专利名称:三通插装式电液比例复合阀的制作方法
本发明是属于流体控制系统中对流体的方向、流量实现比例控制的装置。
传统的四边滑阀-四臂牵连受控的液压阻力基本控制单元，如采用带四个控制边的伺服阀或方向比例阀，见图1(a)，则可实现对双向执行器件的运动或动力比例控制，但是由于液压全桥的四臂液阻置于同一阀芯上，互相刚性牵连。丧失了各臂独立可控性，在工程应用时，失去了对每一受控容腔的压力或流量参数进行独立控制和实现复合控制功能的可能性，由于滑阀的质量和尺寸限制了这类阀的动态响应特性，很难做成插装式结构。
在七十年代初发展起来的二通插装阀作为单臂控制液压阻力基本控制单元的一种技术方案，是构成任何液压阻力控制系统的最小独立构件。作为一个独立可控的基本单元，采用一个二通插装阀单元组件，并不能满足液压系统中对一个受控容腔的方向和流量等参数完整的控制要求。为提高液压半桥的流量控制增益，二桥臂的控制拟采用同步差动方式，采用一对二通插装式调速阀复合成液压半桥，这不仅增加了二臂同步控制的技术困难，而且结构上也不紧凑，(参见图1(b)。
一个更为理想的技术方案是采用三通插装阀-双臂牵连差动受控的液压半桥基本控制单元。见图1(c)，它兼容了以上二种技术方案的优点，不仅结构紧凑，而且控制增益有所提高。若用它来控制单作用或双作用差动油缸的方向和流量，仅需要一个这样的阀。它相对于四边滑阀和二通插装阀更具有原理上和结构上的合理性、新颖性。为此特提出本发明。
本发明为，可在高压流体介质中工作的三通插装式电液比例复合阀。(见图2)<以下简称电液比例复合阀>，它由八个部件组成，即双向电流控制调节器〔1〕;双向耐高压比例电磁铁〔2〕;<以下简称比例电磁铁>阀盖〔3〕;滑阀式先导级;双向三通插装式流量传感器;双向三通插装式主调节器;端盖〔5〕;插孔体〔4〕。
三通插装电液比例复合阀作为双臂牵连差动受控的液压半桥控制单元组合，其主调节器是带二个控制阀口〔27〕、〔28〕的三通插装式滑阀。它的流量传感器也是带二个控制阀口〔35〕、〔36〕的三通插装式滑阀。为了缩短其轴向尺寸，便于实现插装式结构，将其油口P口〔30〕、A口〔32〕轴向布置，O口〔25〕径向布置，主调节器的上腔〔16〕作为先导阀控制的受控容腔。主调节器阀芯〔26〕和流量传感器阀芯〔39〕对于无信号中位是双向可控的。先导级也是相对于无信号中位是双向可控的液压半桥。阀盖〔3〕是先导级与比例电磁铁〔2〕及插孔体〔4〕联成一体的连接法兰。端盖〔5〕是主调节器的连接法兰。
作为进一步的描述流量传感器阀芯〔39〕与先导阀芯〔11〕同轴布置，其间有反馈弹簧〔46〕，它使通过流量传感器阀口〔35〕、〔36〕的流量转化为位移Z，阀芯〔39〕的运动压缩或放松反馈弹簧〔46〕，此弹簧力作用在先导阀芯〔11〕上，与输入的电磁力相平衡。实现阀内“流量-位移-力反馈”的闭环控制原理，使本阀具有良好的稳态控制精度。同时本发明还在主级与先导级间设置阻尼器〔49〕，实现了级间“速度-动压反馈”，改善了阀的动态特性。
此外，电液比例复合阀的主调节器阀芯〔26〕及流量传感器阀芯〔39〕均采用单弹簧实现无信号时的机械对中。取代了传统方向阀二根弹簧对中的机构。从而使本发明更为紧凑。
本发明如果用一个相应的手调机构〔80〕代替比例电磁铁〔2〕，可以派生出手调比例复合阀，(见图3)。
本发明如果用耐高压位移传感器检测流量传感器阀芯的位移信号，并转换为电压信号，反馈到双向电流控制调节器上，与输入电信号相比较，实现阀内“流量-位移-电反馈”的闭环控制。构成电反馈比例复合阀。
下面是本发明的三种实施例，通过实施例的描述和附图给出本发明的细节。
