有源双稳液压阀
专利汇可以提供有源双稳液压阀专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且有源双稳液压 阀 是一种把 电子 技术中实现自动控制的关键元件-双稳态网络 电路 移植到 液压技术 后开发出来的产品。用了这一产品就能够实现少用甚至完全不用电子或电器元件进行全自动的液压传动。此外，还可借它开发出一系列新型的液压元件，如步数不限的程序输出集成 块 ，带反馈控制或“清零”控制的逻辑化集成块等。而利用这些元件，不但能保存液压技术传动功率不受限制的优点，而且可使各种液压机的工作机构变得十分简洁、可靠。，下面是有源双稳液压阀专利的具体信息内容。
1、有源双稳液压阀(以下简称“双稳阀”)是一种对一连串近似矩形的脉冲液压流自动地进行双稳态分配的液压阀。它构造的特征是：有一个梭形阀芯，一组阀体，一个机械记忆器，四至六个单向阀，2个节流阀，2个微型蓄能器以及一般是有四个，也可有五个或六个接口。根据用途不同，还可在上述基础上增加二个液控单向阀回路，从而开发出一种并非唯输出的有源双稳液压阀。
2、权项1所指的“有源”也就是“一连串近似矩形的脉冲液压流。”所谓的“一连串”就是指在双稳阀工作时，从阀的输入口流入的不一定是连续流，即也可以是断续流。所谓“近似矩形”指的是“液压力-时间”规律呈近似的梯形曲线，并且还包括各脉冲上限-压力的幅值不一定非常统一，不过应都能确保阀的状态切换;要求脉冲的下限-低压力，应基本都接近回流压力。
3、权项1所指的“自动地进行双稳态分配”，指的是这种阀的主要输入输出特性，即当一个比回流压力高过一定量的液压力脉冲从阀上指定的输入口输入时，随即便在阀的二个输出口中的一个输出口被输出;当液压流的压力跌至回流压力以后，阀将自动地进行状态切换;当下一个脉冲液压力到来以后，液压流便从阀的另外一个输出口输出。如此反复，从而使这种阀具有了两种稳定的输出状态。
4、权项1所指的“一个梭形阀芯”指的是一根左右对称的两端细中间粗的柱体，除中间安装机械记忆器的部份以外，其余各处一般都采用园形断面，粗与细之间既可以是园锥面或斜面过渡，也可以是台阶状过渡，设置在梭芯中间的机械记忆器部分既可以是凸棱、也可以是安装弹簧和滚珠的盲孔。
5、权项1所指的“一组阀体”，指的是一套左右对称的阀体组合件，它根据装配工艺及加工工艺的不同设计，可以由数目不等的块数组成。它的特点是在阀体的对称中点设有机械记忆器的另一部分构造;它设有一个输入口和二个输出口以及回流口，根据需要可以设1至2个“清零”控制口;有安装各个单向阀的地方，有用作或安装微型蓄能器构造。阀体上与梭形阀芯构造的密封带的轴向投影面积应当大于梭芯两端较细的柱塞段断面积，以保证阀的工作状态稳定。
6、权项1中所指的“机械记忆器”，是指一个盲孔中装有弹簧的滚珠与作相对运动的另一部分上的一个斜面凸棱共同组成的机构，它的作用和特点是当阀的输入口失压时能保持梭芯处于状态切换以后的位置上，并且能不因为轻微的振动或重力原因使状态发生再切换。
7、权项1所指的四个单向阀，指的是二组限制液流方向的单向阀，它们的作用是向微型蓄能器输液时防止受负载失压的影响，以及阀在实施切换时限制阀体上对称的另一个单向阀处的蓄能器蓄能。至于权项1中所指的单向阀数量为四至六个，是指除上述四个单向阀外，还可以增加1个或2个单向阀，用以接受“清零”的控制信号，即当需要时让双稳阀从一种指定的工作状态下开始运行，以确保安装这种双稳阀的机器不失步。
