专利名称：先导比例方向节流阀的制作方法
技术领域：
本发明属于电液控制阀技术领域，尤其是对流体流动方向和流量进行连续比例控制的先导比例方向节流阀。
背景技术：
先导型电液比例方向节流阀是电液控制技术中最重要的元件之一，主要用于大流量的场合。其作用是对流体流动的方向和流量的大小进行连续控制。现有技术中，先导比例方向节流阀有阀内部器件反馈型和电器闭环控制型二大类，前者控制精度较低，主要用于开环系统，后者具有高的动态响应和控制精度，能具有伺服阀的功能，主要用在闭环控制中。对于内反馈阀，目前采用的原理主要有位移—力反馈、位移—压差平衡、先导减压、先导溢流和位移随动五种形式，而应用最广泛的是德国Rexroth公司生产的先导减压型阀。虽然应用这样的比例元件代替传统的开关型电液换向阀，能够简化回路、提高系统性能，但是由于制造难度大造成这些元件的成本过高，不能够大量推广应用。
对于电闭环的先导比例方向节流阀，为了提高其动特性，主要有主阀芯和先导阀芯双闭环控制、先导阀采用高响应伺服阀二种形式。最大的不足是一旦主阀芯位置检测传感器及与其相关的器件发生故障，阀就失去控制功能，甚至引发大的生产事故。电闭环阀在结构上与内部器件反馈的阀也不兼容，这样的元件成本非常高，只在少数要求闭环控制的场合才被使用。
发明内容
本发明对现有电反馈比例方向节流阀的结构进行改进，解决主阀芯位置检测传感器及与其相关的器件发生故障时，阀就失去控制功能，甚至引发大的生产事故的问题，并提供一种在结构上能够将内反馈阀与电闭环阀统一起来，且结构简单、易于制造，并在主阀位置检测传感器故障状态下仍能继续工作的先导比例方向节流阀。
本发明基于上述问题和目的，提出的第一种技术方案包括电磁比例先导阀、比例放大器、开环控制器、主阀芯、主阀体以及主阀芯定位弹簧，其改进是在主阀体与电磁比例先导阀之间增设二位三通电磁换向阀，主阀体中的容腔e经流道L1与二位三通电磁换向阀的油口n连通，主阀体中的容腔f经流道L2与二位三通电磁换向阀的油口m连通；二位三通电磁换向阀的油口q与电磁比例先导阀中的油口c连通，电磁比例先导阀中的油口t与主阀体上的油口T连通；主阀芯面积调节环与主阀芯、主阀芯定位弹簧同轴布置在主阀体中。
本发明先导比例方向节流阀的第二种技术方案是在第一种技术方案的基础上增设有电子开关、闭环控制器、加法器I、加法器II、反馈信号放大器、位移传感器；电子开关的输入端与闭环控制器的输出端连接，电子开关的输出端和开环控制器的输出端连接到加法器I的输入端，加法器I的输出端连接到比例放大器的输入端；位移传感器的输出信号连接到反馈信号放大器的输入端，反馈信号放大器的输出信号与电子开关的控制端连接，反馈信号放大器的输出信号连接到加法器II的输入端，设定信号Uxs同时连接到加法器II和开环控制器的输入端，加法器II的输出端连接到闭环控制器的输入端；位移传感器与主阀芯面积调节环、主阀芯、主阀芯定位弹簧同轴布置在主阀体中，检测主阀芯的位移。
本发明先导比例方向节流阀的第三种技术方案是在第一种技术方案的基础上，去掉二位三通电磁换向阀，将容腔e经流道L1与电磁比例先导阀的油口c连通，容腔f经流道L2与电磁比例先导阀的油口d连通，电磁比例先导阀的油口t与主阀体上的油口T连通。
本发明先导比例方向节流阀的第四种技术方案是在第一种技术方案的基础上，将电磁比例先导阀改为手动比例先导阀，去掉比例放大器、开环控制器，即构成手动控制的先导型比例方向节流阀。
