基于速度差动压反馈液控先导级的伺服阀的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于速度差动压反馈液控先导级的伺服阀，包括动压反馈机构、液控先导阀、压力调节阀和主阀芯，动压反馈机构包括柱塞缸、第一阻尼和第二阻尼，柱塞缸的缸体设有反馈压力口，第一阻尼的一端与先导油的进油口连通，第一阻尼的另一端与柱塞缸的缸体连通，第二阻尼的一端与油箱连通，第二阻尼的另一端与柱塞缸的缸体连通，柱塞缸的缸体通过反馈压力口与液控先导阀的第一控制腔连通，压力调节阀的入口与先导油的进油口连通，压力调节阀的出口与液控先导阀的第二控制腔连通，液控先导阀的A口与主阀芯的控制下腔连通，液控先导阀的B口与主阀芯的控制上腔连通，液控先导阀的P口与先导油的进油口连通，液控先导阀的T口与油箱连通。
【专利说明】基于速度差动压反馈液控先导级的伺服阀
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种伺服阀，尤其涉及一种可适用于冲压、液压执行器对接等领域用以实现执行机构预加速控制过程的伺服阀。
【背景技术】
[0002]在冲压生产线中往往采用液压缓冲垫(简称液压垫)来降低冲压过程的碰撞冲击，如图1所示，液压垫较常用的做法是采用多组伺服阀控液压缸的形式构成一个伺服液压垫。在一个冲压循环中，伺服液压垫需要通过电液伺服阀16控制液压缸17的压力、位移等变量来精确实现冲压工艺所要求的压力、位移。为降低拉延瞬间的碰撞压力冲击，伺服液压垫需要有预加速功能来消除拉延阶段建立瞬间的冲击。这样，在整个工作循环中，电控系统需要控制电液伺服阀16实现液压缸17的位移、速度、压力三个状态变量，尤其是在预加速阶段，电控系统需要从位移控制切换到速度控制，再切换拉延阶段的压边力控制，存在状态变量的多次切换控制问题，对控制器及电液伺服阀16的性能要求较高，且较难获得好的效果。此外，采用电液伺服阀控液压缸的形式在预加速阶段需要有速度传感器作为控制变量的反馈，多个环节采用电控系统，可靠性差。
[0003]为此，解决传统的控制方式在预加速控制过程中产生的冲击问题，以及电液伺服控制系统的可靠性问题，研制能够自动实现预加速过程控制的机械液压伺服阀很有必要。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于速度差动压反馈液控先导级的伺服阀，它无需经过电控系统的转换即可自动实现液压垫等工况下的预加速。
[0005]为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是:
[0006]本实用新型基于速度差动压反馈液控先导伺服阀包括动压反馈机构、液控先导阀、压力调节阀和主阀芯，所述动压反馈机构包括柱塞缸、第一阻尼和第二阻尼，所述柱塞缸的缸体设有反馈压力口，第一阻尼的一端与先导油的进油口连通，第一阻尼的另一端与柱塞缸的缸体连通，第二阻尼的一端与油箱连通，第二阻尼的另一端与柱塞缸的缸体连通，所述柱塞缸的缸体通过反馈压力口与液控先导阀的第一控制腔连通，压力调节阀的入口与
先导油的进油口Px连通，压力调节阀的出口与液控先导阀的第二控制腔连通，液控先导阀
的A 口与主阀芯的控制下腔连通，液控先导阀的B 口与主阀芯的控制上腔连通，液控先导阀
的P 口与与先导油的进油口&连通，液控先导阀的T 口与所述油箱连通。
[0007]在本实用新型的动压反馈机构中，通过调节第一阻尼和第二阻尼可以调节柱塞缸的柱塞杆和缸体之间无速度差时(即稳态时的)柱塞缸的无杆腔的压力，并使液控先导阀的阀芯位移与活塞缸的柱塞杆和缸体之间的速度差成线性关系。
[0008]进一步地，本实用新型在所述液控先导阀的阀芯和阀体之间设置有第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧分置于所述液控先导阀的阀芯的两侧以使该阀芯对中。
[0009]进一步地，本实用新型所述压力调节阀为减压阀，且该减压阀的出口压力恒定、可调，用来设定先导阀第二控制腔压力。
