专利名称：选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制多个工作油缸的液压系统，尤其涉及一种集成化多工作油缸自动控制系统。
背景技术：
直至目前，在液压传动领域实现传动控制的方式有以下三种1、开关控制系统系统由标准的或开关式液压元件，执行元件运动参数的控制精度较低，且不能实现执行件的在线控制(流量、压力)；2、伺服控制系统传动部分或控制部分采用液压伺服机构的系统，执行元件的运动参数能够精确控制，但控制量为模拟量，结构复杂，高成本；且只能在闭环控制系统中使用。3、比例控制系统传动部分或控制部分采用电液比例元件的系统，但控制量为模拟量，结构复杂，高成本。
实用新型内容本实用新型针对以上问题，提供了一种集成化、控制精度高，成本低的选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置。本实用新型的技术方案是包括阀壳、阀芯、阀芯旋转驱动机构、阀芯轴向往复运动驱动机构和压力油源；所述阀壳内设有贯穿所述阀壳的主孔，所述阀壳上设有用于连通压力油源压力油的一个进油口和用于连通多个工作油缸的多个工作出油口、用于连通压力油源油箱的一个返油口和用于连通多个工作油缸的多个工作返油口；所述阀芯为具有中孔的圆柱形，所述阀芯的圆柱面与所述阀壳的主孔液密封连接，所述圆柱面上设有多个工作油槽和多个返油油槽；阀芯表面下设有使所述工作油槽连通所述工作出油口的工作油道，以及使所述返油油槽连通所述工作返油口的返油油道；工作油道与返油油道的出口设在阀芯表面上；所述阀芯旋转驱动机构包括伺服电机一、端盖一、连接件、滑动导向轴和滑动导向键，伺服电机一通过所述端盖一固定连接在所述阀壳主孔的一端，伺服电机一的驱动轴通过所述连接件固定连接所述滑动导向轴，所述滑动导向轴通过所述滑动导向键与所述阀芯的中孔相连；所述阀芯轴向往复运动驱动机构包括伺服电机二、端盖二、丝杆和丝母，所述伺服电机二通过所述端盖二固定连接在所述阀壳的主孔的另一端，伺服电机二的驱动轴通过同轴联轴器固定连接所述丝杆，所述丝母通过轴承固定连接在所述阀芯中孔朝向所述伺服电机二的一端，所述丝杆连接所述丝母；[0015]使得所述阀芯在阀芯旋转驱动机构的驱动下做旋转运动的同时，还能够在阀芯轴向往复运动驱动机构的驱动下进行轴向运动；进而能选择性地使阀芯停留在一个固定位置，使多个工作油孔中的一个选择性地联通多个工作出油口中的任一个或多个，同时使多个返油油槽对应地联通多个工作返油口中的任一个或多个。还包括压力油源调压装置，所述压力油源调压装置包括伺服电机三、阀壳二、先导阀、溢流阀、控制先导阀阀芯的调节杆；所述阀壳二上设有压力油进口、压力油出口、回油进口和回油出口，所述压力油进口与所述压力油源压力油相连，所述压力油出口连接所述进油口，所述回油进口连接所述返油口，所述回油出口连接所述压力油源油箱；所述伺服电机三连接所述调节杆。用于连接两个油缸的所述工作油槽的宽度小于连通所述两个油缸的工作出油口之间的最大距离、大于连通所述两个油缸的工作出油口之间的最小距离；使得阀芯能通过旋转调节两所述工作出油口的工作面积。本实用新型的结构能将数字控制系统引入液压控制系统；将泵(齿轮泵、叶片泵、 柱塞泵)，阀(方向阀、流量阀、压力阀)在空间上最大限度的集成化，在控制上全面的数字化。这样在方向、流量、压力三大参数上实现在线的、无级的、可根据工况实际要求的变化进行实时的控制。由伺服系统或经济型数控系统使伺服电机或步进电机根据工况需求程序化的带动主阀芯进行多工位的轴向线位移和角位移；随着主阀芯位移的变动即对应上阀壳上的进出口和开口度，进而改变油路通道和流量，使执行件的输出速度和方向按工作需求进行变化成为可能。同时，以一受控电机(伺服电机/步进电机)带动溢流阀先导阀芯的轴向进退即控制了进油压力，再以主伺服电机与泵(齿轮泵、叶片泵、柱塞泵)直联，即控制了泵的输出量。如此就使整个应用系统成为受控系统，各执行件成为数控执行件。