先导比例方向节流阀

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。

权利要求

1.先导比例方向节流阀，其含有电磁比例先导阀(1)、比例放大器(2)、开环控制器(11)、主阀芯(6)、主阀体(7)以及主阀芯定位弹簧(8)，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I(e)经第一流道(L1)与二位三通电磁换向阀(12)的进油口I(n)连通，主阀体(7)中的容腔II(f)经第二流道(L2)与二位三通电磁换向阀(12)的进油口II(m)连通；二位三通电磁换向阀(12)的出油口(q)与电磁比例先导阀(1)中的控制油口I(c)连通，电磁比例先导阀(1)中的泄油口(t)经第三流道(L3)与主阀体(7)上的主回油口(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（3)、加法器I(13)、加法器I1(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n(i5)和开环控制器ai)的输入端，加法器n(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（IO)、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或2所述的先导比例方向节流阀，其特征是去掉二位三通 电磁换向阀（12)，主阀体（7)中的容腔I (e)经第--流道（L1)与电磁比例先导阀 (l)的控制油口I (c)连通，主阀体（7)中的容腔II(f)经第二流道（L2)与电磁比例先导阀（1)中的控制油口 II (d)连通，电磁比例先导阀（1)的泄油口 （t)经第三流道(L3)与主阀体（7)上的主回油口 （T)连通。

4. 如权利要求1〜3中任一项所述的先导比例方向节流阀，其特征是主阀芯 (6)上设有油道I (p,)、油道n(P2)和油道m(p:》，并相互连通，油道I(p【)与油道n(p》、阀的主进油口 p连通，油道n(P2)沿阀芯轴向布置并与容腔i (e)、 容腔n(f)连通，油道m(p》对称设置在主阀芯(6)的两端，并与主阀芯(6)内的 油道n (p,)相连通；

5. 如权利要求1〜3中任 -项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)上设有通油孔I OO和通油孔II (K2)，通油孔I (!0与主阀芯(6)同轴安装，通油孔nog将主阀芯(6)内油道n(p》内的油引入到容腔i (e)和容 腔n (f);主阀芯面积调节环（io)上设有油道iv(pj和油道v(P5)，油道建)和 油道in(p:,)连通，将压力油引入到油道v(P5)，油道v(P5)与主阀体(7)的端面h 形成节流边。

