一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀及控制方法，其中主阀采用对称缸式结构，具有上下两个控制腔，先导阀为两个两位三通常闭式球阀结构，每个球阀均以常开式高速开关阀作为驱动，利用PWM占空比信号来控制先导阀的位移，进而控制主阀两个控制腔的压差推动主阀芯运动，利用位移传感器精确控制主阀输出流量；本发明专利技术采用的主阀为锥阀、先导阀及先导阀驱动为球阀，能够在纯水和高水基的工况下保持密封良好；先导阀采用一对两位三通球阀使得主阀芯响应速度快，可以快速调节系统所需流量；主阀、先导阀及先导阀驱动均采用插装式结构，结构紧凑、容易安装；利用高速开关阀作驱动，输出力大无需引入杠杆或者滚珠丝杠等机械结构。械结构。械结构。

【技术实现步骤摘要】
一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀及控制方法，属于液压元件领域。

技术介绍

[0002]由于插装阀具有结构简单、泄漏少、通流能力大以及通用性好的特点，被广泛使用在铸锻冶金和矿山等高压大流量的领域。二通型插装比例阀相比于比例/伺服阀，可以实现回路的大流量比例控制，但该阀以高响应伺服滑阀作为先导，成本高、抗污染性能差以及维护保养要求高，而且在纯水或高水基工况下泄漏严重。因此，当前迫切需要一种大流量、响应速度快、成本低的水压先导阀来驱动二通型插装阀，实现大流量的水压系统执行机构的速度控制，此种情况下，数字阀被作为重点研究对象。
[0003]数字阀相比于比例阀具有节能、制造工艺简单、工作稳定可靠和抗干扰性强的特点的。数字阀分为增量式数字阀和高速开关阀，其中，增量式数字阀存在惯性大相位滞后严重、非线性因素多和由摩擦磨损带来的死区和零点漂移等问题；而高速开关阀具有成本低、功耗小、结构简单、工作可靠的特点，但是由于阀芯质量、液动力和频响之间的相互制约关系，高速开关阀都面临着压力低、流量小的限制，因此常作为大流量阀的先导阀。
[0004]针对当前高压大流量高水基流量阀存在的问题，亟需提出一种高压大流量高水基数字节流阀，能够克服上述难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀及控制方法，密封性能佳，安装简单，同时具有响应速度快、泄漏小以及抗污染能力强的特点。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，包括主阀和先导阀，主阀的主阀体包括主阀芯以及主阀座，主阀芯同轴设置在主阀座内部，主阀芯的入口为锥阀结构，在主阀芯靠近出口的圆周壁向外凸出形成凸台，凸台将主阀座内的腔室分成主阀控制上腔和主阀控制下腔，且在主阀中轴线上由主阀芯入口至出口方向，主阀控制上腔位于主阀控制下腔的顶部；在主阀芯的轴向位置开设流道c，流道c靠近主阀芯入口处安装主阀芯阻尼孔，高水基液顺次经过主阀芯阻尼孔、流道c流入至靠近主阀座顶部的主阀上腔内，在主阀座内形成压力平衡；所述先导阀包括两个结构相同的两位三通球阀，分别为先导阀I以及先导阀II，所述先导阀I以及先导阀II通过螺纹插装在先导阀体内，其中，先导阀I与主阀控制下腔连通，先导阀II与主阀控制上腔连通，通过控制主阀控制上腔、主阀控制下腔的压力，进而控制主阀芯在主阀座内轴向方向的移动，实现流量的调节；作为本专利技术的进一步优选，所述主阀还包括传感器推杆、主阀芯位移传感器以及
主阀弹簧，传感器推杆的一端嵌入主阀芯的顶端，且传感器推杆的一端与主阀芯螺纹连接；在传感器推杆的另一端罩设主阀弹簧调节螺母，即在主阀弹簧调节螺母朝向传感器推杆的部分内开设凹槽，传感器推杆的另一端嵌入凹槽内；传感器推杆的另一端与主阀弹簧调节螺母封闭端之间设置主阀芯位移传感器，在传感器推杆与主阀芯位移传感器形成的结构外部套设主阀弹簧；作为本专利技术的进一步优选，所述先导阀I或者先导阀II包括顺次同轴安装在先导插装阀体内的上先导阀芯、密封压块、中先导阀芯、球阀座、球阀芯、球阀复位座以及先导阀螺堵，在球阀复位座顶部开设梯形凹槽，球阀芯嵌入梯形凹槽内，球阀复位座底部设置复位座凸台，在先导阀螺堵的顶部设置螺堵凸台，球阀复位弹簧的一端插入复位座凸台，球阀复位弹簧的另一端插入螺堵凸台；所述球阀座、球阀芯、球阀复位座以及先导阀螺堵之间的空间形成先导进油腔；先导阀II的先导进油腔通过流道h和先导进油口相连，先导阀I的先导进油腔通过流道i