽然能对压力和流量进行线性比例控制，但比例电磁铁输入电流大，高频响应慢等缺点。近年来，为了取得好的控制效果，人们用数字阀做为先导阀，从而发展成为电液数字阀。其可直接与计算机进行接口，不需要数/模转换器，与比例阀、伺服阀相此，此类阀结构简单、工艺性好、重复性好、工作稳定可靠，由于它将计算机和液压技术紧密结合，因而有着广阔的应用前景。

传统的数字阀控制方式一般采用增量控制法和脉宽调制控制法，增量控制法主要通过控制系统产生数字式脉冲信号驱动步进电机转动，再通过机械转换装置将步进电机旋转运动转换为直线运动，从而带动阀芯移动，控制和调节液压参数。但由于步进电机具有较大转动惯量，在与液压阀机械连接后，惯量增大，固有频率进一步降低，因此频响性能受到很大限制，甚至出现高频失步现象。

脉宽调制数字阀一般为快速开关型数字阀，主要是调节输入信号的脉宽来控制阀的开与关及开、并的时间长度，从而达到控制液流的方向、流量和压力的目的。但其控制精度低，控制模式单一且结构较为复杂，一般作为单独的数字阀使用，很少做先导阀使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种响应速度快，控制精度高且控制模式可独立配置、灵活组合的电液数字换向阀。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种电液数字换向阀，所述电液数字换向阀包括左先导阀；右先导阀；左主阀；右主阀；左先导阀芯驱动装置；右先导阀芯驱动装置；左主阀控制油路压力检测装置；右主阀控制油路压力检测装置；其中，所述左先导阀进油口P1的进油通道与所述右先导阀进油口P2的进油通道在先导阀体内部与先导阀进油通道P'垂直连通，所述左先导阀出油口T1的出油通道与所述右先导阀出油口T2的出油通道在先导阀体内部与先导阀回油通道T'垂直连通，所述左先导阀控制油口A1的油路通道与所述左主阀阀芯上端空腔通过先导阀体与主阀体内部通道连通，所述左先导阀控制油口B1与所述左主阀阀芯下端空腔通过先导阀体与主阀体外部通道连通，所述右先导阀控制油口A2的油路通道与所述右主阀阀芯上端空腔通过先导阀体与主阀体内部通道连通，所述右先导阀控制油口B2的油路通道与所述右主阀阀芯下端空腔通过先导阀体与主阀体外部通道连通，所述左主阀进油口P3的油路通道与所述右主阀进油口P4的油路通道在主阀体内部与主阀进油口P的油路通道垂直连通，所述左主阀回油口T3的油路通道与所述右主阀回油口T4的油路通道在主阀体内部与主阀回油口T的油路通道垂直连通；

优选方案，其中，所述左先导阀的阀芯与所述右先导阀的阀芯水平对称分布在先导阀的同一阀体孔中；

优选方案，其中，所述左先导阀芯驱动装置为左音圈电机，所述右先导阀芯驱动装置为右音圈电机；

优选方案，其中，所述左音圈电机与所述左先导阀的阀芯连接装置、所述右音圈电机与所述右先导阀的阀芯连接装置均为联轴器；

优选方案，其中，还包括中央控制器，所述中央控制器安装在所述左先导阀的阀体上端中央；

优选方案，其中，所述中央控制器与所述左音圈电机、所述右音圈电机均通过CAN总线连接；

优选方案，其中，所述左主阀的阀芯、所述右主阀的阀芯竖直对称布置在所述左主阀的阀体、所述右主阀的阀体内；

优选方案，其中，所述左主阀的阀体与所述右主阀的阀体为同一阀体；

优选方案，其中，还包括左位移传感器、右位移传感器，所述左位移传感器上端安装在先导阀阀体内，下端插入所述左主阀的阀芯上端的圆孔内，形成间隙配合，所述左位移传感器导线通过先导阀阀体与所述中央控制器连接；所述右位移传感器上端安装在先导阀阀体内，下端插入所述右主阀的阀芯上端的圆孔内，形成间隙配合，所述右位移传感器导线通过先导阀阀体与所述中央控制器连接；