8、权项1所指的“二个节流阀”，其作用是当双稳阀进行状态切换时，能让梭形阀芯两端液腔内的液体及时泄放掉，节流阀可使用固定式的，但也可做成能调节、整定式的，为了减少双稳阀在稳态工作中节流阀漏泄的液压能，借助于梭形阀芯在稳态时的位置特点，增加节流回路路中的阻力系数，也可作为这种双稳阀节流系统设计的特征之一。
9、权项1所指的两个微型蓄能器，一般可用构造最简单的弹簧式蓄能器，但也可用其他工作原理的微型蓄能器。它们的作用是：当阀门处于稳态工作时积蓄能量，当输入口失压时释放能量，以造成阀的状态切换。其吞吐的能量应保证梭芯进行状态可靠切换以后还略有盈余（考虑温度粘度改变并造成节流口流量变化的影响），但过多的吞吐量不仅仅造成浪费，而且将造成对双稳阀工作频率的限制。
10、权项1所指的“唯输出的有源双稳液压阀”是指在双稳阀的输出口只能输出而不能输入。由于液压阀门的特点往往是在同一接口既输出也回流的，因此可在双稳阀的输出口上再各加一个液控单向阀和一个单向阀泄放回流，每个液控单向阀的控制信号取自另一个双稳阀的输出口，从而可以形成为另一种既能输出也能回流的有源双稳阀。将这两种双稳阀有规律地组合还可形成一种直接能够实现多步程序控制或逻辑控制的集成化液压阀系列。
有源双稳液压阀（以下简称为“双稳阀”）是属于液压传动技术领域内的液压元件，是实现全液压自动控制或程序控制的基本元件。
本设计提出之前仅见到中国专利申请中有“电磁双稳态液压阀”而未见过与本设计相类似的全液压的双稳阀。
双稳态元件在电子技术领域内是实现自动控制和数据通讯方面极其重要的基本单元，如果在液压技术中采用双稳态元件适当地取代电子电器环节，而又不减少功能来实现自动或程序控制，可以更充分地发挥液压技术可靠性高，运行功率大的优点，液压振荡元件配上双稳元件便可实现程序控制;程序控制中加入反馈信号控制便能实现自动控制和逻辑控制。
双稳阀是一种对一连串近似矩形的脉冲液压流自动地进行双稳态分配的液压阀。所谓的一连串，是指在“液压力-时间”座标系中反映的连续图形，所谓的“断续流”和“连续流”则指的是座标系中液压力值是或不是出现零（通常指大气压力）的情形。并且，这一种双稳阀多数情形是对断续流进行分配的。可以用图1来说明上述的意义，在图1中，随着时间轴T的变化，某液压系统的一个接口上出现了如图1中曲线所示的液压力P的变化，图1中有两条时间轴：T1和T2，当时间轴为T1时，指的是连续流性质的矩形脉冲液压流：当时间轴为T2时，指的是断续流性质的矩形脉冲液压流。所谓近似矩形，指的是一个脉冲形状近似于矩形。即也可看成梯形。（实际上应不可能是矩形，而只能是梯形，或近似梯 形）。在图1中，一个周期脉冲可以分作四段：其中1段为脉冲前沿;2段为脉冲后沿;3段为脉冲上限;4段为脉冲下限。近似矩形或梯形指的便是1段和2段斜交于时间轴，但其斜度对某一设计的双稳阀来说应有一定的限制，如果其斜度对某一设计的双稳阀来说缓到使蓄能器的能量释放速度与从节流阀中泄流的速度相当甚至更慢的话，则阀的状态切换可能不会发生，这就失去了双稳态的输出特性。另外，作为脉冲流固有的过冲现象，如图1中1段与3段，2段与4段间的过渡部份，一般是允许存在的。还有，各脉冲不几何相似，如幅度有差异或幅度相近周期不等等都是允许的，因此这种双稳阀的适用性还是较宽的，但对于脉冲的下限值祇少应要求各脉冲基本相近，否则可能不发生切换。
