一种差动式电液比例定差减压阀 |
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申请号 | CN201710649136.9 | 申请日 | 2017-08-02 | 公开(公告)号 | CN107461516A | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 李运华; 李洋洋; 杨丽曼; 张鹏; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种新型差动式电液比例定差减压 阀 的新结构,所述电液比例定差减压阀包括:阀芯,具有:阀芯连接部,位于阀芯上端,阀芯上部、中部提供差动面积,阀芯下部,位于阀芯下端;阀腔,其中进口通道、所述阀腔、出口通道或者回油口通道形成 流体 通道;比例电磁 铁 ,提供电磁 力 ,保证所述电液比例定差减压阀进出口压差随电 信号 连续变化;阀杆,所述阀杆在所述 阀体 内延伸并且沿所述阀杆的纵轴线方向移动,所述阀杆具有第一端和第二端;本发明结构简单,易于维护,所述电液比例定差减压阀的压差结构的设计有效的减小了比例电 磁铁 的电磁力,从而减小了比例电磁铁的体积以及整个电液比例定差减压阀的体积。 | ||||||
权利要求 | 1.一种差动式电液比例定差减压阀,包括: |
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说明书全文 | 一种差动式电液比例定差减压阀技术领域[0001] 本发明涉及液压元件,更具体的涉及一种差动式电液比例定差减压阀的新结构。 背景技术[0002] 现代工业的不断发展对液压阀在自动化、精度、响应速度方面提出了愈来愈高的要求,传统的开关型或定值控制型液压阀已不能满足要求,电液伺服阀因此发展起来,其具有控制灵活、精度高、快速性好等优点,但是电液伺服阀成本高、应用和维护条件苛刻,电液比例阀在电液伺服技术的基础上发展起来,其具有抗污染能力强,结构简单,制造和维护成本较伺服阀低等优点,因此在液压控制系统领域应用越来越广泛。 [0003] 液压领域,常对系统体积、重量严格要求,例如在航空领域,飞机向功率电传方向发展,为解决定量泵涉及的电传静液作动器带来的温升问题,设计了一种压力控制斜盘倾角的变量泵,压力直接反馈到变量泵时存在动态响应差的问题,为解决动态响应问题,在反馈通路加入电液比例减压阀用来改善动态性能,此时,电液比例定差减压阀阀体本身的体积及重量将影响电传静液作动系统的重量,以至于影响飞机的性能。飞机整体重量的减轻,对于客机,有助于节省飞机燃油,对于战斗机,其生存能力和可靠性增强。 [0004] 液压控制系统压力一般较大,使作用在电液比例减压阀阀芯的压力较大,使传统电液比例减压阀的比例电磁铁的电磁力太大,其比例电磁铁体积太大,增加了整个液压系统的重量,为了最大程度地减少液压控制阀的重量,迫切需要一种新型的压力控制阀。显然,这种新型的电液比例定差减压阀能有效减小作动器重量和和体积,具有重要的应用价值。 发明内容[0005] 本发明的目的是针对液压系统压力较大导致的减压阀阀芯平衡力过大及电磁力过大导致的比例电磁铁体积大的问题,提出一种新型结构的差动式电液比例定差减压阀来减小阀芯平衡力,从而减小电液比例减压阀体积。 [0006] 本发明的目的可通过以下结构和技术原理来实现: [0007] 本发明针对电液比例减压阀比例电磁铁推力大的问题,提出了一种差动式电液比例定差减压阀,能有效减小比例电磁铁推力。电液比例定差减压阀包括: [0008] 比例电磁铁,所述比例电磁铁为电液比例定差减压阀的电-机械转换元件,将得到的电信号转换成力信号,与液压力比较控制阀芯节流口大小,保持电液比例定差减压阀进出口压差随电信号连续变化,比例电磁铁下端凸肩用于定位; [0009] 阀体,所述阀体具有油液进口,油液出口和油液回油口,油液回油口与蓄能器或者油箱连接,阀体进口出口回油口分别加工螺纹孔与管接头连接,为保证管接头与阀体的连接精度,加工适当大小的光孔,其中连接部分平面度要求适当严格,阀体上端加工与比例电磁铁凸肩配合的光孔,配合时用O型圈保证密封性;旁侧通道加工后,外侧部分用液压堵头堵死,保证回油压力引到阀芯上端; [0010] 其中,液流流经减压阀时,液流速度的大小和方向发生变化,其动量变化会对阀芯产生一个液动力,为了减小液动力对阀芯力平衡的干扰,在阀体出油口处设计补偿液动力结构。 [0011] 阀腔,所述阀腔由进口通道、阀腔、出口通道或者回油口通道形成流体通道,旁侧通道将出口压力引到阀芯上端; [0012] 阀杆,所述阀杆在阀体内延伸并且沿阀杆的纵轴线方向移动;所述阀杆具有第一端和第二端,第一端和比例电磁铁相连,第二端与阀芯螺纹连接; [0013] 阀芯,所述阀芯分上部,中部和下部,为补偿所述阀芯受到液流的液动力,在所述阀芯下部加工一个环形结构,改变液流方向,平衡液动力;所述阀芯上端加工螺纹孔,用于与所述阀杆连接。 [0014] 其中,所述阀芯上部直径大于出油通道; [0015] 其中,所述阀芯中部和下部至少有一部分可以容纳在出油通道和回油通道内并且可以沿两通道的纵轴线的方向移动。 [0016] 所述阀芯各部分直径均与阀体配合处尺寸相同,且比例电磁铁推杆、阀杆、阀芯与出口通道均同轴,当阀芯与出口通道和回油口通道接触时,形成配合。阀芯连接部分与阀杆的第一端通过螺纹可拆卸地固定连接或结合,并在阀芯上端通过螺母锁紧,[0017] 本发明针对电液比例减压阀比例电磁铁推力大的问题,提出了一种新型的差动式电液比例定差减压阀,该减压阀能有效减小比例电磁铁推力,实现方式为: [0018] 电液比例减压阀本质是通过液流流过缝隙产生压力损失,实现减压,控制阀芯与阀体节流口大小可以实现减压,本发明的电液比例定差减压阀通过将进口油压和出口油压作用在阀芯的差动面积上产生液压力之差与比例电磁铁推力平衡,来控制节流口大小,取代了传统电液比例减压阀直接将压力与比例电磁铁平衡的方式,有效的减小了比例电磁铁的推力。 [0019] 当所述比例电磁铁通电电流为零时,所述阀芯开口最大,本发明的电液比例定差减压阀不减压,设进口压力P1,出口压力P2,此时P1=P2。 [0020] 所述比例电磁铁输入电流不为零时,所述比例电磁铁产生的推力与所述阀芯受到的液压力比较,最终达到平衡位置,所述阀芯上部直径为D,所述阀杆直径和所述阀芯下部直径均为d1,所述阀芯中部直径为d,此时所述阀芯受力方程为: [0021] 出口压力P2引至所述阀芯上端,所述阀芯上端受到出口压力的作用力的区域为所述阀芯上端与所述阀杆的差动面积,作用力的方向沿所述阀芯向下,大小为: [0022] 所述阀芯下端受到两个不同的液压力: [0023] 其中,所述阀芯上部受到进口压力的作用力的区域为所述阀芯中部和所述阀芯上部的差动面积,作用力的方向沿所述阀芯向上,大小为: [0024] 其中,所述阀芯中部受到出口压力的作用力的区域为所述阀芯中部和阀芯下部的差动面积,作用力的方向沿所述阀芯向上,大小为: [0025] 所述比例电磁铁的推力为FM,其中FM=ki,忽略所述阀芯重量和受到的液动力,稳态平衡时,所述阀芯平衡方程为:通过调节比例电磁铁电流,可以调节本发明所述的电液比例定差减压阀的进出油口压差。 附图说明 [0026] 图1是本发明实施例的电液比例定差减压阀的内部结构剖视图 [0027] 图2是应用本发明一种新型电液比例定差减压阀后的双变量电传静液作动系统的系统原理图 [0028] 图3是本发明的差动式电液比例定差减压阀的阀芯示意图 具体实施方式[0029] 本发明提出的一种新型电液比例定差减压阀可以用于双变量电传静液作动系统的变量泵的排量的调节中,其加入电液比例定差减压阀后的电传静液作动系统的原理图如图2所示。 [0030] 图2所示双变量电传静液作动系统工作时,电机8旋转带动变量泵9输出流量,变量泵9输出的流量一部分流向双作用缸17,驱动双作用缸17做直线运动,从而驱动舵面18运动;另一部分通过梭阀12经过电液比例定差减压阀11进入单作用缸10中,单作用缸 10做直线运动驱动变量泵9斜盘旋转,此时变量泵9排量变小。当图2所示电传静液作动系统高压腔压力过高时,通过安全阀16卸荷可保证系统的安全。阻尼旁通阀15在图2所示电传静液作动系统出现故障时开启,变量泵9的输出流量直接经阻尼旁通阀15全部返回变量泵 9的回油口,使得双作用缸8对负载不产生驱动作用,从而起到隔离故障的作用。 [0031] 当图2所示电传静液作动系统工作时,通过分析系统工作状态,了解电机8功耗与电机8转速的关系,假定外负载力FL不变时,负载需要的系统输出功率就是一定的。由此可确定双作用缸17的输出功率Pc(定义为外负载力与作动筒活塞速度的乘积,即Pc=FLv),变量泵9的输出功率Pp(定义为外负载力与系统流量的乘积,即Pp=pLQL),以及电机8的输出功率Pm(定义为输出转矩与转速的乘积,即Pm=Temωm)。如果在保持电机1输出功率Pm不变的情况下,能在增大电机8转速的同时减小输出转矩,就可以实现减小电机8电流的目的。由于电机8和变量泵9通过一根共同的转轴连接并以相同的转速转动,因此电机的输出转矩Tem和泵的负载转矩TL相等。变量泵9的负载转矩TL等于系统负载压力与变量泵9排量的乘积,即有TL=DppL。所以当负载一定时,减小变量泵9的排量就可以减小负载转矩,图2所示电传静液作动系统,将负载压力反馈到变量泵9斜盘倾角,变量泵9斜盘倾角随着压力增大,斜盘倾角变小,则电机8负载转矩减小。 [0032] 电机8电流又与输出转矩成正比:Tem=mpψfIcosψ 电机8型号确定后,除电流外其它参数确定。对于电机8来说,功耗主要包括铜损ΔPCu、铁损ΔPFe和气流损失ΔPm: ΔP=ΔPCu+ΔPFe+ΔPm 而电机8铜损是电机乃至整个电传静液作动系统的主要发热源,电机8铜损为ΔPCu= 3I2R,减小电机电流可以有效减小电机损耗。 [0033] 变量泵9斜盘倾角减小,致使图2所示电传静液作动系统动态性能降低,将本发明提出的一种新型电液比例定差减压阀加到反馈通道中,可以利用电机的瞬时过载能力短时间提高变量泵9的排量上限,有效改善系统的动态性能,主要实现过程: [0034] 变量泵9排量与其斜盘倾角有关,其排量:D=kp(xmax-xp) kp为变量泵9排量系数,xmax为单作用缸10输出的最大位移,单作用缸10通过其输出位移控制变量泵9排量,假设单作用缸10的外负载为弹性力,则输出位移 通过控制进入单作用缸10的压力控制变量泵9的排量: 当负载压力导致变量泵9排量减小时,控制电液比例定差减压阀11的电流,减小其出口压力,变量泵9斜盘倾角增大,排量增大,从而改善系统的动态性能。而电传静液作动系统处于稳态时,为减小电机8的负载转矩,使电液比例定差减压阀11输出入电流为零,此时,电液比例定差减压阀11直接输出电传静液作动系统的负载压力,变量泵9斜盘倾角随负载压力的增大而减小,根据TL=DppL,变量泵9负载转矩减小,电机8负载转矩等于变量泵9负载转矩,电机8电流减小,致使电机8热损失减小,提高整个系统的能量效率,减小了电传静液作动系统的发热。 [0035] 显然,上述实例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 |