专利名称:三通插装式电液比例方向阀的制作方法
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，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，并且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。但是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2。
本发明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3。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，仅需一个这样的插件。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。为此特提出了本发明。
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方向阀(见图4)，它由六个部件组成，即双向电流控制调节器〔1〕；双向耐高压比例电磁铁〔2〕；阀盖〔3〕；滑阀式先导级；双向三通插装式主级；插孔体〔4〕。
三通插装式电液比例方向阀作为双臂牵连差动受控的液压半桥控制单元，其主级是一个带有二个控制阀口〔29〕、〔30〕的三通插装式滑阀，主阀芯上腔〔31〕作为先导阀控制的受控容腔。主阀芯〔22〕相对于无信号中位是双向可控的，先导级也是相对干扰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〕及主级联成一体的连接法兰。
作为进一步的描述主阀芯〔22〕与先导阀芯〔11〕同轴布置，其间由反馈弹簧〔15〕连接，主阀芯〔22〕的位移转化为反馈弹簧〔15〕的弹簧力，作用在先导阀芯〔11〕上，与输入的电磁力相平衡。实现阀内部的“位移－力反馈”的闭环控制。使本阀具有较好的稳态控制精度。同时本装置还在主级与先导级之间设置了阻尼器〔32〕，实现了级间“速度——动压反馈”，改善了阀的动态特性。
此外三通插装式电液比例方向阀的主阀芯〔22〕采用单弹簧〔20〕实现无信号时的机械对中，取代了传统方向阀的二根弹簧机械对中的结构，从而使本装置更为紧凑。
本装置可用一个相应的手调机构〔40〕代替比例电磁铁〔2〕，可以派生出三通插装式手调比例方向阀。(见图5)，而且手调比例方向阀的静动态性能和电液比例方向阀类似。
本装置也可用耐高压位移传感器来检测主阀芯的位移信号，然后将此位移信号转换为电压信号，反馈到双向电流控制调节器〔1〕上，与输入阀的电压信号相比较，实现阀内“位移——电反馈”的闭环控制。其静态性能优于电液比例方向阀。
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了本发明的细节。
附图4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方向阀，下面简称电液比例方向阀。图中部件〔1〕是双向电流控制调节器，它提供给比例电磁铁〔2〕以双向控制电信号。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，部件〔2〕具有以下二个特性输出电磁力与输入电信号成比例；当信号不变时，它的输出电磁力与衔铁〔7〕位移无关。阀盖〔3〕做成中空的，其上部装有滑阀式先导级部件。其内开有径向和轴向的先导控制流道〔10〕、〔14〕、〔35〕。阀盖〔3〕的上端面与比例电磁铁〔2〕由螺钉〔6〕联接。阀盖〔3〕与插孔体〔4〕由螺钉〔8〕相连接。滑阀式先导级部件它包括装在先导阀套〔12〕中的垫块〔9〕和先导阀芯〔11〕，先导阀芯〔11〕上端与垫块〔9〕连接，下端与反馈弹簧〔15〕连接，主级与先导级间设置了并与流道〔10〕沟通的阻尼器〔32〕，先导阀套〔12〕上的阀口〔33〕，〔34〕可根据不同的要求做成矩形或圆形。先导阀芯〔11〕是双控制边滑阀。垫块〔9〕可以调整比例电磁铁〔2〕的衔铁〔7〕和先导阀芯〔11〕的无信号中位。双向三通插装式主级部件它包括装在主阀套〔23〕中的主阀芯〔22〕，通过与主阀芯连接的拉杆〔24〕，依次套入装在主阀套〔23〕中的下弹簧座〔21〕，主弹簧〔20〕，上弹簧座〔19〕，与调整螺母〔18〕连接，并用锁紧螺母〔16〕，〔17〕固定。主阀芯〔22〕是二级同心圆柱双向控制滑阀。主阀套〔23〕上的主阀口〔30〕、〔29〕可根据不同要求可以是矩形或圆形的。主阀套〔23〕的上端装入阀盖〔3〕的下端。调整螺母〔18〕可以调整主弹簧的预压缩量。由锁紧螺母〔16〕、〔17〕、调整螺母〔18〕、上弹簧座〔19〕、主弹簧〔20〕、下弹簧〔21〕、拉杆〔24〕等另件组合，执行主阀芯〔22〕的机械对中功能，主阀口〔29〕、〔30〕可以对系统流体的方向和流量进行控制。插孔体〔4〕做成中空的，内装三通插装式主级部件，还开有控制流道〔28〕和对外连接油孔P口〔27〕，A口〔26〕，O口〔25〕，P口的压力设为P1，容腔〔31〕的压力设为P3。P口〔27〕是轴向布置，A口〔26〕和O口〔25〕是径向布置，P口〔27〕与O口〔25〕也可以对换设置，但先导控制流道要作相应的改变。
