两位四通无级变速节流阀及气动变速控制装置和控制方法与流程

本发明涉及两位四通无级变速节流阀以及采用这种节流阀的气动变速控制装置和采用/适应于这种控制装置的控制方法。

背景技术：

1、气缸是一种常见的动力源，可用于直线运动的驱动，以气缸的活塞杆外端作为动力和运动输出，连接相关执行机构的输入，通过活塞杆带动执行机构的输入件直线运动，气缸的气源通过相应的输气管/气动回路接入气缸内的腔体，以形成活塞两侧的压差，由于通常情形下气源的压力是恒定/稳定的，由此在固定的气动回路下，气缸的动力输出/速度输出也是固定的，然而，在若干场景下，需要在行程的不同阶段采用不同的速度，目前用于实现不同动力输出/速度输出的方式为设置两个具有不同阻力的气动回路，或者说，在气动回路中设置两个具有不同阻力的并列（并联）支路，采用适宜形式的二位/多位电磁阀进行不同回路/支路的切换，以在活塞两侧形成不同的压差。例如中国专利文献cn113735424a公开了一种二次压型压机及其控制方法，其主要特征是：包括电磁气缸、第二接近开关、第一电磁换向阀、第一接近开关、中间接近开关、第二电磁换向阀、第一节流阀、单向阀和第二节流阀；第一电磁换向阀的一输出端与电磁气缸的一端连接，另一输出端经第二节流阀以及并接的第二电磁换向阀、第一节流阀和单向阀后与电磁气缸的另一端连接；所述中间接近开关设置在第二接近开关与第一接近开关之间，中间接近开关可任意设置起点，当电磁气缸中的磁环经过中间接近开关并使它通电后，通过plc控制系统的内设程序，控制第二电磁换向阀处于关闭状态，调节第一节流阀使电磁气缸在一定区间内降低下行速度，与电磁气缸连接的模具也缓慢运行，可减少模具冲击压力，而其他控制区间可加快运行速度，缩短整体运行时间。这种现有技术能够有效地切换气缸输出，在一定程度上满足了实际需求，然而，这种切换方式是阶跃式的，或者说有级的，形成一定的冲击，甚至可能产生较为明显的气锤效应，不仅影响系统的稳定，而且在执行机构突然急剧变速的情形下，可能给相关人员造成一定的安全隐患。

技术实现思路

1、为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了两位四通无级变速节流阀，还提供了采用这种节流阀的气动变速控制装置以及采用/适应于这种控制装置的控制方法，以便在气缸（及气缸所驱动的执行机构）状态切换的过程中，实现无级变速。

2、本发明的技术方案是：两位（或称二位）四通无级变速节流阀，设有两个柱塞阀单元，柱塞阀单元设有柱塞（可称为调节柱塞）及与柱塞配合的阀套（可称为调速阀套），柱塞的后端插入阀套内，与阀套的内壁之间留有构成节流通道（或称节流缝隙）的间隙（通常为环形间隙），柱塞的前端露在阀套外，阀套的中部设有贯穿阀套侧壁的两个阀套通孔（或称阀套进出口，可分别第一阀套通孔/第一阀套进出口和第二阀套通孔/第二阀套进出口），柱塞的周面（或称侧面，或柱面）上设有用于与阀套内壁密封的柱塞密封圈（通常可采用环形密封圈），柱塞密封圈位于阀套通孔的前侧（在柱塞的全部行程范围内均位于阀套通孔的前侧，此处所称外侧为柱塞轴线/轴向上的近柱塞外端侧）。

3、进一步地，两柱塞（两柱塞阀单元的柱塞）的前端（外端）设有联动连接结构（能够实现两者联动的连接方式/连接结构）。

4、例如，两柱塞的前端固定连接在同一个联动连接件（例如，连接板，或称联动板）上，通过各自与联动连接件的固定连接实现联动。

5、优选地，两柱塞阀单元设置在同一节流阀体上。

6、可以在节流阀体上设有阀套结构（与阀套相同的结构），实现阀套与节流阀体的一体化，也可以将独立的阀套安装在节流阀体上。

7、例如，节流阀体上设有用于固定安装柱塞阀单元的阀套安装孔，阀体孔的数量为两个，两柱塞阀单元的阀套分别固定安装在各自对应的阀套安装孔。

8、优选地，阀套与对应阀套安装孔的孔壁之间密封，例如，阀套的周面与阀套安装孔的孔壁紧密贴合（例如，过盈配合）。

9、进一步地，节流阀体上设有分别与各阀套上的各阀套通孔连通的连接孔道，连接孔道的外端设有气动接头（能够连接输气管道的接头），用于连接气动回路中的输气管。

10、进一步地，柱塞的后端部呈锥形（或者说锥台形，其横截面由内至外逐渐增大）。

11、气动变速控制装置，包括：

12、气源装置，用于输出压力气体；

13、三位五通电磁阀，设有3个气源侧接口（进出口）和2个气缸侧接口（进出口），用于切换2个气缸侧接口与3个气源侧接口之间的连接方式，其中位于中间的气源侧接口连接气源装置的压力气体出口（或称气源口），位于两侧的气源侧接口均连通大气（为开放的）；