上述的四种技术方案中，所述的主阀芯上设有油孔P1、P2和P3，并相互连通，油孔P1与油孔P2、阀的进油口P连通，油孔P2沿阀芯轴向布置并与容腔e，f连通，油孔P3对称设置在主阀芯的两端，并与主阀芯内的油孔P2相连通；所述的主阀芯面积调节环上设有孔K1和孔K2，孔K1与主阀芯同轴安装，孔K2将主阀芯内油孔P2内的油引入到容腔e和f；主阀芯面积调节环上设有油孔P4和油槽P5，油孔P4和油孔P3连通将压力油引入到油槽P5，油槽P5与主阀体的断面h形成节流边；所述的主阀芯设有三个或三个以上的台阶；所述的电磁比例先导阀或手动比例先导阀设是有二个节流边j1和j2、三个外部连接油口c、d和t的双边控制液压阀，或是有一个节流边j1、二个外部连接油口c、d的单边控制液压阀；当电磁比例先导阀或手动比例先导阀是双边控液压阀时，容腔e经流道L1与比例先导阀的油口c连通，容腔f经流道L2与电磁比例先导阀的油口d连通，电磁比例先导阀的油口t与主阀体上的油口T连通；所述的电磁比例先导阀是连续控制的比例阀或是高速开关阀。
本发明连续控制流体方向和流量的液压阀，主要优点体现在一是结构简单、成本低，易于推广应用。二是将内反馈阀和电闭环阀在结构上统一起来，而且在主阀芯位移传感器和相应的反馈信号调节器发生故障的情况下，自动转换为内反馈控制状态，使系统能够继续工作，确保了系统的安全可靠性。本发明可代替现有的开关型电液换向阀，广泛应用于液压控制系统。
图1是本发明实施方式1的结构原理示意2是本发明实施方式2结构原理示意3是本发明实施方式3结构原理示意4是本发明实施方式4结构原理示意5是本发明的主阀芯结构示意6是本发明的主阀芯面积调节环结构示意中1电磁比例先导阀，2比例放大器，3闭环控制器，4反馈信号放大器，5位移传感器，6主阀芯，7主阀体，8主阀芯定位弹簧，9电子开关，10主阀芯面积调节环，11开环控制器，12二位三通电磁换向阀，13加法器I，14手动比例先导阀，15加法器II，P1，P2，P3，P4油孔。P5油槽，K1装配孔，K2通油孔，P1，P3孔与主阀芯的轴线垂直，P2孔通过主阀芯的轴线且贯通阀芯二边端面。
具体实施例方式
结合附图和实施方式能够对发明的原理和结构作出进一步详细说明，本实施方式是对本发明的详细说明，并不对本发明作出任何限制。
实施方式1本发明连续控制流体方向和流量的先导比例方向节流阀，包括电磁比例先导阀、比例放大器、开环控制器、主阀芯、主阀体以及主阀芯定位弹簧。在图1中，本发明的结构特征是将二位三通电磁换向阀12安装在主阀体7与电磁比例先导阀1之间，主阀体7中的容腔e经流道L1与二位三通电磁换向阀12的油口n连通，主阀体7中的容腔f经流道L2与二位三通电磁换向阀12的油口m连通；二位三通电磁换向阀12的油口q与电磁比例先导阀1中的油口c连通，电磁比例先导阀1中的油口t与主阀体7上的油口T连通。主阀芯面积调节环10与主阀芯6、主阀芯定位弹簧8同轴布置在主阀体7中。
图1中，主阀芯6与主阀体7形成4个与外界相连通的油口P，A，B，T，其中，P口是进油口，引入压力油，A，B为出油口，与执行器的二腔连通，T口是回油口，与油箱连通，出油口A，B和回油口T开启量的大小与主阀芯6的位移量成正比。
主阀芯6的结构如图5所示，有3个台阶，也可以有4个台阶，主阀芯6上开有油孔P1，P2和P3在阀芯内连通，油孔P1与阀的进油口P连通，油孔P2与容腔e，f连通，油孔P3对称布置在主阀芯6二端，在主阀芯6内部与油孔P2连通。
主阀芯6的面积调节环10的结构如图6所示，共有二件，在其上加工有孔K1和K2，其中孔K1与主阀芯6配合同轴安装，油孔K2将主阀芯6内油孔P2内的油引入到容腔e，f，其上还加工有油孔P4和油槽P5，油孔P4和油槽P5对称布置，油孔P4和油槽P3连通，将压力油引入到油槽P5，油槽P5与主阀体7的断面h形成节流边。
上述结构特征构成第一种技术方案的先导型比例方向节流阀。
