[發明專利]一種多級流量增益的二通比例插裝閥

有效

• 申請號: 201410031010.1
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103867747A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 杜恒;林建新;顏濱曲;陳淑梅
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: F16K11/06
• 分類號: F16K11/06
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

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技術領域

本發明是涉及一種電液比例插裝閥，尤其涉及一種可實現大流量和小流量快速切換的變增益二通比例插裝閥。

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背景技術

電液比例系統廣泛應用于冶金、船舶、工程機械和軍事重工等諸多領域，其核心元件是電液比例閥。伴隨大型裝備對運行速度、控制精度的要求日益提高，電液比例閥正朝著大流量、高頻響和高精度方向發展，其中電液比例插裝閥是該領域重點發展方向之一。比例插裝閥具有流通能力強且可靠性高等優點，尤其適用于系統速度快、響應頻率高和通油流量大的大型裝備中（如大型復合材料壓機、鍛造操作機、注塑機、礦用自卸車和軍用重載運輸車等），成為了上述裝備液壓控制系統的核心元件。

對于一些高端液壓成型裝備，其工作過程常具有多工況動作特性，且工況間所需流量變化大。例如在復合材料壓機中，慣性壓制、回程等工況需大流量，而處于低壓精確壓制工況時，則需小流量控制，這對電液比例插裝閥的流量適應性提出了更高的要求。然而，常規的電液比例插裝閥僅具有大流量控制功能，在小流量工況時無法實現精確控制，嚴重影響了控制精度。

為了同時滿足大流量和小流量工況的要求，當前的設計方式主要有兩種：變面積梯度的閥芯閥套和多閥并聯控制。（1）在變面積梯度閥芯閥套方面：通過增加大流量插裝閥閥芯端部長度，使延長部分與閥套形成環形液阻，實現大流量閥芯開啟初始時的小流量控制（如參考專利201110147647.3）；或改變閥芯前段形狀為曲面錐形、或開半圓型槽口形狀，實現開啟時為小流量，后段實現大流量（如參考專利EP03011802、200820157464.3）；或閥芯通過二級閥芯耦合，小流量閥芯安裝在大流量閥芯上，前段實現小流量閥芯工作，后段通過小流閥芯驅動大流量開啟實現變流量增益（如參考專利201310025922.3）。（2）在多閥并聯控制方面：通過兩個或者多個閥協同控制同一被控對象，即采用并聯閥芯結構且各主閥芯獨立可控，實現流量的多級可調，同時，在保證大流量的基礎上，仍可滿足高頻響的要求。（如參考專利201310362016.2、201110127418.5、200810061616.4）。現有專利設計有助于滿足大流量和小流量工況的復合應用要求，但仍存在以下一些不足，主要表現為：

1）大、小流量工況切換點固定，行走裝備及高速壓制等裝備負載變化劇烈的工況無法有效適應。在大流量閥的設計中，多數閥為適應小流量工況需要，在閥芯端部開有V型、半圓形或梯形等結構型式的閥槽，可實現閥芯開啟初期過程的小流量控制，穿越該段區域后再進入大流量工況。此類結構的閥在控制時，必須先通過小流量工況再進入大流量工況，且小流量與大流量的轉換點由機械結構固定。當多數壓機控制工況需要直接大流量控制時，此類閥必須先經過小流量工況才能進入大流量工況，開啟時間過長，啟動快速性差；此外，多數行走裝備或高速執行器需及時響應負載狀況，在任意位置實現大、小流量的切換以符合負載的高低速變化要求，此類閥也由于機械結構的限制無法實現任意位置的流量切換，造成其負載適應性不足。

2）流量增益級數少，在高速運行工況下的控制精度差。當前大流量比例插裝閥的設計多采用二級變增益結構，即閥具有兩級流量增益。為同時滿足各類裝備對大、小流量的性能要求，如高速運行工況的精確控制，起始階段需要大流量高速運行，終端位置需要小流量精確控制。在控制時，由于該類閥的兩組面積梯度往往相差較大、跳變劇烈，在執行器高速運動過程中難以保證其終端位置的控制精度，使其在高速高精度控制中嚴重受限。

3）在大范圍流量壓力調節中不可避免的產生瞬時強沖擊，顯著降低大型高端裝備的控制性能。針對大型液壓裝備而言，一般都具有運行速度快、精度高等特點，且在不同工況下對系統流量的要求差異大，流量變化范圍寬。傳統的大流量比例插裝閥，其流量增益級數有限，無法適應大范圍流量變化的要求，進而導致流量或壓力調節過程中的瞬態沖擊，顯著降低了控制系統的穩定性與精度。

發明內容

本發明目的是提供一種多級流量增益的二通比例插裝閥，通過級聯式閥芯閥套結構，在任意位置實現比例插裝閥的大流量增益和小流量增益切換；同時，在級聯閥芯中設置陣列式插銷錐閥，通過控制各插銷錐閥的啟閉，實現多級流量增益的切換。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種多級流量增益的二通比例插裝閥，其特征在于自上而下包括位移傳感器、上閥套、插銷錐閥陣列和級聯閥芯、下閥套、彈簧、閥芯、級聯端蓋。