其工作原理是当比例电磁铁〔2〕无输入电信号时，先导阀芯〔11〕在调零弹簧〔5〕与反馈弹簧〔15〕的作用下处于中间位置，先导油液从P口〔27〕经流道〔28〕、〔35〕通过阀口〔34〕，容腔〔13〕流经阀口〔33〕、流道〔14〕流至O口〔25〕。稳态时，受控腔〔31〕的压力与容腔〔13〕的压力相等。〔31〕与〔36〕二腔的压力相等。由于主阀芯〔22〕上下二端的液压力及主弹簧〔20〕的预压缩力，使主阀芯〔22〕处于中间位置，没有流量通过主阀口〔29〕和〔30〕，无论进口压力P1如何高，阀处于可靠的关闭状态，保护了负载。
当输入一正电流时，先导阀芯〔11〕首先向＋Y方向运动，阀口〔34〕关小，阀口〔33〕增大，受控容腔〔31〕的压力P3降低，主阀芯〔22〕在P1－P3的压力差作用下，克服摩擦力、弹簧力、液动力向＋Z方向移动，得到了与输入电信号成比例的位移Z。主流量从P口〔27〕流向A口〔26〕。同理，当输入负电流时，受控腔压力P3升高，得到了与输入电信号成比例的主阀芯位移－Z。主流量从A口〔26〕流向O口〔25〕。当系统受到外界干扰时，例如系统压力P1突然降低，而输入正电流信号为某一调定值，主阀芯位移Z有减少的趋势，反馈弹簧〔15〕变形量减少，由于电磁力不变，则先导阀芯〔11〕将向＋Y方向移动一距离，阀口〔34〕关小，阀口〔33〕增大，于是受控腔〔31〕的压力P3降低，主阀芯〔22〕向＋Z方向的位移恢复到或接近于原来的平衡位置。这就是阀内“位移——力反馈”的原理。这一内反馈的存在限制了阀特性的压力及温度漂移。电液比例方向阀具有输出主阀芯双向位移±Z与输入电信号成比例的特性。它输出的双向流量不仅与主阀口〔30〕或〔29〕的过流面积有关，而且还与主阀口的工作压差有关。
用手调机构〔40〕代替第一个实施例中的比例电磁铁〔2〕，并去掉双向电流控制调节器〔1〕，即构成本实施例。附图5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方向阀，除手调机构外，其余另件的代号均同图4。手调机构〔40〕包括调节手柄〔42〕，调节螺杆〔43〕，手调机构本体部分〔47〕，它是个上圆下方的中空钢件，它与阀盖〔3〕之间由螺钉〔46〕机械联接。调节弹簧〔49〕，它的一端与钢球〔50〕连接，另一端与先导阀芯上的垫块〔9〕连接，刻度圈〔51〕，锁紧螺钉〔52〕，限位螺钉〔41〕，在调节螺杆上的O型密封圈〔45〕起着在高压容腔〔53〕与零压腔〔44〕间的密封作用。
其工作过程是调整调节手柄〔42〕，使它的下端边沿对准刻度圈〔51〕的零线，拧紧锁紧螺钉〔52〕，此时调节螺杆〔43〕通过钢球〔50〕压缩弹簧〔49〕，该弹簧力使先导阀芯〔11〕在反馈弹簧〔15〕与调节弹簧〔49〕作用下，处于无信号中位位置。如果转动手柄〔42〕，手柄〔42〕与螺杆〔43〕一起转动，推动钢球〔50〕沿轴向方向移动，压缩或放松调节弹簧〔49〕，改变了施于先导阀芯上的作用力，于是先导阀的阀口〔34〕、〔33〕的开度发生变化，进而主阀容腔〔31〕的压力P3发生变化。于是主阀芯〔22〕在上下二端的压力差作用下移动。对于手调机构的调节手柄沿顺时针方向转动一角度，就有一对应的主阀芯的位移＋Z输出。同理，对于手柄沿逆时针方向转动一角度，就有一对应的主阀芯位移－Z输出。即阀的输出位移与手柄旋转的角度成正比，其内部也含所谓“位移——力反馈”和“速度——动压反馈”的原理，故其静动态性能与电液比例方向阀相类似。
本发明的第三个实施例，如图6所示，称谓三通插装式电反馈比例方向阀。(本实施例中除和第一实施例中不同的另部件新编代号外，其余代号均同图4)它由八个部件构成，比图4所示的实施例方案增加了二个部件；其一是耐高压位移传感器部件〔61〕，部件〔61〕包括位移传感器本体〔62〕，感应杆〔63〕和螺母〔64〕。位移传感器〔61〕与主阀芯〔22〕同轴布置。其二是测量放大器部件〔60〕。〔15〕为反馈弹簧，但在此不起反馈作用，仅使先导阀芯〔11〕复位。〔66〕是弹簧座。阀盖〔3〕开有二个通孔，左边一孔安装滑阀式先导级和弹簧座〔66〕。右边一孔的上端是螺孔，用以固定耐高压位移传感器本体〔62〕，主阀套〔23〕的大端装入阀盖〔3〕的下端。感应杆〔63〕一端插入位移传感器本体〔62〕，另一端有螺纹，与螺母〔64〕相连接。螺母〔64〕的另一端与主阀芯的拉杆〔24〕相连接。主阀芯〔22〕可带动感应杆一起运动，位移传感器检测到主阀芯〔22〕的位移Z的信号，并线性地转化为电压信号，此信号经测量放大器〔60〕放大，反馈到双向电流控制调节器〔1〕上与设定的输入电信号相比较，其差值输入到比例电磁铁〔2〕，修正主阀芯输出位移的值，最后使输出主阀芯位移达到或接近设定值，这就是所谓“位移——电反馈”的闭环控制原理。阻尼器〔32〕仍然起着“速度——动压反馈”的作用。它的静态性能优于电液比例方向阀。
