专利名称：电流比例压力流量复合控制阀的制作方法
技术领域：
本发明是属于流体控制系统中对流体的压力、流量实现比例控制的装置流体传动及控制技术领域中，最重要、最基本的2个参量就是压力和流量。70年代以前如要对这2个参量进行连续的精确控制就必须采用压力和流量伺服阀。伺服阀的缺点是价格昂贵，能量损失大和抗油液污染能力非常差。因此很难推广应用到普通的工业生产中，而只在航空航天及军工等高精尖领域获得应用。
70年代初出现的在普通手调阀基础上发展而成的比例控制阀，由于具有节能、成本低、抗污染等优点，很快就在普通的工业领域中获得了广泛应用。到目前为止比例控制阀虽以发展了几代，阀的性能同最初的阀相比也获得了很大的提高。如比例压力控制阀由最初控制精度很低的差压控制原理改为现在广泛使用的高精度的“系统压力-力反馈”新原理阀(西德专利公报DE3032411A1)及最近出现的“压力-直接电检测”的比例压力阀(西德专利公报DE3136174)。而比例流量阀也从最初低精度差压控制节流口开度再配以负载压差减压或溢流补偿的阀发展到现在广泛使用的高控制精度的含“流量-位移力反馈”及“流量位移电反馈”的最新一代流量控制阀。(西德专利公报DE3020918，DE3020152)以上所述的阀就其自身能控制的参量而言阀性能虽已很完美，但都是单一参量的控制元件。既一个阀只能控制压力或流量中的一个参量，如果要对2个参量都进行控制，这也是任何液压系统都要求的，就必须使用2个阀，一个控制流量，另一个控制压力。具体说就需要2个比例电磁铁，2个电流控制器和2套阀。
另外在对压力进行控制时现有的比例阀，无论是采用压力机械检测还是压力电检测都存在如下缺点1、采用比例溢流阀时因其进口必须和泵出口相通，造成使用中负载容腔往往很大，理论上已证明这一容腔越大，阀动态响应越慢，也越不稳定，如用比例减压阀来进行控制，虽然可避免这一容腔的影响，使响应很快，但因系统压力要比负载压力高出很高故能量损失非常大。
2、现有比例溢流阀和减压阀最低可控压力从控制原理上讲不可能达到零压。考虑到动态响应，溢流阀的最低可控压力在5bar以上(浙大研制的BY1-H16阀为6bar)，减压阀的最低可控压力在10～15bar之间(浙大研制BJ1-H16阀为11bar日本油研ERBG阀为15bar)。
本发明的目的就是为了克服上述缺点，并提供一种只用一个单向电流控制器，一个耐高压比例电磁铁就能对压力和流量控制的电液比例压力流量复合控制阀。
电液比例压力流量复合控制阀是由单向电流控制器[1]，耐高压比例电磁铁[2](以下简称比例电磁铁)，压力传感器[43]，调节器[45]，耐高压位移传感器[28](以下简称位移传感器)，先导阀，主阀和压力补偿器组成。
其中电流控制器[1]用来供给比例电磁铁[2]电信号。比例电磁铁[2]具有2个特性，其1为输出电磁力与输入电信号成比例，其2为当输入电信号不变时，输出电磁力与衔铁[3]的位移无关，它用螺钉[6]固定在阀体[23]上。压力传感器[43]用螺纹[44]固在主阀体[23]上，其压力感受面与流道[42]相通，其作用是将流道[42]中的压力线性地转换为电压信号供监控或反馈。调节器[45]的作用是将压力传感器[43]或位移传感器[28]输出的电信号同设定值Us进行比较，并对比较后的差值进行某种规律的运算，然后将经运算后的结果输入到电流控制器[1]，对压力或流量进行控制。位移传感器[28]用来检测主阀芯[18]的位移并线性地转换成电信号供监测和反馈。先导滑阀由先导阀芯[9]，先导阀套[7]，弹簧[16]所组成，先导阀芯[9]，是有双控制边[11]、[12]的滑阀，中间还开有将容腔[8]、[13]、[10]连通的流道[4]。先导阀套[7]壁上开有节流口[5]和[14]，并做成中空的，可装入导阀芯[9]。主阀由主阀芯[18]，主阀体[23]，弹簧[17]，堵头[25]组成。主阀芯[18]采用滑阀式插装结构，右端做成中空的装入弹簧[16]，[17]，左边的阀口[20]可根据不同的要求具有多种几何形状。主阀体[23]做成中空的，主阀芯和先导阀芯同轴的布置其中，其上还开有流道[15]、[29]、[40]、[41]及与外部的接口P、A。堵头[25]用螺纹[24]固定在主阀体[23]上，其上的螺纹[26]用来安装位移传感器体[27]。压力补偿器由阀芯[33]，阀体[35]弹簧[32]组成。阀芯[33]是插装型的锥阀，其右端做成中空的放入弹簧[32]。阀体[35]右端做成中空的，将阀芯[33]放入其中，并开有流道[31]、[38]和出油口O，用螺钉[30]固定在主阀体[23]上。阀内各流道之间的连接关系是[29]、[41]、[5]三个流道相通，流道[42]、[15]与节流口[14]相同，流道[40]经阻尼器[39]与容腔[37]相通。油口P、A、O是该阀的3个对外油路接口，且P口A口之间的压差靠弹簧[32]的预压缩量来设定。