和先导阀II的先导进油腔相连；作为本专利技术的进一步优选，在中先导阀芯外部套设中先导阀套，中先导阀芯靠近底部的部分位于球阀座内，且所述中先导阀芯位于中先导阀套部分的直径大于中先导阀芯位于球阀座部分的直径；在中先导阀芯中间部分的外壁向外凸出形成环形凸台，环形凸台的直径大于中先导阀套中心孔的直径；作为本专利技术的进一步优选，中先导阀套、中先导阀芯以及球阀座之间的空间形成主阀控制腔，上先导阀芯、密封压块以及中先导阀套之间的空间形成先导回油腔，中先导阀芯为锥形结构，其内部自设孔，孔连接主阀控制腔以及先导回油腔；上先导阀芯的顶部与先导插装阀体之间的空间形成先导控制腔；主阀控制上腔通过流道b与先导阀II的主阀控制腔连通；主阀控制下腔通过流道a与先导阀I的主阀控制腔连通；作为本专利技术的进一步优选，中先导阀套的外部与先导插装阀体螺纹连接；在上先导阀芯、密封压块以及位于中先导阀套顶部的中先导阀芯形成的结构外部套设上先导阀弹簧；上先导阀弹簧的一端与上先导阀芯贴合，上先导阀弹簧的另一端与中先导阀套贴合；密封压块的顶端贴合上先导阀芯，密封压块的底端贴合中先导阀芯；作为本专利技术的进一步优选，在先导插装阀体的顶部同轴插设高速开关阀，且高速开关阀通过螺纹连接在先导插装阀体内；作为本专利技术的进一步优选，所述高速开关阀的进油口通过流道k和先导控制腔相连；所述高速开关阀出油口通过顺次连通的流道d、流道e、流道g、先导回油腔、流道f与先导回油口连通；所述先导进油腔通过顺次连通的先导阻尼孔、流道g、流道m和先导控制腔连通；一种基于所述双主动控制高压大流量高水基数字节流阀的控制方法，当数字节流
阀不需要输出流量时，高速开关阀为常开式阀，先导阀I以及先导阀II的先导控制腔内高水基液体经流道k与高速开关阀的进油口连通，接着高水基液体通过高速开关阀的回油口顺次经流道d、流道e、流道j、先导回油腔和流道f与先导回油口连通，先导阀I以及先导阀II内先导控制腔压力趋于为零；在上先导阀弹簧的作用下位于上先导阀芯底部的密封压块和中先导阀芯分开，先导阀I以及先导阀II的球阀芯均处于关闭状态，主阀控制上腔和主阀控制下腔内压力均为零，主阀入口处的压力和主阀上腔内压力相等，主阀芯在主阀弹簧的作用下与主阀座贴合，主阀芯位移为零，没有流量流过；当流量阀的输出流量变化时，根据主阀入口处口流量和位移的关系，计算得到主阀芯的位移，并将计算获得的位移信号转换成高速开关阀的PWM占空比信号，通过控制高速开关阀单个周期内开关时间所占的比例进而控制匹配先导阀I以及先导阀II的先导控制腔的压力，控制先导阀I和先导阀II流入匹配主阀控制腔或者从匹配主阀控制腔流出的流量；作为本专利技术的进一步优选，控制先导阀I和先导阀II流入匹配主阀控制腔或者从匹配主阀控制腔流出的流量的具体过程如下：当流量阀所需的流量增加即主阀芯开度变大时，通过改变先导阀II的高速开关阀的占空比，使得先导阀II内先导控制腔压力逐渐减小，在上先导阀弹簧的作用下位于上先导阀芯底部的密封压块和中先导阀芯分开，先导阀II的球阀芯处于关闭状态，主阀控制上腔的乳化液从先导阀II的主阀控制腔、中先导阀芯的内孔和先导回油腔回到先导回油口，主阀控制上腔压力减小；与此同时，通过改变先导阀I的高速开关阀的占空比，使得先导阀I内先导控制腔压力逐渐增大，上先导阀芯在先导控制腔压力的作用下沿着轴向方向向先导阀螺堵方向移动，安装在上先导阀芯的密封压块将中先导阀芯的流道堵住，将主阀控制腔和先导回油腔阻隔；中先导阀芯在上先导阀芯的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：包括主阀和先导阀（12），主阀的主阀体（3）包括主阀芯（1）以及主阀座（2），主阀芯（1）同轴设置在主阀座（2）内部，主阀芯（1）的入口为锥阀结构，在主阀芯（1）靠近出口的圆周壁向外凸出形成凸台，凸台将主阀座（2）内的腔室分成主阀控制上腔（5）和主阀控制下腔（4），且在主阀中轴线上由主阀芯入口至出口方向，主阀控制上腔（5）位于主阀控制下腔（4）的顶部；在主阀芯的轴向位置开设流道c（13），流道c（13）靠近主阀芯（1）入口处安装主阀芯阻尼孔（14），高水基液顺次经过主阀芯阻尼孔（14）、流道c（13）流入至靠近主阀座（2）顶部的主阀上腔内，在主阀座（2）内形成压力平衡；所述先导阀（12）包括两个结构相同的两位三通球阀，分别为先导阀I（21）以及先导阀II（22），所述先导阀I（21）以及先导阀II（22）通过螺纹插装在先导阀体内，其中，先导阀I（21）与主阀控制下腔（4）连通，先导阀II（22）与主阀控制上腔（5）连通，通过控制主阀控制上腔（5）、主阀控制下腔（4）的压力，进而控制主阀芯（1）在主阀座（2）内轴向方向的移动，实现流量的调节。