[0010]进一步地，本实用新型所述液控先导阀的阀芯位移与活塞缸的柱塞杆和缸体之间的速度差成线性关系。
[0011]进一步地，本实用新型所述液控先导阀为比例阀或伺服阀。
[0012]进一步地，本实用新型所述主阀芯为二通阀或三通阀。
[0013]与【背景技术】相比，本实用新型具有有益的的效果是:
[0014]I)本实用新型通过动压反馈机构中的第一阻尼、第二阻尼和柱塞缸上设置的反馈压力口将主阀芯控制对象的速度差信号通过机械结构自动线性转化成压力，作为液控先导阀的驱动指令。本实用新型没有复杂的电控系统以及传感器装置，结构简单，价格低廉，最主要的是解决了电控系统在预加速过程中存在的状态切换和可靠性问题。
[0015]2)本实用新型的速度差动压反馈控制功能应用在可以对接执行器件以较小的相对速度结合，减少了对接执行器在预加速过程中产生的冲击，应用在冲压、液压执行器对接等领域可以很好地提高产品的生产质量和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是数控液压垫的液压原理简图；
[0017]图2是速度差动压反馈液控先导级的伺服阀的结构示意图；
[0018]图3是为速度差动压反馈液控先导级的伺服阀的典型应用示意图；
[0019]图4是预加速过程中反馈压力与速度差之间的映射关系图；
[0020]图5是预加速过程中滑块和压边工作台的位移变化图；
[0021]图6是预加速过程中滑块和压边工作台的速度变化图；
[0022]图中，1.柱塞缸、2.第一阻尼、3.第二阻尼、4.压力反馈口、5.第一弹簧、6.第二弹簧、7液压先导阀、8.压力调节阀、9.主阀芯、10.压边缸、11.驱动器、12.滑块、13.工作台、14.第一控制腔、15.第二控制腔、16.伺服阀、17.液压缸。
【具体实施方式】
[0023]如图2所示，本实用新型由动压反馈机构、液控先导阀7、压力调节阀8和主阀芯9组成。其中，动压反馈机构包括柱塞缸1、第一阻尼2和第二阻尼3，柱塞缸I的缸体设有反
馈压力口 4，第一阻尼2的一端与先导油的进油口Px连通，第一阻尼2的另一端与柱塞缸I
的缸体连通，第二阻尼3的一端与油箱连通，第二阻尼3的另一端与柱塞缸I的缸体连通，柱塞缸I的缸体通过反馈压力口 4与液控先导阀7的第一控制腔连通。动压反馈装置通过调节第一阻尼2与第二阻尼3，可以调节在柱塞缸I的柱塞杆和缸体之间无速度差时(即稳态时的)，柱塞缸I的无杆腔的压力，进而通过柱塞缸I的缸体上的反馈压力口 4把柱塞缸I的无杆腔的压力反馈到液控先导阀7的第一控制腔14。压力调节阀8的入口与先导油的
进油口Px连通连通，压力调节阀8的出口与液控先导阀7的第二控制腔15连通。液控先导阀7的A 口与主阀芯9的控制下腔连通，液控先导阀7的B 口与主阀芯9的控制上腔连通，
液控先导阀7的P 口与先导油的进油口Px连通，液控先导阀7的T 口与油箱连通。通过设
定压力调节阀8的出口压力值，使其与液控先导阀7的第一控制腔14的压力匹配实现对液控先导阀?的阀芯位移(即先导阀阀芯开口大小)的控制，液控先导阀7的阀芯开口的大小决定了主阀芯9上、下控制腔的压力的大小。
[0024]根据流体动力学可知，柱塞缸I的反馈压加 4的反馈压力值Pf与柱塞缸I的柱塞杆和缸体的速度差Δν之间的函数关系为:
[0025]Pf = E1(Av) = a * Av2 4.(Tb — c Δν2)3.2 + d
[0026]上式中，a、b、c、d都是常系数。
[0027]在matlab中进行仿真分析，得到的Pf与办\，的关系如图4所示，从图4中可以看出，
柱塞缸I的反馈压加 4的压力值Pf与柱塞缸I的柱塞杆和缸体的速度差Δν为近似线性关
系。由此可以说明，本实用新型的动压反馈机构可以实现将柱塞缸I的柱塞杆和缸体之间的速度差信号自动线性化为压力信号，相对于电控系统在实现这个过程要用到复杂传感器和控制器而言，本实用新型结构简单，可靠性高。
[0028]图3示出了将本实用新型速度差动压反馈液控先导级的伺服阀应用于一种执行器对接机构的结构示意图。其中主阀芯9的A 口与压边缸10的无杆腔连通，主阀芯9的T
