专利名称：高速数字控制及数字反馈比例阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体控制系统中控制流体方向、流量及压力的比例阀。
背景技术：
液压控制系统通过对执行元件(油缸或马达)中液流的方向、流量和压力的控制，使液压执行机构(油缸或马达)根据不同作业对象和工作状态的变化，实现特定的位置、速度或力(力矩)的要求。电液比例控制是介于开关型控制和伺服控制之间的一种精密控制技术，通过对电流比例阀驱动电磁铁电流方向及大小的控制，并根据阀芯位置传感器反馈的模拟量进行控制，使液压系统的输出满足液压执行器对液流方向、压力和流量的要求，实现所要求的精确控制。
对于中小流量(100L/min)和中低响应(小于50Hz)的比例控制，比例阀一般采用直动式阀芯节流，即对置于阀芯两端的电磁铁采用模拟式比例控制。通过控制比例电磁铁通电电流大小，使一端电磁铁的铁芯在一定电磁力的作用下压缩另一端回位弹簧，当电磁力与弹簧反力和液压力达到平衡时，使阀芯产生与控制电流成比例的位移，比例阀实现一定的流量或压力。这种比例电磁阀的缺点主要在于与计算机数字控制和反馈还需要数模转换接口。此外，比例阀因电磁阀两端的可动铁芯和阀芯的总质量大，而驱动电磁铁只有一侧的推力，加之回位弹簧的反力作用，比例阀的响应速度偏低。随着计算机数字控制技术的不断普及，比例控制也产生了相应的数字电流比例控制系统。数字电液比例控制系统主要有四种形式；模拟式比例阀、组合式数字阀、步进式数字阀及高速开关阀。由模似式比例元件构成的数字控制系统仍需要进行数模转换，或采用脉宽调制方式进行控制，实际上是一种间接式数字控制；组合式数字阀是由成组的普通电磁阀和压力阀或流量阀组成的数字式压力或流量比例调节阀组，各电阀可接受由计算机输出并放大的开关型电压信号。若需实现一定精度的控制，数量众多的电磁阀会使系统的体积过于庞大，成本也难以承受；步进式数字阀由计算机控制的步进电机驱动阀芯运动，实现对阀芯节流开度的控制，该系统因传动环节增多、机械惯量大而响应速度慢(小于10Hz)；由快速开关阀组成的高速比例控制系统一般采用时间比率式脉冲调制来达到控制流量的目的，其响应频率也相对较高(75Hz)，但只能对小流量(小于10L/min)的压力或流量进行调速，所以多用在先导控制部分。对提高比例阀的响应速度而言，要么提高驱动电磁铁的起动电磁力，要么降低可动铁芯和阀芯的质量。实事上，目前的单侧驱动电磁铁在加大起动电磁力的同时，也加大了铁芯质量，且起动后电磁铁的维持电流也较大，加大了比例阀的能耗。此外，传统的比例电磁阀阀芯位置由安装在阀端的阀芯位置传感器进行检测，其反馈输出量一般为模拟量，还需经过模/数转换后方能使用。由于安装在端盖外侧的阀芯位置传感器与阀芯为刚性连接，这就对阀芯位置传感器、阀芯和阀体的连接精度提出了极高的要求，也就对相关零件的加工和比例阀的安装提出了苛刻的要求，使得传统比例阀的制作成本居高不下。
实用新型的内容本实用新型的目的是提供实现液压系统液流方向、流量和压力进行数字控制和数字反馈的比例阀，实现比例阀的数字化、快响应、高精度、中流量、低成本和低能耗的要求。
本实用新型是这样实现的本实用新型高速数字控制及数字反馈比例阀，包括阀体10、阀体10内的液路通道A、B、阀芯11、与阀芯11连接的可动铁芯6，与可动铁芯6配合的固定铁芯14、与阀芯挺杆13对应的阀芯位置传感器2、固定铁芯14外的电磁铁绕组7、回位弹簧16，电磁铁绕组7是若干个独立线圈组合成的数字电磁铁绕组，每个绕组分别与一路控制线路连接。