附图2是本发明的第一个实施例的构造示意图。称谓三通插装式电液比例复合阀。图中部件〔1〕是双向电流控制调节器，它供给比例电磁铁〔2〕双向控制电信号。部件〔2〕是双向耐高压比例电磁铁，它给先导阀芯〔11〕输入双向电磁力。它具有二个特性，其一为输出电磁力与输入电信号成比例。其二为当输入电信号不变时，输出电磁力与衔铁〔8〕的位移无关。阀盖〔3〕做成中空的，其上端装有滑阀式先导级部件，还开有先导控制流道〔12〕、〔13〕、〔48〕、〔52〕。阀盖〔3〕的上端面与比例电磁铁〔2〕由螺钉〔7〕联接，流量传感器阀套〔31〕的大端装入阀盖〔3〕的下端。保证了同心度。阀盖〔3〕由螺钉〔9〕与插孔体〔4〕的左半部相联接。端盖〔5〕下端为中空的，用来安装主调节器阀套〔29〕的大端，端盖〔5〕还开有先导控制流道〔14〕。端盖〔5〕与插孔体〔4〕的右半部由螺钉〔15〕联接。插孔体〔4〕左半部、右半部均做成中空的，左面开有流道〔33〕和A口〔32〕，其中间安置双向三通插装式流量传感器部件。插孔体右半部其内装有双向三通插装式主调节器部件，并开有流道〔31〕、〔33〕和P口〔30〕、O口〔25〕，流道〔31〕使三通插装式主调节器部件和流量传感器部件相沟通。滑阀式先导级包括，先导阀芯〔11〕，阻尼器〔49〕，垫块〔10〕、反馈弹簧〔46〕及先导阀套〔54〕。先导阀套〔54〕上开有控制阀口〔50〕、〔55〕。先导阀芯〔11〕是双控制边的滑阀，垫块〔10〕可调整比例电磁铁〔2〕和先导阀芯〔11〕的无信号中位。双向三通插装式流量传感器部件包括，主弹簧〔41〕，流量传感器阀套〔37〕，流量传感器阀芯〔39〕，锁紧螺母〔44〕、〔45〕，调整螺母〔43〕，上、下弹簧座〔42〕与〔40〕，阀芯〔39〕的拉杆〔38〕。流量传感器阀芯〔39〕上的阀口〔35〕、〔36〕可根据不同的要求具有梯形或其他几何形状。流量传感器阀芯〔39〕是二级同心园柱滑阀，它是双向可控的。调整螺母〔43〕可以调整主弹簧〔41〕的预压缩量。由〔45〕、〔44〕、〔43〕、〔42〕、〔41〕、〔40〕、〔38〕等另件组合执行流量传感器阀芯〔39〕的机械对中功能。双向三通插装式主调节器部件包括，锁紧螺母〔17〕、〔18〕，调整螺母〔19〕，主弹簧〔22〕，上弹簧座〔20〕、下弹簧座〔21〕。拉杆〔24〕，主调节器阀套〔29〕，主调节器阀芯〔26〕。主调节器阀套〔29〕上开有阀口〔27〕、〔28〕。主调节器阀芯〔26〕是二级同心园柱滑阀，它是双向可控的。调整螺母〔19〕可以调整主弹簧〔22〕的预压缩量。由〔17〕、〔18〕、〔19〕、〔20〕、〔21〕、〔22〕、〔24〕等另件组合执行主调节器阀芯〔26〕的机械对中功能。阀口〔35〕、〔36〕、〔27〕、〔28〕可以对系统流体的方向和流量进行控制，轴向布置的P口〔30〕，A口〔32〕和径向布置的O口〔25〕三个油口是三通插装式电液比例复合阀对外油路的接口。
其工作原理是，当比例电磁铁〔2〕无电信号输入时，电磁铁无输出力。先导阀芯〔11〕在调零弹簧〔6〕与反馈弹簧〔46〕的作用下，处于中位。先导油液从P口〔30〕经流道〔33〕、〔48〕，通过阀口〔50〕容腔〔51〕经阀口〔55〕、流道〔12〕，流到O口〔25〕。容腔〔16〕的压力与容腔〔51〕、流道〔14〕、〔13〕的压力相同，主调节器阀芯〔26〕上的液压力及弹簧〔22〕的预压缩力，使阀芯〔26〕也处于中位。由于它的阀口〔27〕和〔28〕均为负开口，故没有主流量流过阀口〔27〕或〔28〕。当阀输入正电信号时，先导阀芯〔11〕首先向+y方向运动，阀口〔50〕关小，阀口〔55〕增大，受控容腔〔16〕的压力p3降低，主调节器阀芯〔26〕在P1-P3的压力差作用下，向+X方向移动，就有流体从P口〔30〕流向容腔〔31〕和〔56〕，容腔〔56〕与阻尼器〔49〕、容腔〔47〕连通。在稳态时，容腔〔47〕与容腔〔56〕的压力相等，由于流量传感器阀芯〔39〕的面积差引起的不相等的液压力和弹簧力作用下，流量传感器阀芯〔39〕向+Z方向移动。在容腔〔31〕的流体经过阀口〔35〕到A口〔32〕。这样得到了与输入电信号成比例的位移Z。由于流量传感器的二阀口〔35〕、〔36〕是特殊设计的，即通过阀口〔35〕或〔36〕的流量与流量传感器阀芯的位移Z成正比。