14、两位四通节流阀，采用本发明公开的任一种两位四通无级变速节流阀，设有2个气源侧接口和2个气缸侧接口，用于切换相互对应的气缸侧接口与气源侧接口之间的阀内通道，其中第一气源侧接口（气源侧接口中的任一个）连接三位五通电磁阀的第一气缸侧接口（气缸侧接口中的任一个），第二气源侧接口（气源侧接口中的另一个）连接三位五通电磁阀的第二气缸侧接口（气缸侧接口中的另一个）；

15、气缸，用作动力源，通过活塞杆外端输出（例如，动力输出、速度输出），其无杆腔接口（连通无杆腔的进出口/接口）连接两位四通节流阀的第一气缸侧接口（两位四通节流阀中与第一气源侧接口连通的气缸侧接口），有杆腔接口（连通有杆腔的进出口/接口）连接两位四通节流阀的第二气缸侧接口（两位四通节流阀中与第二气源侧接口连通的气缸侧接口）。

16、进一步地，气缸的无杆腔接口与两位四通节流阀的第一气缸侧接口之间的连接管上设有第一单向节流阀，气缸的有杆腔接口与两位四通节流阀的第二气缸侧接口之间的连接管上设有第二单向节流阀，第一单向节流阀和第二单向节流阀的节流方向均为由两位四通节流阀至气缸的方向（仅对由两位四通节流阀至气缸的气体流动产生节流作用）。

17、气动变速控制方法，可以采用本发明公开的任一种气动变速控制装置实施，或者说用于本发明公开的任一种气动变速控制装置，将气动/驱动行程分为三个阶段，包括始端（或称始段）、中段和末端（或称末段），在始端，对气缸进行全压（常规压力）操动，气缸输出速度（活塞杆外端速度）不断增大，直至达到中段的平衡（恒定）速度；在中段，保持对气缸的全压操动，气缸输出速度保持恒定（在外部相关条件保持不变的情形下）；在末端，将气缸的操动方式由全压操动转换（亦可称为切换）为减压操动，气缸输出速度不断减小。对于上述控制方式，适宜时，也可以采用其他控制装置。

18、亦可以在始端的前段（例如，始端的前半阶段、前三分之一阶段或前三分之二阶段等）对气缸进行减压（节流）操动。

19、优选地，由全压操动转换为减压操动的过程为无级转换，气缸动力（活塞两侧压差）以无级变化的方式逐渐减小。

20、进一步地，由全压操动转换为减压操动的方式为将两位四通节流阀由非节流状态转换为节流状态。

21、优选地，在启动前，使两位四通节流阀的状态为节流状态，接通气源后，启动两位四通节流阀由节流状态向非节流状态的转换。

22、本发明的有益效果是：由于两位四通节流阀气源侧接口和气缸侧接口的连接关系不变，两个状态下相应接口之间均为导通状态，但一种状态下设有节流（可称为节流状态），另一种状态下没有节流（可称为非节流状况），由此能够同步实现对两条气路阻力的同向调节，在需要进行气缸变速的情形下，无需设置两条不同阻力的气路（及相应气路的切换），由此简化了相应系统的总体构造，节省了设备/硬件成本,简化了操动方式，方便了使用和维护；由于采用相互配合的柱塞和阀套，依靠柱塞的轴向移动放开或阻断两阀套进出口之间的无节流通道，特别是由于柱塞的前端部采用锥形结构，因此对无截流通道的阻断面积是逐渐变化的，实现了在完全阻断和完全放开之间的连续（无级）变化，且能够依据实际需要通过相关结构的尺寸（例如，锥形的轴向长度）和形状（例如，将阀套接口/阀套接口在阀套内侧壁上的开口由圆孔/圆孔形成的开口改变为沿柱塞轴向的长条孔/长条孔形成的开口）的改变，设定或调整完全阻断和完全放开之间的柱塞行程（移动距离）或柱塞移动时长，进而设定适宜的无级变化过程和变化速度。

23、由于控制装置采用两位四通节流阀实现对气缸无杆腔和有杆腔的压力同步调节，不仅简化了总体构造，而且两腔压力变化对气缸动力和气缸输出的影响是相互叠加的，由此有效地提高了调节能力，有助于减小两位四通节流阀的体积。

24、由于将气缸的整个驱动行程（单程）分为三个阶段，在始端动力大于阻力，使速度逐渐增大，在中段动力与阻力平衡，实现恒定速度，在末端动力小于阻力，使速度逐渐减小，由此不仅有助于保持较高的效率，而且两端（始端和末端）速度变化平和，有助于避免急剧加速和急剧减速造成的冲击破坏和安全隐患。