[发明专利]一种多级流量增益的二通比例插装阀

说明书

 

技术领域

本发明是涉及一种电液比例插装阀，尤其涉及一种可实现大流量和小流量快速切换的变增益二通比例插装阀。

 

背景技术

电液比例系统广泛应用于冶金、船舶、工程机械和军事重工等诸多领域，其核心元件是电液比例阀。伴随大型装备对运行速度、控制精度的要求日益提高，电液比例阀正朝着大流量、高频响和高精度方向发展，其中电液比例插装阀是该领域重点发展方向之一。比例插装阀具有流通能力强且可靠性高等优点，尤其适用于系统速度快、响应频率高和通油流量大的大型装备中（如大型复合材料压机、锻造操作机、注塑机、矿用自卸车和军用重载运输车等），成为了上述装备液压控制系统的核心元件。

对于一些高端液压成型装备，其工作过程常具有多工况动作特性，且工况间所需流量变化大。例如在复合材料压机中，惯性压制、回程等工况需大流量，而处于低压精确压制工况时，则需小流量控制，这对电液比例插装阀的流量适应性提出了更高的要求。然而，常规的电液比例插装阀仅具有大流量控制功能，在小流量工况时无法实现精确控制，严重影响了控制精度。

为了同时满足大流量和小流量工况的要求，当前的设计方式主要有两种：变面积梯度的阀芯阀套和多阀并联控制。（1）在变面积梯度阀芯阀套方面：通过增加大流量插装阀阀芯端部长度，使延长部分与阀套形成环形液阻，实现大流量阀芯开启初始时的小流量控制（如参考专利201110147647.3）；或改变阀芯前段形状为曲面锥形、或开半圆型槽口形状，实现开启时为小流量，后段实现大流量（如参考专利EP03011802、200820157464.3）；或阀芯通过二级阀芯耦合，小流量阀芯安装在大流量阀芯上，前段实现小流量阀芯工作，后段通过小流阀芯驱动大流量开启实现变流量增益（如参考专利201310025922.3）。（2）在多阀并联控制方面：通过两个或者多个阀协同控制同一被控对象，即采用并联阀芯结构且各主阀芯独立可控，实现流量的多级可调，同时，在保证大流量的基础上，仍可满足高频响的要求。（如参考专利201310362016.2、201110127418.5、200810061616.4）。现有专利设计有助于满足大流量和小流量工况的复合应用要求，但仍存在以下一些不足，主要表现为：

1）大、小流量工况切换点固定，行走装备及高速压制等装备负载变化剧烈的工况无法有效适应。在大流量阀的设计中，多数阀为适应小流量工况需要，在阀芯端部开有V型、半圆形或梯形等结构型式的阀槽，可实现阀芯开启初期过程的小流量控制，穿越该段区域后再进入大流量工况。此类结构的阀在控制时，必须先通过小流量工况再进入大流量工况，且小流量与大流量的转换点由机械结构固定。当多数压机控制工况需要直接大流量控制时，此类阀必须先经过小流量工况才能进入大流量工况，开启时间过长，启动快速性差；此外，多数行走装备或高速执行器需及时响应负载状况，在任意位置实现大、小流量的切换以符合负载的高低速变化要求，此类阀也由于机械结构的限制无法实现任意位置的流量切换，造成其负载适应性不足。

2）流量增益级数少，在高速运行工况下的控制精度差。当前大流量比例插装阀的设计多采用二级变增益结构，即阀具有两级流量增益。为同时满足各类装备对大、小流量的性能要求，如高速运行工况的精确控制，起始阶段需要大流量高速运行，终端位置需要小流量精确控制。在控制时，由于该类阀的两组面积梯度往往相差较大、跳变剧烈，在执行器高速运动过程中难以保证其终端位置的控制精度，使其在高速高精度控制中严重受限。

3）在大范围流量压力调节中不可避免的产生瞬时强冲击，显著降低大型高端装备的控制性能。针对大型液压装备而言，一般都具有运行速度快、精度高等特点，且在不同工况下对系统流量的要求差异大，流量变化范围宽。传统的大流量比例插装阀，其流量增益级数有限，无法适应大范围流量变化的要求，进而导致流量或压力调节过程中的瞬态冲击，显著降低了控制系统的稳定性与精度。

发明内容

本发明目的是提供一种多级流量增益的二通比例插装阀，通过级联式阀芯阀套结构，在任意位置实现比例插装阀的大流量增益和小流量增益切换；同时，在级联阀芯中设置阵列式插销锥阀，通过控制各插销锥阀的启闭，实现多级流量增益的切换。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多级流量增益的二通比例插装阀，其特征在于自上而下包括位移传感器、上阀套、插销锥阀阵列和级联阀芯、下阀套、弹簧、阀芯、级联端盖。