该阀的工作过程是，当比例电磁铁[2]无信号输入时，先导阀芯[9]在弹簧[16]的作用下处于右边节流口[5]全开，左边节流口[14]全闭的状况，压力油经流道[29]、[41]、节流口[5]到容腔[13]，且使容腔[21]与容腔[13]的压力相等，节流口[20]就在弹簧[17]的预压力作用下处于关闭的位置，没有流量通过阀口[20]，A口的输出压力也就为零。当用调节器[45]，电流控制器[1]供给电磁铁[2]电信号时，先导阀芯[9]就在电磁力的作用下向+y方向移动，使阀口[5]关小，阀口[14]开大，导致容腔[13]的压力下降，主阀芯在压差的作用下向+X方向移动，节流口[20]打开，有流量从此流到A口。这时视开关S1所处位置可控制流量或压力。当控制压力时，随着流体不断地从P口流到A口，输出压力就不断升高，这时压力传感器[43]就有电信号送到调节器[45]，经比较器比较后产生偏差，并用这个偏差信号对先导阀进行控制，直到压力传感器[43]输出的电信号与预先设定在调节器[45]的电信号相等为止，也就是输出压力达到了给定值。在A口压力上升过程中，破坏了阀芯[33]原有的平衡关系，使阀芯[33]向-Z方向运动，使P口压力升高，进入稳定时，P口与A口之间的压差由弹簧[32]的预压量保持在10bar左右。同理当输入电磁铁的电流减小时，先导阀芯[9]就在弹簧[16]的作用下向-y方向移动，使阀口[14]关小，阀口[5]开大，空腔[13]中的压力升高。主阀芯[18]在压差及弹簧[17]的作用下向-X方向移动，阀口[20]开度减小，使从P口流向A口的流量减小，压力就降低，稳态时压力仍达到设定值。
当系统受到外界干扰时，例如负载要求流量突然增加，设这时输入的电信号为某一设定值，输出压力有降低的趋势，压力传感器[43]输出的电信号Upf减小，偏差Us-Upf增大，输入电磁铁[2]的电流增加，这时再现前段的调节过程，使阀口[20]开大，从P口流向A口的流体增多，稳态时A口压力又回到Us的设定值。这就是“负载压力-电检测反馈调节”原理。同理当扰动源为P口压力时，通过上述调节，稳态时仍能使A口压力保持在设定值。
将开关S2合向b点，开关S1断开时，阀处于对流量的控制状态。主阀芯的位移由弹簧[16]转化为力并作用到导阀芯[9]的左端面，再与比例电磁铁[2]的输出力平衡，即构成“主阀位移-力反馈”闭环。保证主阀芯位移X与输入电信号成比例，再由压力补偿器保证压差PB-PA基本恒定，由流量计算公式Q=KXPB-PA]]>知，输出流量与输入电信号成比例，改变电信号Us就能达到控制流量Ql的目的。
如果这时再将S1与Uql点接通，S2与a点接通，阀就处于“主阀位移-电反馈”的工作状态，位移X由位移传感器[28]控制，与设定值严格一致，同样实现对流量的控制功能。当对流量控制时，扰动源是压力PB和PA，而且通过“位移-力反馈”，或“位移-电反馈”及压力补偿都能保证在压力PB或PA变化时输出流量不变。
本阀所采用的压力补偿器，不仅用来在控制流量时维持P口与A口间压差不变，同时在对压力控制时还起到隔离负载容腔的作用，提高了阀的稳定性和快连性。并使油源压力始终跟随负载压力，降低了控制系统的能耗。
以上是一种对流体控制系统中对压力和流量进行控制的装置，其主要特点如下1、将原只能控制单一参量的阀在基本不增加构件的情况下变成了能对2个参量都进行控制的阀。而这种组合又不仅仅是功能的组合，且在结合过程中巧妙地应用了负载压力补偿器，使其既是控制流量时的压差恒定器，同时又能起负载容腔的隔离作用，从而使对压力流量的控制响应快、节能、调节范围也增大。
2、在本发明中，如果在负载压力补偿器上加一先导锥阀，则这一先导锥阀和补偿器一起又构成一外控型的先导控制溢流阀，起安全保护作用，使构成的系统更安全，更可靠。
3、静特性好，滞环小，重复精度高，动态频率特性也较普通内反馈阀高。对工作频宽在20Hz以下的工业液下系统仅此一阀就能对执行机构的压力和速度进行连续地、比例地、高精度地控制，大大减化了系统，并提高了可靠性。
4、由于它具有与同服阀比美的稳态控制特性和较高的工作频宽，而且造价低廉、节能、多功能对工作介质无特殊要求的特点，使它能代替伺服阀及现有比例阀广泛应用于对速度及压力控制精度要求高的液压主机中，如，压机、注型机、轧钢机、机床、各种车辆、工程机械等。
下面结合
图1，通过实施例对本发明进一步描述。