因此也得到与输入电信号成比例的主流量QZ。此时液体从P口〔30〕到A口〔32〕。同理，当阀输入负电信号时，受控容腔压力p3升高，主调节器阀芯〔26〕向-X方向移动，阀口〔27〕打开。同时A口〔32〕的压力比流量传感器阀芯〔39〕的上腔〔47〕高，于是流量传感器阀芯向-Z方向运动，阀口〔36〕打开，A口〔32〕的液体经容腔〔34〕，通过阀口〔36〕、容腔〔56〕到容腔〔31〕，由于主调节器的阀口〔27〕是打开的，故液体从A口〔32〕流向O口〔25〕;即得到与输入电信号成比例的主流量QZ。
当系统受到外界干扰时，例如系统压力p1突然降低，设输入的正电信号为某一调定值，通过阀口〔28〕的流量有减少的趋势，流量传感器阀芯的位移Z减少，反馈弹簧〔46〕的压缩量增加，由于电磁力不变，故先导阀芯的阀口〔50〕关小，阀口〔55〕增大，受控容腔〔16〕的压力P3降低，于是主调节器阀芯〔26〕向+X方向的位移增加了，使通过阀口〔28〕、〔35〕的主流量恢复或接近于原来的调定值。这就是阀内“流量-位移-力反馈”的控制原理。这一内反馈的存在，限制了阀特性的压力及温度漂移。电液比例复合阀具有输出双向主流量QZ与输入电信号成比例的特性。在输入电信号不变时，它输出的双向流量在负载变化时仍能保持基本不变，即具有水平等流量特性。
用手调机构〔80〕代替在第一个实施例中的比例电磁铁〔2〕，並去掉双向电流控制调节器〔1〕即构成本实施例。附图3是本发明的第二个实施例的构造示意图，称谓三通插装式手调比例复合阀。手调机构〔80〕包括，调节手柄〔82〕，调节螺杆〔83〕，手调机构本体〔87〕，调节弹簧〔89〕，钢球〔90〕，刻度圈〔91〕、限位螺钉〔81〕，锁紧螺钉〔92〕，O型密封圈〔85〕。O型密封圈〔85〕起着在高压容腔〔93〕与零压腔〔84〕之间的密封作用。手调机构本体〔87〕是个上园下方的中空钢件，它与阀盖〔3〕之间用螺钉〔86〕联接，调节弹簧〔89〕上端与钢球〔90〕相连，下端与先导阀芯上的垫块〔10〕相连。其工作过程是。调整调节螺杆〔83〕，通过钢球〔90〕压缩弹簧〔89〕，该弹簧力作用在先导阀芯〔11〕上，先导阀芯〔11〕在反馈弹簧〔46〕与调节弹簧〔89〕的作用下，处于无信号中位。如果转动手柄〔82〕，手柄〔82〕与螺杆〔83〕一起转动，推动钢球〔90〕沿轴向方向移动，压缩或放松弹簧〔89〕，改变施于先导阀芯〔11〕上的作用力，于是先导阀芯〔11〕的阀口〔50〕、〔55〕发生变化，主调节器的受控容腔〔16〕的压力P3发生变化。主调节器阀芯〔26〕在二端压力差作用下，克服摩擦力、弹簧力移动。和实施例1一样，流量传感器阀芯的阀口〔35〕或〔36〕也相应打开，就有主流量从P口到A口，或从A口到O口。对于手调机构的调节手柄〔82〕沿顺时针方向转动某一角度，就有一对应的主流量从A口〔32〕到O口〔25〕。同样，调节手柄〔82〕沿逆时针方向转动某一角度，就有一对应的主流量从P口〔30〕到A口〔32〕。即阀的输出主流量与手柄回转的角度成比例，其内部也含“流量-位移-力反馈”和级间“速度-动压反馈”的闭环控制新原理。其静动态性能与电液比例复合阀相类似。
本发明的第三个实施例如图4所示，称谓三通插装式电反馈比例复合阀。<本实施例图中除与第一个实施例不同的另部件编新代号外，其余代号同图2>，它由十个部件构成，比图2的实施例方案增加了二个部件。其一为耐高压位移传感器〔61〕，它包括位移传感器本体〔64〕，感应杆〔62〕和螺母〔63〕。耐高压位移传感器〔61〕与流量传感器阀芯〔39〕同轴布置。其二是测量放大器〔60〕。感应杆〔62〕的一端插入位移传感器本体〔64〕，另一端有螺纹与螺母〔63〕相连，螺母〔63〕的另一端与拉杆〔38〕连接。这样，流量传感器阀芯〔39〕可带动感应杆一起运动。端盖〔5〕上端有一个螺孔，用于安装固定耐高压位移传感器本体〔64〕。端盖〔5〕开有的先导控制流道〔14〕与插孔体〔4〕的流道〔66〕连通。