本实用新型阀体10的液路通道(A、B)各由一组阀芯11控制通断，两组阀芯11各与可动铁芯6、固定铁芯14、电磁铁绕组7、阀芯挺杆13、传感器2，回位弹簧16配套。
本实用新型两组阀芯11及配套件对称布置在阀体1两侧。
本实用新型电磁铁绕组7是由至少四个独立线圈组合的数字电磁铁绕组。
本实用新型阀芯位置传感器2为阀芯中位/极限位状态开关型传感器，与螺纹调节装置1连接并安装在端盖3上。
本实用新型固定铁芯14由磁性材料和非磁性材料间隔组成为一体，构成磁通回路。
本实用新型数字电磁铁绕组7与多路接头18连接，多路接头18的各路与由计算机数字信号驱动的开关放大电路连接。
本实用新理外套筒4的一端与阀体端盖3连接，另一端与固定铁芯组14的一端连接，固定铁芯组14与内侧限位套筒9和外侧支撑限位套筒5连接，套筒5内有弹簧座17与挺杆13，弹簧16和传感器2配合。
本实用新型的基本思路，一是改比例电磁铁模拟控制为直接数字控制，二是改位置模拟传感器为检测阀芯中位/极限位的数字状态传感器，以实现比例阀较高响应的直接数字控制。本实用新型的驱动电磁铁由多组线圈构成数字驱动线圈，取代传统的单一比例电磁线圈。由计算机控制多位数字开关放大器，对置于阀两端的各绕组线圈按控制要求给定电流进行激磁，各线圈在启动时峰值电磁力的叠加，可产生较大的推力和拉力，提高比例阀的响应速度。其次，对称布置的两端数字电磁铁可对各自的可动铁芯实施推力或拉力，实现阀芯的快速精确回位或定位，有利于比例阀的响应速度。
与现有用于控制的电磁换向阀、伺服阀、比例阀相比，本实用新型通过巧妙构思，将传统单级、单向作用、模拟量控制电磁铁，改为多级、组合双向作用、数字控制电磁铁，提高了阀芯瞬间启动驱动力，又可通过不同绕组的激磁组合，产生强度不同的推或拉力，使电磁力与弹簧复位力和液动力平衡，并通过液压执行器流量和压力反馈信号，由控制器对阀芯位移量的进行精确闭环控制，实现对流量或压力的比例控制，实现真正意义的比例阀直接数字控制，并具有响应快、流量较大、控制精度高和节能的独特优点。此外，通过简化阀位置传感器为数字状态传感器，不仅实现直接数字反馈，还降低了传感器成本，同时也降低了位置传感器与阀体和阀芯的安装精度，降低了阀体和端盖等零件的制造精度。本实用新型提出的数字控制比例阀，还大大简化了原模拟控制电路的控制器和数/模转换驱动电路，而采用直接开关放大电路实现控制。在液压系统稳定工作期间，阀芯位置的保持可采用较少的组合电磁铁激磁，以减小能耗。本实用新型制作成本稍高于传统的比例电磁换向阀，但大大低于伺服阀，可取代部分伺服阀，作为中等流量、高精密、快响应液压系统控制的新型高速数字控制比例阀。
图1是本实用新型的剖视图。
图2是本实用新型的符号图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型。如附图1所示，本实用新型主要由阀体10、阀芯11、可动铁芯6、固定铁芯组14、中位/极限位状态传感器2、组合数字电磁铁7、推杆13、回位弹簧16、外套筒4、外侧支撑限位套筒5、内侧限位套筒9、弹簧座17、多路接头18、连接线1、阀体端盖3、连接螺栓15等零件组成。组合数字电磁铁7由四个或四个以上的独立电磁线圈组合而成，刚性固定铁芯14组由导磁材料和非导磁材料间隔组成，与可动铁芯6构成磁力回路，使各独立绕组在不同通电方向时均可对可动铁芯6产生一定推力或拉电磁力。