单项电流控制器[1]选脉宽调制的BKT型控制器。比例电磁铁[2]选045型号，额定输出力70N，频定电流1A，用来推动导阀芯[9]的衔铁[3]，直径5mm，流道[4]、[15]、[40]、[41]的直径为4mm，流道[29]、[42]、[31]的直径为12mm，流道[38]的直径为6mm，节流口[5]、[14]的直径为3.5mm，M5×65的螺钉[6]共4条，先导阀套[7]外圆直径20mm，内孔直径10mm，容腔[8]、[10]、[13]、[21]、[37]尺寸应尽可能小，其中[21]的大小与具体使用情况有关。先导阀芯[9]外径10mm，全长30mm，控制边[11]、[12]间距为10mm，先导阀弹簧[16]，主阀弹簧[17]，主阀芯[18]，直径为20mm，材料40Cr，主阀芯开有4个面积梯度为6的矩形槽[20]。[19]为M3的螺纹，传感器检测杆[22]随位移传感器[28]一起带来。主阀体[23]的尺寸为120×57×60mm3，右端开有20mm的孔，表面光洁度为7，左端开有14mm的孔[21]及M22×1.5的螺纹[24]。堵头[25]符合标准，其中间加工有M16的螺纹[26]用来装位移传感器[28]，含有前置放大的电感式位压力补偿器弹簧[32]刚度25N/mm，外径12mm，补偿器阀芯[33]外径18mm，大小端面积比为1∶1.06，锥角为45°，阀体[35]右部加工有18mm孔和M22×1.5的螺纹。标准的端面密封的堵头[36]为M22×1.5。阻尼器[39]由黄钢制成，孔径为1.4mm，用M6的螺纹装在流道[38]中。压力传感器[43]，其工作范围是0～40MPar，连接螺纹[44]用M16，端面密封。含比较器的调节器[45]，选用PID调节算法。
权利要求
1.一种电液比例压力流量复合控制阀是包含有单向电流控制器、耐高压比例电磁铁、压力传感器、调节器、耐高压位移传感器、先导阀、主阀和压力补偿器所组成，其特征是先导阀由导阀芯[9]，导阀套[7]，弹簧[16]组成；主阀由主阀芯[18]，主阀体[23]，弹簧[17]，堵头[25]组成；压力补偿器由阀芯[33]，阀体[35]，弹簧[32]组成。
2.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是所述的先导阀中的阀芯[9]是有双控制边[11]、[12]的滑阀，阀芯中间开有连同容腔[10]与容腔[13]、[8]的流道[4]，导阀套[7]做成中空的，中间放置先导阀芯[9]，并开有节流口[5]、[14]。
3.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是所述的主阀中的阀芯[18]是右端做成中空的，中间装入弹簧[17]、[16]，左端开有阀口[20]的插装型滑阀，主阀体[23]做成中空的，其中间安置主阀芯[18]和先导阀套[7]，还开有流道[15]、[29]、[40]、[41]及与外部接口P、A，堵头[25]上做有用来安装位移传感器体[27]的螺纹[26]。
4.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是所述的压力补偿器中的阀芯[33]是插装型的锥阀，其右端做成中空的放入弹簧[32]，阀体[35]右端做成中空的，其间放入阀芯[33]，其上还开有流道[31]、[38]和出油口O并用螺钉[30]固定在主阀体[23]上。
5.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是流道[31]与[29]相通，流道[29]与[41]相通，流道[41]与节流口[5]相通，流道[42]与流道[15]相通，流道[15]与节流口[14]相通，流道[40]经阻尼器[39]再与溶腔[37]相通。
6.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是所述的压力传感器[43]安装在主阀体[23]上与容腔[42]相通的螺纹孔[44]中。
7.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是先导阀芯[9]和主阀芯[18]、弹簧[16]、[17]是同轴布置。
8.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是增设耐高压位移传感器[28]后，即成为含“位移-电反馈”的压力流量复合控制阀。
9.根据权利要求8所述的电液比例压力流量复合控制阀，其特征是所述的位移传感器[28]与主阀芯[18]通轴布置，并用螺纹[19]将检测杆[21]固定在主阀芯[18]上。
10.根据权利要求1所述的电液比例压力流量复合控制阀，可制成板式、管式和插件式。
全文摘要
本发明是一种只需一个单向电流控制器、一个单向耐高压比例电磁铁就可控制的带负载压力补偿的电液比例压力流量复合控制阀。本发明提出只用一个普通的先导型节流阀配上压力传感器实现一阀多功能。同现有只能控制单一参量的阀相比，能使系统更简单、更可靠、更便宜。另使用本阀系统压力始终与负载所需压力匹配，节能效果显著。本阀在对压力控制时避开了系统容腔的影响从而更稳定，动态响应也更快。
文档编号F15B13/02GK1039288SQ8910478
公开日1990年1月31日 申请日期1989年7月24日 优先权日1989年7月24日
发明者权龙 , 权宇 申请人:权宇