口与油箱连通，主阀芯9的P 口和压边缸10的有杆腔与进油口Ps连通，压边缸10支撑工作
台13，驱动电机11通过传动装置驱动滑块12上下运动，动压反馈装置的柱塞缸I安装在工作台13的侧面，柱塞缸I的缸体的速度反映工作台13的速度。驱动电机11驱动滑块12向下运动，当滑块12下落过程中接触到动压反馈机构的柱塞缸I的柱塞杆后(柱塞杆的速度反映滑块12的速度)，动压反馈机构通过第一阻尼2、第二阻尼3组成的液压A型半桥可以将滑块12与工作台13的速度差信号线性化成压力信号，经柱塞缸I上的反馈压加 4将此压力信号引到先导阀7的第一控制腔14，通过反馈回来的压力信号来控制液控先导阀7的阀芯位移大小和主阀芯9的上、下控制腔的压力。通过由液控先导阀7控制的上、下控制腔压力来调节主阀芯9的A 口的输出压力和流量，从而调节压边缸10 (即工作台13)的速度，逐步实现与滑块的速度匹配，最终达到两者以较小的相对速度接触，减小冲击。
[0029]进一步在matlab中对滑块12和压边工作台13在预加速过程中的位移和速度关系进行仿真分析，仿真结果如图5、6所示。由图5示可见，滑块12和压边工作台13的位移曲线在反馈机构的作用下逐渐趋于相切，两曲线的斜率(即两者的速度)逐渐趋于相等。由图6可知，压边工作台13的速度在反馈机构的调节下逐渐趋近于滑块12的速度，最终两者速度达到相等。[0030]对比图5和图6中曲线交点的横坐标(即时间t)可知，阀块13和压边工作台14在接触位置(即图5中位移曲线交点)两者的速度相等(即图6中速度曲线交点)。
[0031]基于matlab仿真结果，说明本实用新型应用在执行器对接控制的预加速过程中，
动压反馈机构的柱塞缸I的无杆腔压力Pf与滑块12和工作台13的速度差Δν呈正相关。合
理设置液控先导阀7的阀芯参数，使阀芯开度与Pf呈正比例关系。当滑块12与动压反馈机
构的柱塞缸I的柱塞杆接触时，动压反馈机构根据滑块12与压边工作台13的速度差信号自动线性化为压力信号，从而控制液控先导阀7驱动主阀芯9，实现图3所示整个系统的预加速过程。在此过程中可以让滑块12与压边工作台13以较小的相对速度结合，从而减少预加速过程的冲击。
【权利要求】
1.一种基于速度差动压反馈液控先导伺服阀，其特征在于:包括动压反馈机构、液控先导阀(7)、压力调节阀(8)和主阀芯(9)，所述动压反馈机构包括柱塞缸(I)、第一阻尼(2)和第二阻尼(3)，所述柱塞缸的缸体设有反馈压力口(4)，第一阻尼(2)的一端与先导油的进油口连通，第一阻尼(3)的另一端与柱塞缸(I)的缸体连通，第二阻尼(3)的一端与油箱连通，第二阻尼(3)的另一端与柱塞缸(I)的缸体连通，所述柱塞缸(I)的缸体通过反馈压力口(4)与液控先导阀(7)的第一控制腔连通，压力调节阀(8)的入口与先导油的所述进油口连通，压力调节阀(8)的出口与液控先导阀(7)的第二控制腔连通，液控先导阀(7)的A口与主阀芯(9)的控制下腔连通，液控先导阀(7)的B 口与主阀芯(9)的控制上腔连通，液控先导阀(7)的P 口与先导油的所述进油口连通，液控先导阀(7)的T 口与所述油箱连通。
2.根据权利要求1所述的基于速度差动压反馈液控先导伺服阀，其特征在于:在所述液控先导阀(7)的阀芯和阀体之间设置有第一弹簧(5)和第二弹簧(6)，第一弹簧(5)和第二弹簧(6)分置于所述液控先导阀(7)的阀芯的两侧以使该阀芯对中。
3.根据权利要求1或2所述的基于速度差动压反馈液控先导伺服阀，其特征在于:所述压力调节阀(8)为减压阀，且该减压阀的出口压力恒定、可调。
4.根据权利要求1或2所述的基于速度差动压反馈液控先导伺服阀，其特征在于:所述液控先导阀(7)为比例阀或伺服阀。
5.根据权利要求1或2所述的基于速度差动压反馈液控先导伺服阀，其特征在于:所述主阀芯(9)为二通阀或三通阀。
【文档编号】F15B13/02GK203685739SQ201420010655
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】魏建华, 李世振, 国凯, 方锦辉, 王晓毅 申请人:浙江大学