端盖〔5〕由螺钉〔15〕与插孔体〔4〕的左半部相联接。流量传感器阀套〔37〕的大端装入端盖〔5〕的下端。阀盖上开有先导控制流道〔71〕、〔70〕、〔69〕、〔68〕，它由螺钉〔9〕与插孔体〔4〕的右半部相联接。主调节器阀套〔29〕的大端装入阀盖〔3〕的下端。插孔体〔4〕中的先导控制流道为〔67〕、〔66〕。耐高压位移传感器〔61〕可以检测到流量传感器阀芯〔39〕的位移信号，并将它们线性地转换为电压信号，经测量放大器〔60〕放大，反馈到双向电流控制调节器〔1〕上与设定的输入电压信号相比较，其差值又输入到比例电磁铁〔2〕。然后，自动修正流量传感器阀芯〔39〕的输出位移的值。最后，使输出流量传感器位移值Z接近或达到所希望的设定值。由于流量传感器的控制阀口〔35〕、〔36〕的特殊设计，即流量传感器阀芯〔39〕的位移与输出的流量成比例，也就是最后输出的流量即为所希望的设定流量值。这就是所谓“流量-位移-电反馈”的闭环控制原理。此方案中，先导阀芯〔11〕与主调节器同轴布置，其间用反馈弹簧〔46〕联接，因此它兼含“位移-力反馈”的控制原理，阻尼器〔32〕仍起级间的“速度-动压反馈”的作用。
本实施例的输出双向流量与输入双向电信号成比例，它的输出流量仅与其输入电信号有关，对于工作负载变化时，其输出的流量也能保持基本不变。由于本实施例比第一个实施例多了二个部件，故制造成本有所增加。然而，其静态性能则优于电液比例复合阀。
以上三种实施例是对流体的方向、流量实现控制的装置。其主要特点如下(1)输出的主流量可以是双向，即A口〔32〕至O口〔25〕或P口〔30〕至A口〔32〕，而且连续、比例控制，可以做到无零位死区。在无输入电信号时，无论系统的压力多高，没有主流量通过本阀，这样保护了工作负载。
(2)静特性线性好，滞环小，动特性频率f-3db比四边滑阀及二通插装阀的相类似产品频率高。
(3)工作频宽在20Hz以下的工程液压系统中，仅用一个三通比例复合阀可以连续地、比例地、高精度地控制单作用或双作用差动油缸的方向和速度。大大地简化了系统。
(4)该产品可以是电液比例控制，可以是手调控制，可以是“力反馈式”，也可以是“电反馈”式，加“位移-力反馈”的综合控制原理。
(5)由于它具有与伺服阀比美的稳态控制特性，和比较高的工作频宽，而且造价低廉，工作压差低，对工作介质无特殊要求的特点，使它有可能代替一般工业伺服阀。将被广泛地应用于工作负载变化大，对速度调节精度要求高的工程液压控制系统中。
权利要求
1.流体控制系统中对流体方向、流量控制装置，一种三通插装式电液比例复合阀。它包括双向电流控制调节器[1]，双向耐高压比例电磁铁[2]。本发明的特征是它还包括阀盖[3]；滑阀式先导级部件；双向三通插装式流量传感器部件；双向插装式主调节器部件；端盖[5]；插孔体[4]。上述的滑阀式先导级部件，它包括垫块[10]，先导阀芯[11]，先导阀套[54]，反馈弹簧[46]，阻尼器[49]。上述的双向三通插式流量传感器。它包括调整螺母[43]。锁紧螺母[44]、[45]，上弹簧座[42]，主弹簧[41]，下弹簧座[40]，流量传感器阀芯[39]，阀套[37]，流量传感器拉杆[38]。上述的双向三通插装式主调节器部件，它包括调节螺母[19]，上弹簧座[20]，主弹簧[22]，下弹簧座[21]，主调节器阀芯[26]。主调节器阀套[29]，主调节器阀芯拉杆[24]。锁紧螺母[17]、[18]。
2.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中上述阀盖〔3〕、插孔体〔4〕左面均做成中空的，开有流道〔33〕、〔48〕、〔52〕、〔12〕、〔13〕及A口〔32〕，其中间安置滑阀式先导级部件和双向三通插装式流量传感器，通过螺钉〔9〕使阀盖〔3〕与插孔体〔4〕左面联成一体。
3.根据权利要求