双稳阀的工作原理可用图2来说明，在图2中的双点划线框内是双稳阀内部结构的示意图，框的下边为产生矩形断续脉冲流的液压源，图2所示的是有一个脉冲上限正通过输入接口16进入双稳阀的情形。
液压油（这里暂且以油作为工质）进入阀体内的油腔19以后，由于梭形阀芯2此时正靠在油腔19的右侧，故油进入油腔19左侧的由梭芯2与阀体1之间构成的环腔流到输出口20，油压随着输出口负载的增加而升高，接着单向阀4、5被开启，油一边使蓄能器蓄能，一边进入到阀体1中梭芯2右端的油腔17，这样，梭形阀芯受到了二个轴向力的共同作用。如果梭芯粗细段间为台阶状过渡，并且它们的断面都是园形，梭芯粗段与阀体之间的密封圈便呈园形。由于密封圈内的液压力能通过单向阀7，蓄能器9、单向阀6、节流阀11进入油箱被释放，因此梭形阀芯受的第一个力是 方向朝右，它迫使阀芯更紧靠于右侧。这个力的大小取决于受力面积，如果密封圈的外径为d1，梭芯两端的柱塞部分直径为d2，则液压的作用面积为 (π)/4 （d21-d22）、也就是上述条件下的所谓密封带面积的轴向投影，如果密封面为园锥面或棱锥面时，则需进行其密封带面积的轴向投影计算。作用于梭形阀芯的另一个轴向力是从油腔19通过单向阀4、5进入到油腔17内的液压油，这部分液压油不断地从节流阀10中泄放着，但由于流量极小，故油腔17中仍存相当的液压力，它作用于梭芯一端的端面积上，其受力面积为 (π)/4 d22。要确切地保证梭形阀芯可靠地维持稳态输出，此时作用于梭芯的轴向力合力应指向右边，因此必须保证d21-d22＞d22（即d21＞2d22）。这就是说密封带面积的轴向投影应大于梭形阀芯两端的正截面断面积。
当二位二通电磁阀14得电时，液压源被关断，这造成了蓄能器8内的液压能开始释放，蓄能器的压力油是通过节流阀10所放的，由于节流器的存在，液压能不可能瞬间释放完，因此油腔17内的压力不可能立即消失，而此时油腔19内的压力已经消失，因此梭芯开始向左运动，而这个运动又造成了梭芯左端油腔18内的液压力升高，这个液压力不能通过单向阀6，故只得从节流阀11泄放，于是，节流阀10、11同时以相同的流量在泄放，而油腔18内的油是以梭芯的向左移动为泄放前提的，因此，随着油的泄放，梭芯不断地向左运动。当油腔18内的液体泄放量将近油腔18容积的一半时，梭芯已越过双稳阀的中心，使双稳阀进入到了另一个稳态位置。由于油腔17内的液体泄放流量取决于节流阀的阻力系数以及油压、粘度，而油压又取决于蓄能器的蓄量，故可以 算出当油腔17内被泄放出的流量为油腔18容积一半所需的时间，这个时间的两倍不大于双稳阀进行状态切换所需要的时间。因为从节流阀泄放的流量直接受粘度的影响（有的节流阀流量不取决于粘度，这对双稳阀更有益），而粘度又对温度十分敏感，因此双稳阀的切换速度也对温度十分敏感。此外，我们要求蓄能器内的储量多于油腔18的容积，以确保可靠切换，但过多的储量不仅是一种浪费。而且会影响双稳阀的工作频率，其理由可这样来理解：如果梭芯向左移动时，油腔18内的压力还未消失，势必会影响到梭芯的运动速度，而状态的切换速度是直接关系到双稳阀的工作频率的。