2.根据权利要求1所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：所述主阀还包括传感器推杆（9）、主阀芯位移传感器（10）以及主阀弹簧（8），传感器推杆（9）的一端嵌入主阀芯（1）的顶端，且传感器推杆（9）的一端与主阀芯（1）螺纹连接；在传感器推杆（9）的另一端罩设主阀弹簧调节螺母（11），即在主阀弹簧调节螺母（11）朝向传感器推杆的部分内开设凹槽，传感器推杆（9）的另一端嵌入凹槽内；传感器推杆（9）的另一端与主阀弹簧调节螺母（11）封闭端之间设置主阀芯位移传感器（10），在传感器推杆（9）与主阀芯位移传感器（10）形成的结构外部套设主阀弹簧（8）。3.根据权利要求2所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：所述先导阀I（21）或者先导阀II（22）包括顺次同轴安装在先导插装阀体（24）内的上先导阀芯（25）、密封压块（28）、中先导阀芯（30）、球阀座（31）、球阀芯（32）、球阀复位座（34）以及先导阀螺堵（36），在球阀复位座（30）顶部开设梯形凹槽，球阀芯（28）嵌入梯形凹槽内，球阀复位座（30）底部设置复位座凸台，在先导阀螺堵（33）的顶部设置螺堵凸台，球阀复位弹簧（35）的一端插入复位座凸台，球阀复位弹簧（35）的另一端插入螺堵凸台；所述球阀座（31）、球阀芯（32）、球阀复位座（34）以及先导阀螺堵（36）之间的空间形成先导进油腔（42）；先导阀II（22）的先导进油腔（42）通过流道h（19）和先导进油口相连，先导阀I（21）的先导进油腔（42）通过流道i（20）和先导阀II（22）的先导进油腔（42）相连。4.根据权利要求3所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：在中先导阀芯（30）外部套设中先导阀套（29），中先导阀芯（30）靠近底部的部分位于球阀座（31）内，且所述中先导阀芯（30）位于中先导阀套（29）部分的直径大于中先导阀芯（30）位于球阀座（31）部分的直径；在中先导阀芯（30）中间部分的外壁向外凸出形成环形凸台，环形凸台的直径大于中先导阀套（29）中心孔的直径。5.根据权利要求4所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：中先
导阀套（29）、中先导阀芯（30）以及球阀座（31）之间的空间形成主阀控制腔（41），上先导阀芯（25）、密封压块（28）以及中先导阀套（29）之间的空间形成先导回油腔（40），中先导阀芯（30）为锥形结构，其内部自设孔，孔连接主阀控制腔（41）以及先导回油腔（40）；上先导阀芯（25）的顶部与先导插装阀体（24）之间的空间形成先导控制腔（38）；主阀控制上腔（5）通过流道b（7）与先导阀II（22）的主阀控制腔（41）连通；主阀控制下腔（4）通过流道a（6）与先导阀I（21）的主阀控制腔（41）连通。6.根据权利要求5所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：中先导阀套（29）的外部与先导插装阀体（24）螺纹连接；在上先导阀芯（25）、密封压块（28）以及位于中先导阀套（29）顶部的中先导阀芯（30）形成的结构外部套设上先导阀弹簧（27）；上先导阀弹簧（27）的一端与上先导阀芯（25）贴合，上先导阀弹簧（27）的另一端与中先导阀套（29）贴合；密封压块（28）的顶端贴合上先导阀芯（25），密封压块（28）的底端贴合中先导阀芯（30）。7.根据权利要求6所述的双主动控制高压大流量高水基数字节流阀，其特征在于：在先导插装阀体（24）的顶部同轴插设高速开关阀（23），且高...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵继云，王浩，王云飞，曹超，黄笛，韩静，张鹤，刁齐圣，俞目然，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：