可动铁芯6通过与之连接的推杆13，用螺纹与阀芯11刚性相连，而中位/极限位状态传感器2用螺纹调节装置1固定在端盖3上，其端部与推杆13接触，并可通过两端状态传感器螺纹调节装置进行调节，检测阀芯的中位和两侧的极限位置状态。固定铁芯组14由磁性材料和非磁性材料间隔组成为一体，构成磁通回路。多路接头18与由计算机数字信号驱动的开关放大电路相连，实现对各电磁铁绕组的开关量激磁控制。两组数字电磁铁的激磁控制可以是两组、八个电磁铁的不同通电方向、不同排列的通电组合，使之产生与弹簧力和液动力相平衡的电磁力。如果必要，还可以实现不同电流强度的控制方案，以满足不同精度控制。控制系统根据液压执行中流量及压力的反馈，通过控制器构成闭环控制，实现对阀芯位移的精确数字控制从而对液动机流量压力进行调定，满足不同压力及流量的控制要求。
权利要求1.一种高速数字控制及数字反馈比例阀，包括阀体(10)、阀体(10)内的液路通道(A、B)、阀芯(11)、与阀芯(11)连接的可动铁芯(6)，与可动铁芯(6)配合的固定铁芯(14)、与阀芯挺杆(13)对应的阀芯位置传感器(2)、固定铁芯(14)外的电磁铁绕组(7)、回位弹簧(16)，其特征在于电磁铁绕组(7)是若干个独立线圈组合成的数字电磁铁绕组，每个绕组分别与一路控制线路连接。
2.根据权利要求1所述的比例阀，其特征在于阀体(10)的液路通道(A、B)各由一组阀芯(11)控制通断，两组阀芯(11)各与可动铁芯(6)、固定铁芯(14)、电磁铁绕组(7)、阀芯挺杆(13)、传感器(2)，回位弹簧(16)配套。
3.根据权利要求2所述的比例阀，其特征在于两组阀芯(11)及配套件对称布置在阀体(1)两侧。
4.根据权利要求1或2或3所述的比例阀，其特征在于电磁铁绕组(7)是由至少四个独立线圈组合的数字电磁铁绕组。
5.根据权利要求1或2或3所述的比例阀，其特征在于阀芯位置传感器(2)为阀芯中位/极限位状态开关型传感器，与螺纹调节装置(1)连接并安装在端盖(3)上。
6.根据权利要求1或2或3所述的比例阀，其特征在于固定铁芯(14)由磁性材料和非磁性材料间隔组成为一体，构成磁通回路。
7.根据权利要求1或2或3所述的比例阀，其特征在于数字电磁铁绕组(7)与多路接头(18)连接，多路接头(18)的各路与由计算机数字信号驱动的开关放大电路连接。
8.根据权利要求1或2或3所述的比例阀，其特征在于外套筒(4)的一端与阀体端盖(3)连接，另一端与固定铁芯组(14)的一端连接，固定铁芯组(14)与内侧限位套筒(9)和外侧支撑限位套筒(5)连接，套筒(5)内有弹簧座(17)与挺杆(13)，弹簧(16)和传感器(2)配合。
专利摘要本实用新型为高速数字控制及数字反馈比例阀,包括阀体(10)、阀体(10)内的液路通道(A、B)、阀芯(11)、与阀芯(11)连接的可动铁芯(6),与可动铁芯(6)配合的固定铁芯(14)、与阀芯挺杆(13)可接触的阀芯位置传感器(2)、固定铁芯(14)外的电磁铁绕组(7)、回位弹簧(16),电磁铁绕组(7)是若干个独立线圈组合成的数字电磁铁绕组,每个绕组分别与一路控制线路连接。可对流体方向、流量和压力进行数字控制和数字反馈,响应快、精度高,能耗低。
文档编号F15B13/00GK2511817SQ0125708
公开日2002年9月18日 申请日期2001年12月29日 优先权日2001年12月29日
发明者柯坚, 于兰英, 王国治, 邓斌 申请人:四川三洲液压驱动技术有限公司, 成都海普特电子机械技术开发有限责任公司