6. 如权利要求i所述的先导比例方向节流阀，其特征是电磁比例先导阀a) 是连续控制的比例阀或是高速开关阀。

说明书

先导比例方向节流阀

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 主要有位移一力反馈、位移一压差平衡、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I经
第一流道与二位三通电磁换向阀的进油口i连通，主阔体中的容腔n经第二流
道与二位三通电磁换向阀的进油口 II连通；二位三通电磁换向阀的出油口与电 磁比例先导阀中的控制油口I连通，电磁比例先导阀中的泄油口经第三流道与 主阀体上的主回油口连通；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n的输入端，设定信号uxs同时连接到加法器n和开环控制 器的输入端，加法器n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，将主阀体中的容腔I经第一流道与电磁比例先 导阀的控制油口i连通，主阀体中的容腔n经第二流道与电磁比例先导阀的控制油口 n连通，电磁比例先导阀的泄油口经第3流道与主阀体上的主回油口 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道I 、油道II和油道III， 并相互连通，油道I与油道II、阀的主进油口连通，油道II沿阀芯轴向布置并 与容腔i，容腔n连通，油道m对称设置在主阀芯两端，并与主阀芯内的油道 n相连通；所述的主阀芯面积调节环上设有通油孔i和通油孔n，通油孔i与 主阀芯同轴安装，通油孔n将主阀芯内油道n内的油引入到容腔i和容腔n; 主阀芯面积调节环上设有油道iv和油道v，油道iv和油道m连通，将压力油引 入到油道v，油道v与主阀体的端面h形成节流边；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阔，主要优点体现在一是结构简单、 成本低，易于推广应用。二是将内反馈阔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。 附图说明
图i是本发明实施方式i的结构原理示意图 •
图2是本发明实施方式2结构原理示意图 图3是本发明实施方式3结构原理示意图 图4是本发明实施方式4结构原理示意图图5是本发明的主阀芯结构示意-图
图6是本发明的主阀芯面积调节环结构示意图
图中：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。
图中：P1:油道I， Pw油道II， 油道III，
油道I P,和油道IIIP.,与主阀芯的轴线垂直，油道IIP2通过主阀芯的轴线且贯 通阀芯二边端面，
P"油道IV， 油道V， Kl:通油孔I， K2:通油孔II， e:容腔I， f:
容腔II， Ll:第一流道，L2:第二流道，L3:第三流道，P:主进油口， A:主出 油口 I ， B:主出油口 II， T:主回油口， q:出油口， t:泄油口， c:控制油口 I ， d:控制油口II， n:进油口I， m:进油口II。 具体实施方式
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阔，包括电磁比例先 导阀l、比例放大器2、开环控制器ll、主阀芯6、主阀体7以及主阀芯定位弹 簧8。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I e经第一流道Ll与二位三通 电磁换向阀12的进油口 In连通，主阀体7中的容腔IIf经第二流道L2与二位 三通电磁换向阀12的进油口IIm连通；二位三通电磁换向阀12的出油口. q与电磁比例先导阀1中的控制油口 I C连通，电磁比例先导阀1中的泄油口 t经第
三流道L3与主阀体7上的主回油口 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 口是主进油口，引入压力油，A， B为出油口i和n，与执行器的二腔 连通，T口是主回油口，与油箱连通，出油口IA，出油口IIB和主回油口T的 开启量大小与主阀芯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 上开有油道IP,，油道IIP2和油道niP.3在阀芯内连通，油道IP,与阀的主进油口 P连通，油道IlP2与容腔Ie，容腔IIf连通，油道IIIP:i对称布置在主阀芯6 二 端，在主阀芯6内部与油道IIh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，在其上加工有通 油孔I K,和通油孔IIK2，其中通油孔I K,与主阀芯6配合同轴安装，通油孔IIK2 将主阀芯6内油道IIP2内的油引入到容腔Ie，容腔IIf，其上还加工有油道IV
p.,和油道vps，油道ivp,i和油道vp.,对称布置，油道iv^和油道nm,连通，将压
力油引入到油道VPs，油道VP5与主阀体7的端面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3、加法器I13、加法器I115、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I115的输入端，设定信号Uxs 同时连接到加法器I115和开环控制器11的输入端，加法器I115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ll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11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I e和容腔IIf，容腔I e经第一流道Ll与电 磁比例先导阀1的控制油口 I c连通，容腔IIf经第二流道L2与电磁比例先导 阔1的控制油口 IId连通，电磁比例先导阀1是可左右移动的比例阀，其上有控 制油口Ic、控制油口IId和泄油口t，这3个油口开口量的大小与给定的信号 成比例，控制油口 I c和控制油口IId在无信号时处于关闭状态，当电磁比例先 导阀l的阀芯向左移动时，控制油口Ic开大，与容腔Ie及泄油口 t连通，当 电磁先导阀芯向右移动时，控制油口IId开大，与容腔IIf及泄油口 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，主阔芯6
上开有油道IP,，油道IIP2和油道IIIP:,在阀芯内连通，油道lPi与阀的主进油口
P连通，油道IIP2与容腔I e，容腔IIf连通，油道IIIh对称布置在主阀芯6二 端，在主阀芯6内部与油道IIP2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，在其上加工有通油孔IK,和通油孔IIK2，其中通油孔IK,与主阀芯—6配合同轴安装，通油孔IIK2 将主阀芯6内油道IIP2内的油引入到容腔Ie，容腔IIf，其上还加工有油道IV h和油道VP5，油道IVh和油道VP5对称布置，油道IVP4和油道inP3连通，将压 力油引入到油道VPs，油道VP5与主阀体7的端面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I e经第一流道Ll与电磁比例先导阀1的控制油口 I c连通，容腔IIf经第二流道L2与电磁比例先导阀1的控制油口 IId连通，电 磁比例先导阀1的泄油口 t经第三流道L3与主阀体7上的主回油口 T连通。该 结构特征构成第三种先导型比例方向节流阔。
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 方向节流阔的构成与工作原理，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ll，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。