1所述的三通插装式电液复合阀，其中上述端盖〔5〕、插孔体〔4〕右面均做成中空的，开有流道〔14〕、O口〔25〕、P口〔30〕，其中间安置双向三通插装式主调节器部件，通过螺钉〔15〕，使端盖〔5〕与插孔体〔4〕右面联成一体。並开有流道〔31〕，使双向三通插装式流量传感器与双向三通插装式主调节器部件相沟通。
4.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中上述双向三通插装式流量传感器部件，由锁紧螺母〔45〕、〔44〕，调整螺母〔43〕，上弹簧座〔42〕，主弹簧〔41〕，下弹簧座〔40〕等另件组合，执行流量传感器阀芯〔39〕的机械对中功能。
5.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中上述双向三通插装式主调节器部件，由锁紧螺母〔17〕、〔18〕，调节螺母〔19〕，上弹簧座〔20〕，主弹簧〔22〕，下弹簧座〔21〕等另件组合执行主调节器阀芯〔26〕的机械对中功能。
6.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中，上述双向三通插装式流量传感器部件是带二个控制阀口〔35〕、〔36〕的三通插装式二级同心的滑阀。
7.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中，上述双向三通插装式主调节器部件是带二个控制阀口〔27〕、〔28〕的三通插装式二级同心的滑阀。
8.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中，上述插孔体的三个通油孔P口〔30〕、A口〔32〕为轴向布置，O口〔25〕为径向布置。
9.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中，上述双向耐高压比例电磁铁〔2〕，以手调机构〔80〕代替，去掉双向电流控制调节器〔1〕，即构成三通插装式手调比例复合阀。
10.根据权利要求
1至9所述的三通插装式电液比例复合阀或三通插装式手调比例复合阀，其中，上述的先导阀芯〔11〕与流量传感器阀芯〔39〕是同轴布置的，由反馈弹簧〔46〕联接，实现阀内“流量-位移-力反馈”的闭环控制。先导级与流量传感器间设置阻尼器〔49〕，实现级间“速度-动压反馈”控制。
11.据权利要求
1所述的三通插装式电液比例复合阀，其中，增加一个测量放大器〔60〕和一个耐高压位移传感器〔61〕，即为三通插装式电反馈比例复合阀、耐高压位移传感器〔61〕与流量传感器阀芯〔39〕同轴布置，检测阀芯〔39〕的位移，实现阀内“流量-位移-电反馈”闭环控制。先导阀芯〔11〕与主调节器同轴布置，用弹簧〔46〕连接，实现“位移-力反馈”控制，先导级与主调节器间设置阻尼器〔49〕，实现级间“速度-动压反馈”控制。
12.据权利要求
1至11所述的三种比例复合阀，其中，流量传感器阀芯〔39〕上的阀口〔35〕、〔36〕，有按不同要求具有不同的几何形状。
13.据权利要求
1至12所述的三种比例复合阀，它们的产品形式可有板式、管式和插件形式。
专利摘要
本发明由双向电流控制调节器、双向耐高压比例电磁铁、阀盖、滑阀式先导级、双向三通插装式流量传感器、双向三通插装式主调节器、端盖和插孔体八个部件组成。它是双臂牵连差动受控单元组合。它不仅兼容了四边滑阀-四臂牵连受控和以二通插装阀作为单臂受控单元技术方案的优点，而且阀内采用“流量-位移-力反馈”及“速度-动压反馈”的新原理，提高阀的静动态性能。经适当改变可派生出三通插装式手调、电反馈比例复合阀。
文档编号F15B13/00GK85105425SQ85105425
公开日1987年1月28日 申请日期1985年7月11日
发明者路甬祥, 邱敏秀, 吴根茂, 黄永才 申请人:浙江大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan