低压损电液比例流量检测与控制集成单元制造技术

本发明专利技术涉及一种液压控制阀，具体为一种低压损电液比例流量检测与控制集成单元，包括：主阀、流量传感器、能量回收单元、多功能阀控制器、云端存储器、进口腔压力传感器、出口腔压力传感器、温度传感器；本发明专利技术在对先导流量闭环控制的基础上，结合主阀流量放大原理，不受负载变化影响连续控制主阀流量。在低压损、宽流量范围流量控制阀的基础上，检测压力、流量、功率和能量等实时信息，上述数据均可通过以太网接口上传至云端，实现大数据累积。故障预测模块可利用系统关键参数进行故障诊断及剩余寿命预测，并优化液压系统控制方法。本发明专利技术具有流量检测与控制一体化、阀口压力损失小、实时显示存储液压系统参数、故障诊断及剩余寿命预测等优点。测等优点。测等优点。

【技术实现步骤摘要】
低压损电液比例流量检测与控制集成单元


[0001]本专利技术涉及一种液压控制阀，具体涉及一种流量检测与控制一体化，并可以进行实时状态监测、故障诊断、剩余寿命预测的低压损电液比例流量检测与控制集成单元。

技术介绍

[0002]流量阀是作为液压传动的核心控制元件，广泛应用于各类重大装备，是实现各类重大装备自动化、智能化的关键，其核心功能是阀口流量高精度控制。现有流量阀控制流量的方式为：在比例节流阀的主流道设置压差补偿器，维持主阀进出油口两端压差基本恒定，油液要经过主阀和压差补偿器二次节流，增大了阀的节流损失并减小了阀的通流能力，并且补偿器补偿精度受稳态液动力影响，这种类型阀的压差损失大，动态流量超调大。
[0003]降低液压系统能耗和实现流量的闭环控制离不开流量的测量。理论上，若存在类似于压力传感器安装方便，能够高精度高动态检测流量的传感器，通过闭环控制流量即可高精度闭环控制流量，且不受负载压力变化，但现有流量传感器难以精确测量流量，且只能测得静态流量，不能实时感知流量；流量传感器使用时需要串联在管路中，损失大、成本高、操作难。在流量闭环控制时，一旦有传感器失效，整个系统将不能继续工作。
[0004]现有电液比例阀智能化程度低，不具备对负载、环境以及自身变化的自学习自适应能力，且不能对阀的健康状况进行预测和故障诊断，都是事故后维修，导致安全事故和经济损失。此外，未利用历史融合数据进行分析、计算、比较、决策，使得资源浪费，阀的控制精度低。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种低压损电液比例流量检测与控制集成单元，采用有源流量传感器与比例先导阀共同作为先导级，通过主阀流量放大的原理对先导流量放大，不需要在主阀上安装压差补偿器，可不受负载变化影响连续控制主阀流量；可对阀各部分压力、流量、功率、能量等数据进行实时监测，上述数据均可通过以太网接口上传至云端，实现大数据累积；可利用阀状态参数进行故障诊断及剩余寿命预测。
[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种低压损电液比例流量检测与控制集成单元，包括：主阀1，并增设流量传感器12、能量回收单元13、多功能阀控制器21、云端存储器30、进口腔压力传感器31、出口腔压力传感器32、温度传感器33；所述主阀1包括主阀套2、主阀芯3、主阀弹簧4、主阀进油口A、主阀出油口B、主阀控制腔X；进口腔压力传感器31与主阀进油口A连通，输出主阀进口腔压力信号p
A
，出口腔压力传感器32与主阀出油口B连通，输出主阀出口腔压力信号p
B
，温度传感器33与主阀出油口B连通，输出主阀出口腔温度信号T；所述流量传感器进油口C与主阀控制腔X连通，流量传感器出油口D与主阀出油口B连通；流量传感器12输出流量传感器信号q
b
连接到信号处理模块22输入端；所述能量回收单元13包括联轴器14、电动/发电机15、转速传感器16、电机转速控
制器17、电源18、DC
‑
DC变换器19、超级电容组20；联轴器14一端与电动/发电机15的输出轴连接，另一端连接到流量传感器12；转速传感器16与电动/发电机15连接，输出电机转速信号n；电源18的输出端连接到电机转速控制器17，电机转速控制器17的输出端连接电动/发电机15的输入端控制电机转速；DC
‑
DC变换器19的输入端与电机转速控制器17连接，DC
‑
DC变换器19的输出端与超级电容组20连接；所述多功能阀控制器21包括有信号处理模块22、参数计算模块23、积分模块24、数据存储模块25、控制模块26、显示模块27、故障预测模块28、通讯交互模块29；进口腔压力信号p
A
、出口腔压力信号p
B
、流量传感器信号q
b
、转速传感器信号n、温度传感器信号T连接到信号处理模块22输入端，信号处理模块22输出端连接到参数计算模块23输入端和数据存储模块25，参数计算模块23将计算出的主阀流量q、主阀进出口压差
∆
p、主阀输入功率P1、主阀输出功率P2、主阀节流损失功率P3输入到积分模块24输入端和数据存储模块25；所述积分模块24计算出主阀输入能量E1、主阀输出能量E2、主阀节流损失能耗E3、主阀效率η输入到数据存储模块25，数据存储模块25经过双向数据总线与控制模块26、显示模块27、故障预测模块28、通讯交互模块29的输入端连接；所述控制模块26计算出转速设定信号n
s
，转速设定信号连接到电机转速控制器17；所述通讯交互模块29输出端连接到云端存储器30。
[0007]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，还包括比例先导阀5，所述比例先导阀5包括先导阀弹簧6、先导阀阀芯7、比例电磁铁8、比例放大器9、位移传感器10、流量控制器11、先导阀进油口G、先导阀出油口F；流量控制器接收流量设定信号q
s
和流量反馈信号q
f
，流量控制器输出端连接到比例放大器9的输入端，位移传感器10检测先导阀芯7的位移，输出先导阀位移信号y到比例放大器9反馈端，比例放大器9输出端连接到比例电磁铁8；所述流量传感器进油口C与主阀控制腔X连通，流量传感器出油口D与先导阀进油口G连通，先导阀出油口F与主阀出油口B连通；流量传感器12输出流量传感器信号q
b
连接到信号处理模块22输入端。
[0008]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，所述流量传感器12为齿轮流量计，或微小型柱塞泵/马达，或其他形式的容积式流量计。
[0009]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，所述流量传感器12连接在主阀控制腔X与比例先导阀进油口G之间，或连接在比例先导阀出油口F与主阀出油口B之间；当流量传感器12连接在比例先导阀出油口F和主阀出油口B之间时，主阀控制腔X与先导阀进油口G连通，先导阀出油口F与流量传感器进油口C连通，流量传感器出油口D与主阀出油口B连通。
[0010]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是所述电动/发电机15工作在扭矩控制模式或转速控制模式。
[0011]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是所述参数计算模块23根据运算公式（1）、公式（2）、公式（3）、公式（4）、公式（5）计算出如下参数：主阀流量
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（1）
主阀进出口压差
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（2）主阀输入功率
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（3）主阀输出功率
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（4）主阀节流损失功率 （5）；式中，g（x）为流量放大系数。
[0012]所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是所述参数计算模块23根据运算公式（1）、公式（2）、公式（3）、公式（4）、公式（5）、公式（6）计算出如下参数：主阀流量
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（1）主阀进出口压差
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（2）主阀输入功率
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（本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压损电液比例流量检测与控制集成单元，包括主阀（1），其特征是，增设流量传感器（12）、能量回收单元（13）、多功能阀控制器（21）、云端存储器（30）、进口腔压力传感器（31）、出口腔压力传感器（32）、温度传感器（33）；所述主阀（1）包括主阀套（2）、主阀芯（3）、主阀弹簧（4）、主阀进油口（A）、主阀出油口（B）、主阀控制腔（X）；进口腔压力传感器（31）与主阀进油口（A）连通，输出主阀进口腔压力信号p
