專利名稱：電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，特別是一種采用電液比例方法，對封閉容腔內(nèi)的壓力進行連續(xù)無級調(diào)整的三通比例減壓閥。
背景技術(shù)：
液壓系統(tǒng)中常常采用三通型的比例減壓閥對封閉的容腔，或多執(zhí)行器系統(tǒng)中某一支路的壓力進行連續(xù)無級控制，對于小流量的場合，可采用比例電磁鐵直接驅(qū)動的方式，這樣的閥也常用作比例先導閥，如德國力士樂公司的FTDRE 4 K型三通比例減壓閥，流量范圍只有5 L/min左右，用兩個這樣的直動式三通比例減壓閥控制比例多路閥的 換向，許多公司采用類似的方案。當需要閥的輸出流量較大時，如10 L/min以上，往往需要采用先導型的結(jié)構(gòu)，如德國力士樂公司的DRE 6-1X/100K4型號的閥，但閥的結(jié)構(gòu)較直動方式復(fù)雜許多，制造難度和成本也增加，另外采用純機械式的控制方式，需要采用一些直徑非常小的阻尼孔，來提高閥工作的穩(wěn)定性，降低了閥的抗油液污染能力和工作可靠性，在一些對閥工作可靠性和控制精度要求非常高的應(yīng)用場合，如礦井提升機的制動器壓力控制系統(tǒng)，風力發(fā)電機的制動器等，需要實時判斷閥芯是否可靠工作，現(xiàn)有的這兩類閥都不具有這樣的功能，只采用機械反饋控制精度也較低。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有三通比例減壓閥，采用小直徑阻尼孔提高穩(wěn)定性，影響閥的抗油液污染能力，只采用機械反饋，控制精度低；無論是直動式結(jié)構(gòu)還是先導控制方式結(jié)構(gòu)，均未設(shè)置有閥芯位置運行狀態(tài)監(jiān)測裝置，無法判斷其閥的工作狀態(tài)，本發(fā)明提供一種能夠增加閥的工作穩(wěn)定性和實時監(jiān)測閥芯運行狀態(tài)的電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥。為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，其特征是
進一步增設(shè)有位移傳感器、壓力傳感器、比較器、閉環(huán)控制器和顯示器；
所述三通比例減壓閥是機械反饋控制的三通比例減壓閥，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ；
所述位移傳感器是與控制閥芯和比例電磁鐵同軸設(shè)置，用于檢測控制閥芯的位移Z和速度A，并將速度信號輸入到比較器；
所述壓力傳感器是安設(shè)在與工作油口 A連通的管路上，用于檢測被控制的壓力/7A，并將被控制壓力信號/7A輸入到比較器；
所述比較器是接收壓力設(shè)定信號Gp與壓力傳感器的被控制壓力信號A，并進行比較，其差值輸入到閉環(huán)控制器運算后，再輸入到比例放大器及其輸出信號輸入到比例電磁鐵，控制閥的輸出壓力；
所述顯示器是設(shè)置于比例放大器中，或是設(shè)置在上層計算機中。為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，包含有機械反饋控制的三通比例減壓閥、閥體、控制閥芯、比例電磁鐵、復(fù)位彈簧和后端蓋；其特征是
所述機械反饋控制的三通比例減壓閥是比例電磁鐵直接驅(qū)動的直動式閥，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ；
所述控制閥芯是其中間開有通油孔L，通油孔L的兩端分別與第一端面C和第二端面D聯(lián)通，通油孔L同時和工作油口 A連通，控制閥芯與比例電磁鐵和復(fù)位彈簧同軸 設(shè)置；
所述比例電磁鐵是其一端集成有位移傳感器，用于檢測比例電磁鐵銜鐵的位置和速度；另一端直接作用在控制閥芯的第一端面C上；
所述復(fù)位彈簧是其一端作用在控制閥芯的第二端面D上，另一端作用在后端蓋上。上述技術(shù)方案進一步的附加技術(shù)特征在于
所述控制閥芯的第一端面C的直徑小于第二端面D的直徑，其差值由比例電磁鐵最大的輸出力而定。所述位移傳感器是集成在比例電磁鐵上，通過檢測比例電磁鐵銜鐵來檢測閥芯位置z和速度々，或是安設(shè)在控制閥芯上，直接檢測閥芯的位置z和速度為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所采用的還有一種技術(shù)方案是電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，包含有機械反饋控制的三通比例減壓閥、比例電磁鐵、復(fù)位彈簧、后端蓋、先導流量控制器、先導閥、主閥體、主閥芯、阻尼孔、彈簧腔和主閥控制腔；其特征是
所述機械反饋控制的三通比例減壓閥是先導控制型的閥，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ；
所述主閥芯是與位移傳感器與復(fù)位彈簧，同軸設(shè)置，用于檢測主閥芯的位置z和速度Xv ;主閥芯的工作油口 A的壓力油經(jīng)過阻尼孔引入到彈簧腔，油口 P的壓力油經(jīng)過先導流量控制器進入到主閥控制腔。實現(xiàn)本發(fā)明所描述的一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的突出特點與積極效果在于較只采用機械反饋式結(jié)構(gòu)，加入壓力傳感器構(gòu)成電閉環(huán)控制，極大地提高了閥控制壓力的精度；加入位移傳感器檢測閥芯的位置和速度，一方面能夠?qū)崟r指示閥芯的工作狀態(tài)，用于判斷閥工作是否正常；另一方面，在壓力閉環(huán)控制中引入閥芯速度的負反饋，極大地提高了閥的工作動態(tài)穩(wěn)定性，從而可增大阻尼孔的直徑，甚至去掉阻尼孔，有效地提高了閥的抗污染能力。


圖I是本發(fā)明實施例1，直動式的閥芯狀態(tài)可測的高穩(wěn)定性三通比例減壓閥的原理示意圖。圖2是本發(fā)明實施例I中，直動式的閥芯狀態(tài)可測的高穩(wěn)定性三通比例減壓閥控制閥芯示意圖。圖3是本發(fā)明實施例2，先導型閥的芯狀態(tài)可測的高穩(wěn)定性三通比例減壓閥的原理示意圖。圖4是本發(fā)明實施例3的示意圖。圖中1 :機械反饋的三通比例減壓閥，2 :位移傳感器，3 :壓力傳感器，4 :閥體，5 ;控制閥芯，6 :比例電磁鐵，7 :復(fù)位彈簧，8 :后端蓋，9 :先導流量控制器，10 :先導閥，11 :主閥體，12 :主閥芯，13 :阻尼孔，14 :彈簧腔，15 :主閥控制腔，16 :比較器，17 :閉環(huán)控制器，18 比例放大器，19 :顯不器。A :工作油口，T :油箱口，P :壓力油口，C:第一端面，D:第二端面，L :通油孔，Vsp :壓力設(shè)定信號，:速度信號，^ :位移，Pa :被控制壓力。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
做出說明。實施本發(fā)明所提供的一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，其結(jié)構(gòu)改進是在現(xiàn)有三通比例減壓閥的基礎(chǔ)上，增設(shè)有位移傳感器2和壓力傳感器3，位移傳感器2檢測閥芯的位置和速度信息，用于判斷閥芯的工作狀態(tài)，速度信息用來構(gòu)成閥芯速度的負反饋，提高閥工作的穩(wěn)定性，增大閥內(nèi)阻尼孔的直徑，以便提高閥的抗污染能力；壓力傳感器3用來構(gòu)成閥輸出壓力的閉環(huán)控制，進一步提高壓力控制精度，具體結(jié)構(gòu)包括機械反饋控制的三通比例·減壓閥I，其構(gòu)成是進一步增設(shè)有位移傳感器2，壓力傳感器3，機械反饋的三通比例減壓閥I具有工作油口 A，壓力油口 P和油箱口 T三個油口 ；壓力傳感器3安裝在與工作油口 A連通的管路上，用于檢測被控制的壓力& ;位移傳感器2與控制閥芯5同軸安裝，用于檢測控制閥芯5的位移和速度。