优选方案，其中，所述左位移传感器、所述右位移传感器均为LVDT位移传感器。

优选方案，其中，所述左主阀控制油路压力检测装置为B口压力传感器，所述B口压力传感器嵌在主阀体内靠近B口的油路通道内，所述B口压力传感器导线穿出主阀体左端通过CAN总线与所述中央控制器连接；

优选方案，其中，所述右主阀控制油路压力检测装置为A口压力传感器，所述A口压力传感器嵌在主阀体内靠近A口的油路通道内，所述A口压力传感器导线穿出主阀体右端通过CAN总线与所述中央控制器连接；

优选方案，其中，还包括P口压力传感器、T口压力传感器，所述P口压力传感器嵌在主阀体内P口油路通道靠近出口的位置，所述P口压力传感器导线穿出主阀体通过CAN总线与所述中央控制器连接，所述T口压力传感器嵌在主阀体内T口油路通道靠近出口的位置，所述T口压力传感器导线穿出主阀体通过CAN总线与所述中央控制器连接。

本发明的特点在于：先导阀阀芯由音圈电机独立控制，响应速度快，控制精度高；主阀芯分别由先导阀独立控制，由于设置有位移传感器，可以对主阀芯位置进行精确控制，由于设置有压力传感器，可以对主阀的进口压力、出口压力、控制油口压力以及流量进行精确的闭环控制，确保执行元件能精确的速度工作，并且，可以根据实际平台使用的工况，确定最佳的双阀芯组合控制方案。

附图说明

图1为本发明所述的一种电液换向阀结构原理图；

图2为本发明所述的一种电液换向阀的应用实施例；

图3为本发明所述的一种电液换向阀的另一应用实施例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种电液数字换向阀，所述电液数字换向阀包括左先导阀1；右先导阀2；左主阀3；右主阀4；左先导阀芯驱动装置5；右先导阀芯驱动装置6；左主阀控制油路压力检测装置9；右主阀控制油路压力检测装置10；其中，所述左先导阀1进油口P1的进油通道与所述右先导阀2进油口P2的进油通道在先导阀体内部与先导阀进油通道P'垂直连通，所述左先导阀1出油口T1的出油通道与所述右先导阀2出油口T2的出油通道在先导阀体内部与先导阀回油通道T'垂直连通，所述左先导阀1控制油口A1的油路通道与所述左主阀3阀芯上端空腔通过先导阀体与主阀体内部通道连通，所述左先导阀1控制油口B1与所述左主阀3阀芯下端空腔通过先导阀体与主阀体外部通道连通，所述右先导阀2控制油口A2的油路通道与所述右主阀4阀芯上端空腔通过先导阀体与主阀体内部通道连通，所述右先导阀2控制油口B2的油路通道与所述右主阀4阀芯下端空腔通过先导阀体与主阀体外部通道连通，所述左主阀3进油口P3的油路通道与所述右主阀4进油口P4的油路通道在主阀体内部与主阀进油口P的油路通道垂直连通，所述左主阀3回油口T3的油路通道与所述右主阀4回油口T4的油路通道在主阀体内部与主阀回油口T的油路通道垂直连通；