实施方式2图2中，正如实施方式1所述的本发明连续控制流体方向和流量的先导比例方向节流阀的结构与工作原理，实施方式2是在实施方式1的基础上增设有电子开关9、闭环控制器11、加法器I13、加法器II15、反馈信号放大器4、位移传感器5。电子开关9的输入端与闭环控制器3的输出端连接，电子开关9的输出端和开环控制器11的输出端连接到加法器I13的输入端，加法器I13的输出端连接到比例放大器2的输入端；位移传感器5的输出信号连接到反馈信号放大器4的输入端，反馈信号放大器4的输出信号与电子开关9的控制端连接，反馈信号放大器4的输出信号连接到加法器II15的输入端，设定信号Uxs同时连接到加法器II15和开环控制器11的输入端，加法器II15的输出端连接到闭环控制器3的输入端；位移传感器5与主阀芯面积调节环10、主阀芯6、主阀芯定位弹簧8同轴布置在主阀体7中，检测主阀芯6的位移。
在图2中，电子开关9受位移传感器5的工作状态控制，在位移传感器5及反馈信号放大器4出现故障的情况下，电子开关9就自动断开，这时整个阀在开环控制器11的控制下处于内闭环阀的工作状态，仍然能连续比例的控制主阀芯6的位移量。开环控制器接受设定信号Uxs，并对该信号进行变换后与PID闭环控制器3的信号相加后输入到比例放大器2，主阀芯6、主阀芯面积调节环10和主阀体7之间形成容腔e和f，容腔e与电磁比例先导阀1的油口c连通，容腔f与电磁比例先导阀1的油口d连通，电磁比例先导阀1是可左右移动的比例阀，其上有油口c、d和t，这3个油口开口量的大小与给定的信号成比例，油口c和d在无信号时处于关闭状态，当电磁比例先导阀1的阀芯向左移动时，油口c开大，与容腔e及油口t连通，但电磁先导阀芯向右移动时，油口d开大，与容腔f及油口t连通。
主阀芯6的结构如图5所示，有3个台阶，也可以有4个台阶，主阀芯6上开有油孔P1，P2和P3在阀芯内连通，油孔P1与阀的进油口P连通，油孔P2与容腔e，f连通，油孔P3对称布置在主阀芯6二端，在主阀芯6内部与油孔P2连通。
主阀芯6的面积调节环10的结构如图6所示，共有二件，在其上加工有孔K1和K2，其中孔K1与主阀芯6配合同轴安装，油孔K2将主阀芯6内油孔P2内的油引入到容腔e，f，其上还加工有油孔P4和油槽P5，油孔P4和油槽P5对称布置，油孔P4和油槽P3连通，将压力油引入到油槽P5，油槽P5与主阀体7的断面h形成节流边，
上述结构特征构成第二种技术方案的先导型比例方向节流阀。
实施方式3正如实施方式1和2中所述的本发明连续控制流体方向和流量的先导比例方向节流阀的构成与工作原理，实施方式3是在实施方式2的基础上，去掉二位三通电磁换向阀12，将容腔e经流道L1与电磁比例先导阀1的油口c连通，容腔f经流道L2与电磁比例先导阀1的油口d连通，电磁比例先导阀1的油口t与主阀体7上的油口T连通。该结构特征构成第三种先导型比例方向节流阀。
实施方式4正如实施方式1和2中所述的本发明连续控制流体方向和流量的先导比例方向节流阀的构成与工作原理，实施方式4是在实施方式1的基础上，将电磁比例先导阀1改为手动比例先导阀14，去掉比例放大器2、开环控制器11，该结构特征构成第四种手动控制的先导型比例方向节流阀。
权利要求
1.先导比例方向节流阀，其含有电磁比例先导阀、比例放大器、开环控制器、主阀芯、主阀体以及主阀芯定位弹簧，其特征是二位三通电磁换向阀(12)安装在主阀体(7)与电磁比例先导阀(1)之间，主阀体(7)中的容腔e经流道L1与二位三通电磁换向阀(12)的油口n连通，主阀体(7)中的容腔f经流道L2与二位三通电磁换向阀(12)的油口m连通；二位三通电磁换向阀(12)的油口q与电磁比例先导阀(1)中的油口c连通，电磁比例先导阀(1)中的油口t与主阀体(7)上的油口T连通；主阀芯面积调节环(10)与主阀芯(6)、主阀芯定位弹簧(8)同轴布置在主阀体(7)中。