A
，出口腔压力传感器（32）与主阀出油口（B）连通，输出主阀出口腔压力信号p
B
，温度传感器（33）与主阀出油口（B）连通，输出主阀出口腔温度信号T；所述流量传感器进油口（C）与主阀控制腔（X）连通，流量传感器出油口（D）与主阀出油口（B）连通；流量传感器（12）输出流量传感器信号q
b
连接到信号处理模块（22）输入端；所述能量回收单元（13）包括联轴器（14）、电动/发电机（15）、转速传感器（16）、电机转速控制器（17）、电源（18）、DC
‑
DC变换器（19）、超级电容组（20）；联轴器（14）一端与电动/发电机（15）的输出轴连接，另一端连接到流量传感器（12）；转速传感器（16）与电动/发电机（15）连接，输出电机转速信号n；电源（18）的输出端连接到电机转速控制器（17），电机转速控制器（17）的输出端连接电动/发电机（15）的输入端控制电机转速；DC
‑
DC变换器（19）的输入端与电机转速控制器（17）连接，DC
‑
DC变换器（19）的输出端与超级电容组（20）连接；所述多功能阀控制器（21）包括有信号处理模块（22）、参数计算模块（23）、积分模块（24）、数据存储模块（25）、控制模块（26）、显示模块（27）、故障预测模块（28）、通讯交互模块（29）；进口腔压力信号p
A
、出口腔压力信号p
B
、流量传感器信号q
b
、转速传感器信号n、温度传感器信号T连接到信号处理模块（22）输入端，信号处理模块（22）输出端连接到参数计算模块（23）输入端和数据存储模块（25），参数计算模块（23）将计算出的主阀流量q、主阀进出口压差
∆
p、主阀输入功率P1、主阀输出功率P2、主阀节流损失功率P3输入到积分模块（24）输入端和数据存储模块（25）；所述积分模块（24）计算出主阀输入能量E1、主阀输出能量E2、主阀节流损失能耗E3、主阀效率η输入到数据存储模块（25），数据存储模块（25）经过双向数据总线与控制模块（26）、显示模块（27）、故障预测模块（28）、通讯交互模块（29）的输入端连接；所述控制模块（26）计算出转速设定信号n
s
，转速设定信号连接到电机转速控制器（17）；所述通讯交互模块（29）输出端连接到云端存储器（30）。2.如权利要求1所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，还包括比例先导阀（5），所述比例先导阀（5）包括先导阀弹簧（6）、先导阀阀芯（7）、比例电磁铁（8）、比例放大器（9）、位移传感器（10）、流量控制器（11）、先导阀进油口（G）、先导阀出油口（F）；流量控制器接收流量设定信号q
s
和流量反馈信号q
f
，流量控制器输出端连接到比例放大器（9）的输入端，位移传感器（10）检测先导阀芯（7）的位移，输出先导阀位移信号y到比例放大器（9）反馈端，比例放大器（9）输出端连接到比例电磁铁（8）；所述流量传感器进油口（C）与主阀控制腔（X）连通，流量传感器出油口（D）与先导阀进油口（G）连通，先导阀出油口（F）与主阀出油口（B）连通；流量传感器（12）输出流量传感器信号q
b
连接到信号处理模块（22）输入端。3.如权利要求1或2所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，所述流量传感器（12）为齿轮流量计，或微小型柱塞泵/马达，或其他形式的容积式流量计。4.如权利要求2所述的低压损电液比例流量检测与控制集成单元，其特征是，所述流量
传感器（12）连接在主阀控制腔（X）与比例先导阀进油口（G）之间，或连接在比例先导阀出油口（F）与主阀出油口（B）之间；当流量传感器（12）连接在比例先导阀出油口（F）和主阀出油口（B）之间时，主阀控制腔（X）与先导阀进油口（G）连通，先导阀出油口（F）与流量传感器进油口（C）连通，流量传感器出油口（D）与主阀出油口（B）连通。5.如权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，高涵，王波，葛磊，赵星宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：