當機械反饋控制的三通比例減壓閥I是比例電磁鐵直接驅(qū)動的直動式閥，其組成包括有閥體4，控制閥芯5，比例電磁鐵6，復(fù)位彈簧7，后端蓋8 ;位移傳感器2集成在比例電磁鐵6上，用于檢測比例電磁鐵銜鐵的位置和速度，位移傳感器2、比例電磁鐵6、控制閥芯5和復(fù)位彈簧7同軸布置，比例電磁鐵6的銜鐵直接作用在控制閥芯5的第一端面C上，復(fù)位彈簧7 —端作用在控制閥芯5的第二端面D上，復(fù)位彈簧7的另一端作用在后端蓋8上；控制閥芯5的第一端面C的直徑較第二端面D的直徑要小，其差值視比例電磁鐵6最大的輸出力而定；控制閥芯5的中間開有通油孔L，通油孔L的兩端分別和第一端面C和第二端面D聯(lián)通，這一通油孔L同時和工作油口 A連通。當機械反饋控制的三通比例減壓閥I是先導控制型的閥，其組成包括有比例電磁鐵6，復(fù)位彈簧7，后端蓋8，先導流量控制器9，先導閥10，主閥體11，主閥芯12，阻尼孔13，彈簧腔14，主閥控制腔15，位移傳感器2與復(fù)位彈簧7，主閥芯12同軸布置，用于檢測主閥芯的位置和速度，工作油口 A的壓力油經(jīng)過阻尼孔引入到彈簧腔14，油口 P的壓力油經(jīng)過先導流量控制器9進入到主閥控制腔15。實際應(yīng)用時，位移傳感器2可以和比例電磁鐵6集成在一起，通過檢測比例電磁鐵動鐵心來檢測閥芯位置和速度，也可以安裝在控制閥芯5上，直接檢測閥芯的位置和速度。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做出進一步的詳細說明。實施例I
如圖I和圖2，對本發(fā)明的第I實施例進行說明。實施本發(fā)明所述的一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，采用比例電磁鐵6直接驅(qū)動的三通比例減壓閥作為實施對象，其組成包括有閥體4，控制閥芯5，比例電磁鐵6，復(fù)位彈簧7，后端蓋8 ;在此基礎(chǔ)上進一步增加了位移傳感器2，壓力傳感器3，閥體4上設(shè)置有工作油口 A，壓力油口 P和油箱口 T三個油口，壓力傳感器3安裝在與工作油口 A連通的管路上，用于檢測被控制的壓力/7A，位移傳感器2集成在比例電磁鐵6上，用于檢測比例電磁鐵6銜鐵的位置和速度，位移傳感器2、比例電磁鐵6、控制閥芯5和復(fù)位彈簧7同軸布置，比例電磁鐵6的銜鐵直接作用在控制閥芯5的第一端面C上，復(fù)位彈簧7 —端作用在控制閥芯5的第二端面D上，復(fù)位彈簧7的另一端作用在后端蓋8上；控制閥芯5的第一端面C直徑較第二端面D的直徑要小O. 4 _，控制閥芯5的中間開有直徑I. 5mm的通油孔L，通油孔L兩端分別和第一端面C和第二端面D聯(lián)通，這一通油孔L同時和工作油口 A連通。如附圖1，系統(tǒng)的工作過程是，壓力設(shè)定信號Vsp直接輸入到比例放大器18，給定比例電磁鐵6 —個設(shè)定電流值，比例電磁6輸出一個對應(yīng)的電磁力，電磁力通過銜鐵作用到控制閥芯5的第一端面C上，推動控制閥芯5克服彈簧力向左運動，壓力油口 P與工作油口 A連通，被控制的壓力A升高，該壓力油經(jīng)過控制閥芯中的通油孔L引入到控制閥芯的第一端面C和第二端面D上，由于面積差的存在，就會產(chǎn)生一個使控制閥芯5向左運動的力，這個力與比例電磁鐵6的驅(qū)動力平衡，使控制閥芯5穩(wěn)定在一個確定的位置，與此同時，壓力傳感器3將檢測到的被控壓力/7A的實際值輸入到比較器16與設(shè)定信號U貨比較，其差值輸入到控制器17，在控制器17中經(jīng)過PID調(diào)節(jié)運算后，與壓力設(shè)定值Vsp相加后輸入到比例放大器18，構(gòu)成被控壓力的閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)控制壓力的控制精度。位移傳感器2實時監(jiān)測 控制閥芯5的運行狀態(tài)，將檢測到的信號輸入到上層計算機供故障診斷應(yīng)用，位移傳感器2同時檢測控制閥芯5的運動速度，控制閥芯的速度信號^rv作為負反饋與經(jīng)過PID運算后的控制信號相減后輸入到比例放大器18，其作用是提高閥工作的穩(wěn)定性。實施例2
