[发明专利]具有非对称阀调结构的压力控制阀

说明书

技术领域

本发明涉及构造成在伺服或其他控制系统中控制或调节流体流动和/或压力的伺服或伺服型阀，更具体地，涉及构造成在开环或闭环系统中调节流体流动和压力的压力控制阀。 

背景技术

流体控制或伺服系统例如液压或气动系统是众所周知的，它们的操作原理简单，通过流体将一处应用位置的力传递至输出位置。在液压系统中，这种传递通常是通过具有活塞的致动器液压缸完成的，活塞将基本上不可压缩的流体通过流体管线推动到其他位置的另一液压缸中，该液压缸也具有活塞。通过液压系统传递力的一个特别大的好处在于，连接所述两个液压缸的流体管线可以具有任意长度和形状，并且可以在两个活塞之间的任意位置卷绕或弯曲。流体管线还可以分成多段其他流体管线，由此使主活塞能驱动多个从动活塞。液压系统的另外一个好处在于，它非常容易在输出位置增加或降低施加的力。这种液压力的倍增是通过改变一个活塞相对于另一个活塞的大小实现的。 

在大多数液压系统中，液压缸和活塞通过阀连接到供应高压液压流体的泵，高压液压流体为基本上不可压缩的流体。滑阀是液压系统中最通用的阀，能向液压致动器内活塞的前端面或者后端面施加压力。当致动器液压缸的一侧受压时，滑阀同时打开致动器对立侧的回流管线，使活塞对立侧上的基本上不可压缩的液压流体能流回到回流容器。这释放了将会抵抗致动器移动的任意内部压力，并限制致动器所需要的功为仅仅是驱动外部负载所需要的功。因此，由于能有效控制流速以获得液压力，滑阀特别适 合于液压系统。 

然而，尽管在液压系统中滑阀具有优势，但是现有的滑阀具有某些设计限制。传统的滑阀被设计成由机械杠杆、电伺服机构或由先导阀(导阀，pilot valve)提供的称作先导压力(导向压力，pilot pressure)的内部控制压力驱动。滑阀通常装配在圆柱形套筒或阀罩上，流体口贯穿阀罩，通过将滑阀的台肩(land)和凹槽放置在套筒内的适当位置，所述流体口能够被打开或关闭，用于彼此之间的流体连通。通过移动滑阀以打开或关闭阀，使变化量的加压流体从供液容器中流出，从而改变工作压力。 

在电驱动的情况下，所述阀由电源的输入电流控制。电流可以与系统中的压力有关，供应的电流越大，压力或供应口打开得越宽，加压流体在限制更少的情况下流入或流经所述阀。当致动器中的负载压力最终等于供应压力时，流动停止。换句话说，给定电流控制压力或回流口中开口的大小，开口的大小进而控制流入或流出液压致动器的流速。为了系统运行正常，滑阀两端必须有恒定的压差。否则，当负载压力接近供液容器压力时，阀失去线性响应并且其操作变得不稳定。因此，滑阀通常在源(即，供液容器)的压力相比于对立的负载压力范围非常高的系统中操作，并且，在可使用的区域中，给定压力下流量相对于输入电流是线性的。 

这意味着所述系统特别是负载一直处于受压状态，并且不能在外力或自重的作用下自由移动。因此，在没有输入加压流体形式的实际主动输入的情况下，负载不能轻易被移动。换句话说，致动器不能被动后端驱动。这样一种构造是极度低效的，甚至是在响应重力负载导致的动能或响应动量(例如，当制动时)的情况下，也需要加压流体形式的主动输入来移动或致动负载。加压流体的使用造成明显的能量损失，因为为了移动和/或制动负载，必须一直供应新的加压流体。 

除了传统滑阀的现有流动问题之外，经典的液压系统由于几个其他原因也存在问题。首先，需要复杂的控制器来控制阀和活塞的循环时间。其次，因为需要大量的流体来移动输出活塞，移动活塞的循环时间通常较长。第三，驱动输出活塞所需的大量流体需要大容积流体蓄能器的持续加压。 因此，液压机器通常需要大量液压流体来操作，因此需要大的外部容器来保持被任意液压缸的两侧排出的流体体积的差异。 

经典滑阀装置在应用上也受到限制，因为通过阀引起受控流动时，其一般会直接转换为致动器活塞的受控速度。因此，必须使用复杂的系统反馈装置来将速度输入的液压能转换进基于负载位置的系统。将反馈控制装置引入系统限制了其对反馈回路的带宽的响应和阀的响应性，从而，当施加阻力时，反馈装置和阀之间的时间延迟造成系统不稳定。 

在经典伺服系统中运行的经典伺服阀还有其他一些问题。由于上述问题，这些阀和系统在不出现不稳定的情况下不能在高带宽下执行。此外，当多阀系统中不是所有的阀都被使用时，由于泄漏，可能损失大量的能量。最终，阀芯的构造可能受到限制，多个台肩和凹槽形成在单个阀芯上，并且所述单个阀芯用于打开和关闭阀体上成形的压力和回流口。