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)输出主阀芯位移Z可以双向、连续、比例控制。无零位死区。在无输入电信号时，无论系统压力多高，没有主流量通过本阀。这样可以保护负载。
(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类似产品高。
(3)工作频宽在20HZ以内的负载变化不大的工程液压系统中，仅用一个三通插装式电液比例方向阀，可以比例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。它还可以与变量泵组合构成比例排量泵。
(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”。
(5)该产品联接形式可以是板式、管式及插件形式。
(6)由于它具有与伺服阀相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，将广泛地应用于工程液压控制系统中。
权利要求
1.一种三通插装式电液比例方向阀，它包括双向电流控制调节器[1]，双向耐高压比例电磁铁[2]，本实用新型的特征是，它还包括阀盖[3]，滑阀式先导级部件，通过反馈弹簧[15]连接的双向三通插装式主级部件，插孔体[4]，上述的滑阀式先导级部件，它包括装在先导阀套[12]中的垫块[9]和先导阀芯[11]，先导阀芯[11]上端与垫块[9]连接，下端与反馈弹簧[15]连接，主级与先导级间设置了并与流道[10]沟通的阻尼器[32]，上述的双向三通插装式主级部件，它包括装在主阀套[23]中的主阀芯[22]，通过与主阀芯[22]连接的拉杆[24]，依次套入装在主阀套[23]中的下弹簧座[21]，主弹簧[20]，上弹簧座[19]，与调整螺母[18]连接，并用锁紧螺母[16]，[17]固定。
2.根据权利要求
1所述的电液比例方向阀，其特征是，上述阀盖〔3〕，插孔体〔4〕均做成中空的，分别开有先导控制流道〔10〕、〔14〕、〔35〕和控制流道〔28〕，其中间的上部安置滑阀式先导级部件，下部安置双向三通插装式主级部件。阀盖〔3〕上端面与双向耐高压比例电磁铁〔2〕由螺钉〔6〕联接。主阀套〔23〕上端装入阀盖〔3〕的下端，阀盖〔3〕与插孔体〔4〕由螺钉〔8〕联接。
3.根据权利要求
1所述的电液比例方向阀，其特征是，上述先导阀芯〔11〕是双边控制滑阀，主阀芯〔22〕是二级同心的圆柱滑阀，主阀为三通插装式结构。
4.根据权利要求
1所述的三通插装式电液比例方向阀，其特征是，上述插孔体的三个通油孔，P口〔27〕为轴向布置，O口〔25〕、A口〔26〕为径向布置，P口〔27〕，O口〔25〕也可以对换设置，但先导控制流道要作相应改变。
5.根据权利要求
1所述的电液比例方向阀，其特征是，上述的双向耐高压比例电磁铁〔2〕，用手调机构〔40〕代替，去掉双向电流控制调节器〔1〕，即为三通插装式手调比例方向阀。
6.根据权利要求
1至5所述的三通插装式电液比例方向阀或三通插装式手调比例方向阀，其特征是，主阀芯〔22〕和先导阀芯〔11〕是同轴布置的，其间由反馈弹簧〔15〕连接，实现阀内“位移——力反馈”的闭环控制，在先导级与主级间设置阻尼器〔32〕，实现级间“速度——动压反馈”。
7.根据权利要求
1所述的电液比例方向阀，其特征是，增加一个测量放大器部件〔60〕和一个耐高压位移传感器部件〔61〕，即构成三通插装式电反馈比例方向阀，位移传感器〔61〕与主阀芯〔22〕是同轴布置的，位移传感器〔61〕检测主阀芯〔22〕的位移，实现阀内“位移——电反馈”闭环控制，阻尼器〔32〕实现级间“速度——动压反馈”控制。
8.根据权利要求
1或5或7所述的三种比例方向阀，其特征是，主阀套〔23〕上的主阀口〔29〕与〔30〕及先导阀套〔12〕上的阀口〔33〕与〔34〕可按不同要求具有矩形或圆形的形状。
9.根据权利要求
1或5或7所述的三种比例方向阀，其特征是，它们的产品形式有板式、管式和插件形式。
专利摘要
本实用新型是三通插装式电液比例方向阀，由双向电流控制调节器，双向耐高压比例电磁铁，阀盖，先导级，双向三通插装式主级及插孔体六个部件组成。它是双臂牵连差动受控单元，它不仅兼容了四边滑阀——四臂牵连受控单元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“位移——力反馈”及“速度——动压反馈”的原理，提高了阀的静动态性能。经适当改变，可派生出三通插装式手调、电反馈比例方向阀。
文档编号F15B13/02GK85202888SQ85202888
公开日1987年3月25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