具体地，所述左先导阀1的阀芯与所述右先导阀2的阀芯水平对称分布在先导阀的同一阀体孔中；

具体地，所述左先导阀芯驱动装置5为左音圈电机，所述右先导阀芯驱动装置6为右音圈电机；

具体地，所述左音圈电机与所述左先导阀1的阀芯连接装置、所述右音圈电机与所述右先导阀2的阀芯连接装置均为联轴器；

具体地，还包括中央控制器13，所述中央控制器13安装在所述左先导阀1的阀体上端中央；

具体地，所述中央控制器13与所述左音圈电机、所述右音圈电机均通过CAN总线连接；

具体地，所述左主阀3的阀芯、所述右主阀4的阀芯竖直对称布置在所述左主阀3的阀体、所述右主阀4的阀体内；

具体地，所述左主阀3的阀体与所述右主阀4的阀体为同一阀体；

具体地，还包括左位移传感器7、右位移传感器8，所述左位移传感器7上端安装在先导阀阀体内，下端插入所述左主阀3的阀芯上端的圆孔内，形成间隙配合，所述左位移传感器7导线通过先导阀阀体与所述中央控制器13连接；所述右位移传感器8上端安装在先导阀阀体内，下端插入所述右主阀4的阀芯上端的圆孔内，形成间隙配合，所述右位移传感器8导线通过先导阀阀体与所述中央控制器13连接；

具体地，所述左位移传感器7、所述右位移传感器8均为LVDT位移传感器。

具体地，所述左主阀控制油路压力检测装置9为B口压力传感器，所述B口压力传感器嵌在主阀体内靠近B口的油路通道内，所述B口压力传感器导线穿出主阀体左端通过CAN总线与所述中央控制器13连接；

具体地，所述右主阀控制油路压力检测装置10为A口压力传感器，所述A口压力传感器嵌在主阀体内靠近A口的油路通道内，所述A口压力传感器导线穿出主阀体右端通过CAN总线与所述中央控制器13连接；

具体地，还包括P口压力传感器11、T口压力传感器12，所述P口压力传感器11嵌在主阀体内P口油路通道靠近出口的位置，所述P口压力传感器11导线穿出主阀体通过CAN总线与所述中央控制器13连接，所述T口压力传感器12嵌在主阀体内T口油路通道靠近出口的位置，所述T口压力传感器12导线穿出主阀体通过CAN总线与所述中央控制器13连接。

下面就本发明的工作原理进行简单介绍：

一、例如，中央控制器13通过CAN总线向左音圈电机5发出“+”信号（+代表正向电流，－代表反向电流），左音圈电机5带动左先导阀1的阀芯向右运动，进油口P1和控制油口A1接通，同时控制油口B1和回油口T1接通，先导阀控制油液从P'口进入P1口，然后进入A1口，通过A1口进入左主阀3阀芯上端空腔，推动左主阀3阀芯向下运动，左主阀3进油口P3和B口接通，主油路通过P口、P3口进入B口，然后从B口流出；

二、例如，中央控制器13通过CAN总线向左音圈电机5发出“－”信号，左音圈电机5带动左先导阀1的阀芯向左运动，进油口P1和控制油口B1接通，同时控制油口A1和回油口T1接通，先导阀控制油液从P'口进入P1口，然后进入B1口，通过B1口进入左主阀3阀芯下端空腔，推动左主阀3阀芯向上运动，左主阀3油口B和T3油口接通，油液通过B口进入T3口，然后从T口流回油箱；

三，右先导阀2对右主阀4的控制原理与左先导阀1对左主阀3的控制原理相同。

四，例如，对主阀芯位移进行精确控制，其控制过程为：中央控制器13向左音圈电机5发出控制信号，左音圈电机5带动左先导阀2阀芯位移某一距离，左先导阀2阀口开启（开启大小与左音圈电机输入电流大小有关），先导阀控制油液从P'口进入P1口，然后进入A1口，通过A1口进入左主阀3阀芯上端空腔，推动左主阀3阀芯向下运动，左位移传感器7将位移信号转换为相应电信号，通过CAN总线传给中央控制器13，与给定控制信号进行比较，比较误差值经过比例放大调整后，再次通过CAN总线传输给左音圈电机5，从而实现对左主阀3阀芯精确的闭环控制。