根據(jù)圖3，對本發(fā)明的第2個實施例進行說明。實施本發(fā)明所述的一種閥芯狀態(tài)可測的高穩(wěn)定性三通比例減壓，采用先導控制型的閥作為實施對象，其組成包括有比例電磁鐵6，復(fù)位彈簧7，后端蓋8，先導流量控制器9，先導閥10，主閥體11，主閥芯12，阻尼孔13，彈簧腔14，主閥控制腔15，具有工作油口 A，壓力油口 P和油箱口 T三個油口，特征是進一步增設(shè)了位移傳感器2，壓力傳感器3，壓力傳感器3安裝在與工作油口 A連通的管路上，用于檢測被控制的壓力，位移傳感器2與復(fù)位彈簧7，主閥芯12同軸布置，用于檢測主閥芯12的位置和速度，工作油口 A的壓力油經(jīng)過阻尼孔13引入到彈簧腔14，油口 P的壓力油經(jīng)過先導流量控制器9進入到主閥控制腔15。如附圖3，系統(tǒng)的工作過程是，首先通過比例放大器6給定比例電磁鐵6 —個設(shè)定值i/SP，比例電磁鐵輸出一個對應(yīng)的電磁力，電磁力通過銜鐵作用到先導閥10，使主閥控制腔15中的壓力升高，這一力作用到主閥芯12的左端面，推動主閥芯12克服彈簧力向右運動，壓力油口 P與工作油口 A連通，壓力油進入與工作有口連通的管路，使被控制壓力/7A升高，該壓力油經(jīng)過阻尼孔13引入到彈簧腔14，作用在主閥芯的右端面上，產(chǎn)生一個使主閥芯12向左運動的力，這個力與主閥控制腔15中的液壓力平衡，使主閥芯12穩(wěn)定在一個確定的位置，與此同時，壓力傳感器3將檢測到被控壓力/7A的實際值輸入到比較器16與設(shè)定信號U貨比較，其差值輸入到控制器17，在控制器17中經(jīng)過PID調(diào)節(jié)運算后，與壓力設(shè)定值Usf相加后輸入到比例放大器18，構(gòu)成被控壓力的閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)控制壓力的控制精度。位移傳感器2實時監(jiān)測主閥芯12的運行狀態(tài)，將檢測到的閥芯位移信號z輸入到上層計算機供故障診斷應(yīng)用，位移傳感器2同時檢測主閥芯12的運動速度，主閥芯12的速度信號A作為負反饋與經(jīng)過PID運算后的控制信號相減后輸入到比例放大器18，其作用是提高閥工作的穩(wěn)定性。
實施例3
實施例3在閥的組成和控制原理上與實施例I類似，采用比例電磁鐵直接驅(qū)動的三通 比例減壓閥作為實施對象，區(qū)別在于檢測控制閥芯5的位移傳感器2不是和比例電磁鐵6集成為一體，而是單獨設(shè)置，安裝在控制閥芯5的另一端，檢測控制閥芯5的位置和速度變化情況。
權(quán)利要求
1.一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，其特征是 進一步增設(shè)有位移傳感器[2]、壓力傳感器[3]、比較器[16]、閉環(huán)控制器[17]和顯示器[19]； 所述三通比例減壓閥是機械反饋控制的三通比例減壓閥[I]，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ； 所述位移傳感器[2]是與控制閥芯[5]和比例電磁鐵[6]同軸設(shè)置，用于檢測控制閥芯[5]的位移z和速度A，并將速度信號A輸入到比較器[16]； 所述壓力傳感器[3]是安設(shè)在與工作油口 A連通的管路上，用于檢測被控制的壓力/7A，并將被控制壓力信號A輸入到比較器[16]； 所述比較器[16]是接收壓力設(shè)定信號Vsp與壓力傳感器[3]的被控制壓力信號/7A，并 進行比較，其差值輸入到閉環(huán)控制器[17]運算后，再輸入到比例放大器[18]及其輸出信號輸入到比例電磁鐵[6]，控制閥的輸出壓力； 所述顯示器[19]是設(shè)置于比例放大器[18]中，或是設(shè)置在上層計算機中。