由于油腔18内油的泄放必需持续到梭形阀芯靠到左端不能再动为止，因此，在稳态输出时，梭芯有压侧，如图2中的腔17也是在不断泄流的为了尽可能减少损失，可以设计成双稳阀完成状态切换以后，梭芯的一端遮住大部份去向节流器的孔口，以提高阻力系数，降低泄流量。
在梭芯开始运动进行状态切换时，当它越过双稳阀的中点后，装在梭芯中受阀体上凸棱斜面作用的钢珠压迫后边的弹簧，直到越过阀体内三角形的凸棱顶端，这时，机械记忆器实际上已完成了状态切换，而梭芯中的钢珠要直到梭芯停止运动以后才不凸出所在的小孔，并且，由于弹簧的存在，梭芯不能轻易地滑动，例如轻度的振动或工作时梭芯竖立而受重力的影响等都不能使梭芯运动并导至双稳阀的状态发生再切换。
这时，如果电磁阀14再次失电，使油液又一次通过接口16进入油腔19后，油液将不再是从左边的环腔，而是从右边的环腔至输出口21输出，并随着负载的增加重复着前述的过程，所不同 只是有关元件都轮番到对称的另一边。因而，当近似矩形或梯形的脉冲液压流一个接一个地进入双稳阀以后，双稳阀的输出口20、21便相互轮番地一次接着一次地输出液压流，实现了双稳态的工作特征。
处在程序工作中双稳阀，有时会因某种原因，要求它从某一指定的稳态下开始工作，为了达到这个目的，设置了“清零”机构，当然，没有这个要求，便可以不设置，图2中的单向阀15就是为此而设置的，根据需要也可以在对称的另一侧安装另一个单向阀。
平时，由于单向阀15反向阻断，不会影响梭芯两端油腔的工作情形，当需要清零时，应先使接口16失压，然后从单向阀15中输进一股液压流，迫使梭芯当时无论处于何种稳态都必须靠到左边去，以便让下一个脉冲到来时，先从输出口21开始输出。
双稳阀中所使用的微型蓄能器，最简单的是使用弹簧储能的弹簧式蓄能器。根据要求，这里的弹簧可以是予加载荷，也可以不加。这种弹簧式蓄能器可以如图3所示。图3中，阀体3内的柱塞2一端有凸台，其上压有弹簧1，当与梭芯两端的油腔相通的油口4中压力超过某一值后，柱塞将克服弹簧的予加载荷而迫使弹簧压缩变形。当需要蓄能器释放能量时，柱塞将被推出，从而挤出一股油液，这种蓄能器的优点是构造简单，缺点是蓄能器的弹簧侧有可能溢入油液乃至充满油液，而这将阻碍柱塞的运动，因此，这种蓄能器弹簧侧必须设置回流孔以防止背压产生。如果蓄能器使用气中式或其它类似的构造，则可避免上述缺点发生，但构造可能相应复杂一些。
上述的双稳阀输出口是只输出液体而不允许回流的，因为若有 回流将会导至状态不能切换，故称之为“唯输出的有源双稳阀”。由于液压元件的接口往往都是设计成双向过流的，为了适应这一要求，可以在阀体上再安置2个或4个单向阀，其中两个是液控单向阀，如图2双点划线框以上的示意图所示，其液控单向阀的控制信号取自对称的另一个输出口或应当给出信号的地方。图2是取自另一个输出口。这样输出口必不可回流，非要回流时，油液将从液控单向阀中流入油箱。
如果说，前述的双稳阀是用于控制第二排、第三排的双稳阀（它们不要求回流）的话，则最后一排双稳阀一般直接驱动工作油缸，因而应采用带液控单向阀的双稳阀。因此，带液控单向阀的双稳阀可发展一个系列的“有源液压双稳阀”。用“唯输出的有源双稳阀”和“带液控单向阀的双稳阀”集成化地有机组合。可以十分容易地形成二步、四步、六步……的顺序控制液压阀。若向第一级双稳阀提供脉冲液压流的阀门动作信号受制于反馈信息，则可以形成逻辑控制液压阀。
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