五，例如，对B口出口流量进行精确的闭环控制，其控制过程为：因为B口出口流量为通过左主阀3的阀口流量，根据流量公式，公式中，—阀口截面积， —B口压力值， —A口压力值，要保持稳定性，可以在差值不变的情况下通过对即主阀芯位移的精确控制来实现，具体地，左位移传感器7、B口压力传感器9、A口压力传感器10周期性地将左主阀芯的位移值、B口油液压力值、A口油液压力值通过CAN总线传送给中央控制器13，经过中央控制阀内置算法处理后，将控制信号传输给左音圈电机5，左音圈电机5带动左先导阀1的阀芯做相应转动，从而改变注入左主阀3的阀芯油液的流量，使左主阀3阀芯达到新的受力平衡，从而实现对油液流量的精确闭环控制。

另外，需要说明的是，先导阀芯的位移与音圈电机输入电流的大小成正比，输入电流大，则先导阀芯位移量大，阀的开口就大，通过阀口的流量就大，反之亦然。

图2为本发明所述的一种电液换向阀的应用实施例，在本实施例中，控制要求为，液压缸有杆腔：配置为流量控制模式，实现液压缸在某一运动速度的精确控制，液压缸无杆腔：配置为压力控制模式，实现最小背压，节能高效。

其控制过程为：中央控制器13向左音圈电机5发出对应运动速度的控制电流，左音圈电机5带动左先导阀1的阀芯向右位移某一距离，左先导阀1的阀口打开（开口大小和电流大小成正比关系），一定压力和流量的油液通过P'、P1口进入A1口，然后流入左主阀3的阀芯上端，破坏左主阀3阀芯的受力平衡，推动左主阀3阀芯向下位移某一距离，左主阀3的阀口打开（开口大小与流入上腔的油液压力成比例关系），此时，某一流量的主油路油液通过P口、P3口、B口进入液压缸有杆腔，因为流量和液压缸有杆腔有效截面积均为定值，液压缸的运动速度为定值，从而实现对液压缸活塞运动速度的精确控制；中央控制器13同时向右音圈电机6发出控制电流，右音圈电机6带动右先导阀2的阀芯向右运动，运动位移量由输入电流大小控制，进油口P2和控制油口B2接通，回油口T2和控制油口A2接通，控制油路油液从P'口、P2口、B2口进入右主阀2阀芯下端空腔，推动右主阀4阀芯向上运动，右主阀4阀口完全打开，液压缸无杆腔油液通过A口进入T4口，然后通过T口流回油箱，由于和油箱直接连接，所以实现最小背压控制。

图3为本发明所述的一种电液换向阀的另一应用实施例，在本实施例中，控制要求：两液压缸实现不同的运动速度。

其控制过程为：中央控制器13通过CAN总线向左音圈电机5和右音圈电机6输出不同的控制电流，左音圈电机5带动左先导阀1的阀芯向右运动对应距离，控制油液从P'、P1口、A1口进入左主阀3的阀芯上端空腔，推动左主阀3阀芯向下移动某一距离，某一流量的主油液从P口、P3口、B口进入左液压缸无杆腔，推动左液压缸活塞杆以某一速度前行；同时右音圈电机6带动右先导阀2阀芯向左运动对应的距离，控制油液从P'、P2口、A2口进入右主阀4阀芯上端空腔，推动右主阀4阀芯向下移动相应距离，某一流量的主油液从P口、P4口、A口进入右液压缸无杆腔，推动右液压缸活塞杆以另一速度前行，从而实现两液压缸以不同的速度前行。

另外，需要说明的，本说明书及其附图2、附图3为本发明的应用实施例，并不说明本发明只有这二个应用实施例，例如，可以对二个及以上的液压缸同时实施同一时间不同速度或者同一时间相同速度控制，例如，可以对三个及以上的液压缸实施不同时间相同速度或者不同时间不同速度控制，例如，可以对每个液压缸实施不同速度、不同压力控制，例如，可以通过对主阀阀芯的精确位移的闭环控制实现对每一个液压缸活塞杆运动位移的精确控制，例如，可以对通过每一个主阀芯阀口的油液流量进行精确的闭环控制，等等。