2.一種如權(quán)利要求I所述的電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，包含有機械反饋控制的三通比例減壓閥[I]、閥體[4]、控制閥芯[5]、比例電磁鐵[6]、復(fù)位彈簧[7]和后端蓋[8]；其特征是 所述機械反饋控制的三通比例減壓閥[I]是比例電磁鐵直接驅(qū)動的直動式閥，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ； 所述控制閥芯[5]是其中間開有通油孔L，通油孔L的兩端分別與第一端面C和第二端面D聯(lián)通，通油孔L同時和工作油口 A連通，控制閥芯[5]與比例電磁鐵[6]和復(fù)位彈簧[7]同軸設(shè)置； 所述比例電磁鐵[6]是其一端集成有位移傳感器[2]，用于檢測比例電磁鐵[6]銜鐵的位置和速度；另一端直接作用在控制閥芯[5]的第一端面C上； 所述復(fù)位彈簧[7]是其一端作用在控制閥芯[5]的第二端面D上，另一端作用在后端蓋[8]上。
3.如權(quán)利要求2所述的電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，其特征是控制閥芯[5]的第一端面C的直徑小于第二端面D的直徑,其差值由比例電磁鐵最大的輸出力而定。
4.如權(quán)利要求2所述的電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，其特征是位移傳感器[2]是集成在比例電磁鐵[6]上，通過檢測比例電磁鐵銜鐵[6]來檢測閥芯位置z和速度或是安設(shè)在控制閥芯[5]上，直接檢測閥芯的位置z和速度
5.一種如權(quán)利要求I所述的電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥，包含有機械反饋控制的三通比例減壓閥[I]、比例電磁鐵[6]、復(fù)位彈簧[7]、后端蓋[8]、先導流量控制器[9]、先導閥[10]、主閥體[11]、主閥芯[12]、阻尼孔[13]、彈簧腔[14]和主閥控制腔[15];其特征是 所述機械反饋控制的三通比例減壓閥[I]是先導控制型的閥，具有工作油口 A、壓力油口 P和油箱油口 T ； 所述主閥芯[12]是與位移傳感器[2]與復(fù)位彈簧[7]，同軸設(shè)置，用于檢測主閥芯[12]的位置z和速度a ;主閥芯[12]的工作油口 A的壓力油經(jīng)過阻尼孔[13]引入到彈簧腔[14]，油口 P的壓力油經(jīng)過先導流量控制器[9]進入到主閥控制腔[15]。
全文摘要
一種電閉環(huán)控制的三通比例減壓閥是在機械反饋控制的三通比例減壓閥的工作油口管路上設(shè)置有壓力傳感器，用于檢測被控制的壓力pA；設(shè)置有位移傳感器與控制閥芯同軸安設(shè)，用于檢測控制閥芯的位移x和速度xV。本發(fā)明通過增設(shè)位移傳感器和壓力傳感器，提高了壓力控制精度，在壓力閉環(huán)控制中引入閥芯速度負反饋，提高了閥芯的動態(tài)穩(wěn)定性，從而增大了阻尼孔的直徑甚至去掉阻尼孔，有效提高了閥的抗污染能力，通過實時檢測和監(jiān)測閥芯位移，可判斷閥的工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的安全性。
文檔編號F15B13/02GK102954057SQ20121047576
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者權(quán)龍 , 黃家海, 李斌, 權(quán)仲翊 申請人:太原理工大學