2.如权利要求1所述的先导比例方向节流阀，其特征是增设有电子开关(9)、闭环控制器(11)、加法器I(13)、加法器II(15)、反馈信号放大器(4)、位移传感器(5)；电子开关(9)的输入端与闭环控制器(3)的输出端连接，电子开关(9)的输出端和开环控制器(11)的输出端连接到加法器I(13)的输入端，加法器I(13)的输出端连接到比例放大器(2)的输入端；位移传感器(5)的输出信号连接到反馈信号放大器(4)的输入端，反馈信号放大器(4)的输出信号与电子开关(9)的控制端连接，反馈信号放大器(4)的输出信号连接到加法器II(15)的输入端，设定信号Uxs同时连接到加法器II(15)和开环控制器(11)的输入端，加法器II(15)的输出端连接到闭环控制器(3)的输入端；位移传感器(5)与主阀芯面积调节环(10)、主阀芯(6)、主阀芯定位弹簧(8)同轴布置在主阀体(7)中，检测主阀芯(6)的位移。
3.如权利要求1和2所述的先导比例方向节流阀，其特征是容腔e经流道L1与电磁比例先导阀(1)的油口c连通，容腔f经流道L2与电磁比例先导阀(1)的油口d连通，电磁比例先导阀(1)的油口t与主阀体(7)上的油口T连通。
4.如权利要求1所述的先导比例方向节流阀，其特征是将电磁比例先导阀(1)改为手动比例先导阀(14)，去掉比例放大器(2)、开环控制器(11)，即构成手动控制的先导型比例方向节流阀。
5.如权利要求1～4所述的先导比例方向节流阀，其特征是主阀芯(6)上设有油孔P1、P2和P3，并相互连通，油孔P1与油孔P2、阀的进油口P连通，油孔P2沿阀芯轴向布置并与容腔e，f连通，油孔P3对称设置在主阀芯(6)的两端，并与主阀芯(6)内的油孔P2相连通；
6.如权利要求1～4所述的先导比例方向节流阀，其特征是主阀芯面积调节环(10)上设有孔K1和孔K2，孔K1与主阀芯(6)同轴安装，孔K2将主阀芯(6)内油孔P2内的油引入到容腔e和f；主阀芯面积调节环(10)上设有油孔P4和油槽P5，油孔P4和油孔P3连通将压力油引入到油槽P5，油槽P5与主阀体(7)的断面h形成节流边。
7.如权利要求1～4所述的先导比例方向节流阀，其特征是主阀芯(6)设有三个或三个以上的台阶。
8.如权利要求1～4所述的先导比例方向节流阀，其特征是电磁比例先导阀(1)或手动比例先导阀(14)是设有二个节流边j1和j2、三个外部连接油口c、d和t的双边控制液压阀，或是一个节流边j1、二个外部连接油口c、d的单边控制液压阀；当电磁比例先导阀(1)或手动比例先导阀(14)是双边控制液压阀时，容腔e经流道L1与比例先导阀(1)的油口c连通，容腔f经流道L2与电磁比例先导阀(1)的油口d连通，电磁比例先导阀(1)的油口t与主阀体(7)上的油口T连通。
9.如权利要求1所述的先导比例方向节流阀，其特征是电磁比例先导阀(1)是连续控制的比例阀或是高速开关阀。
全文摘要
本发明公开了一种先导比例方向节流阀，其特征是在调节器与反馈信号调节器间设有电子开关，由位移传感器控制；在主阀体中设有主阀芯面积调节环；在开环控制器接受设定信号Uxs与比例放大阀间设有开环控制器；主阀芯和主阀芯面积调节环同轴布置在主阀体中，并在主阀芯与主阀体间设置有进油口P引入压力油，出油口A和B与执行器的两腔相连通，回油口T与油箱连通。本发明将内反馈阀和电闭环阀结构在一起，使主阀芯位移传感器和相应的反馈信号调节器发生故障时，自动转换为内反馈控制状态，使系统能够继续工作，确保了系统的安全可靠性，而且结构简单成本低，易于推广应用，也可替代现有的开关型电液换向阀，适用于液压控制系统。
文档编号F15B13/16GK1936343SQ20061010203
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者权龙 , 秦太龙, 李敏 申请人:太原理工大学