本实用新型的优点是1)、高可靠性；数控系统已广泛应用于各机床控制之中，其高可靠性，高抗干扰性已成为现实。2)、高密封性；主阀芯与阀体的配合为5级精度，配合间隙< 0.01mm，其内泄漏量达到国家标准。阀体为球墨铸铁，阀芯表面采用高频淬火工艺，可保证阀体与阀芯之间的相对运动在200万次内其泄漏不超标，即耐磨耐用。3)、多执行件性；一个数控应用中心可控制多达20个执行件(油缸、马达)的运动。这是阀芯直径的大小和它表面的槽/孔多路性决定的。4)、在线控制性；数控系统的执行件是伺服电机，伺服电机的旋转角度是按程序执行的。液压油缸(马达)的运动过程(输出力、速度、方向、位置)都可在线变化和确定。5)、高度集成化；一个数控应用中心使各由路的方向阀和流量阀集合为一个主阀体和主阀芯；使分列式阀组得到最大限度的集成。
图1是本实用新型的结构示意图图中1是丝杆连接座，2是丝杆，3是轴承，4是孔腔，5是丝母，6是导向杆，7是进油口，71是工作出油口，8是阀芯，81是工作油槽，82是工作油道，83是工作油道出口，9是阀壳，10是返油口，101是返油油槽，102是返油油道，103是工作返油口，11是端盖一，12是伺服电机一，13是滑动导向键，14是滑动导向轴，15是连接件，16是端盖二，17是伺服电机二，18是工作油缸，19是压力油源，20是伺服电机三，21是阀壳二，22是调节杆，23是回油进口，230是回油出口，24是压力油进口，240是压力油出口，251是先导阀；图2是图1中A-A剖视图图中252是溢流阀；图3是图1中B-B剖面的工作原理示意图图4是本实用新型阀壳一和阀壳二组装后的结构示意图图5是本实用新型的工作原理图图6是本实用新型的一种优化实施方式的原理示意图图中71A是连通A号油缸的工作出油口，71B是连通B号油缸的工作出油口，103A 是连通A号油缸的工作返油口，103B是连通B号油缸的工作返油口。图7-1 7-10是本实用新型第一种实施方式的工作形式参考图图8-1 8-9是本实用新型第二种实施方式的工作形式参考图图9-1 9-10是本实用新型第三种实施方式的工作形式参考图所有附图中的双点划线表示液压油通路。
具体实施方式
本实用新型如图1-5所示包括阀壳9、阀芯8、阀芯旋转驱动机构、阀芯轴向往复运动驱动机构和压力油源19 ；所述阀壳9内设有贯穿所述阀壳9的主孔，所述阀壳9上设有用于连通压力油源 19压力油的一个进油口 7和用于连通多个工作油缸18的多个工作出油口 71、用于连通压力油源19油箱的一个返油口 10和用于连通多个工作油缸18的多个工作返油口 103 ；所述阀芯8为具有中孔的圆柱形，所述阀芯8的圆柱面与所述阀壳9的主孔液密封配合连接，所述圆柱面上设有多个工作油槽81和多个返油油槽101 ；阀芯8表面下设有使所述工作油槽81连通所述工作出油口 71的工作油道82，以及使所述返油油槽101连通所述工作返油口 10的返油油道102 ；工作油道82与返油油道102的出口设在阀芯8表面上；所述阀芯旋转驱动机构包括伺服电机一 12、端盖一 11、连接件15、滑动导向轴14 和滑动导向键13，伺服电机一 12通过所述端盖一 11固定连接在所述阀壳9主孔的一端，伺服电机一 12的驱动轴通过所述连接件15固定连接所述滑动导向轴14，所述滑动导向轴14 通过所述滑动导向键13与所述阀芯8的中孔相连；所述阀芯轴向往复运动驱动机构包括伺服电机二 17、端盖二 16、丝杆2和丝母5， 所述伺服电机二 17通过所述端盖二 16固定连接在所述阀壳9的主孔的另一端，伺服电机二 17的驱动轴通过同轴联轴器固定连接所述丝杆2，所述丝母5通过轴承3固定连接在所述阀芯8中孔朝向所述伺服电机二 17的一端，所述丝杆2连接所述丝母5 ；为提高连接的可靠性，还可以在丝母5与端盖二 16之间增设导向杆6 ；为确保丝杆2轴向运动，在丝母5 以及滑动导向轴14的中心要留有孔腔4 ；使得所述阀芯8在阀芯旋转驱动机构的驱动下做旋转运动的同时，还能够在阀芯轴向往复运动驱动机构的驱动下进行轴向运动；进而能选择性地使阀芯8停留在一个固定位置，使多个工作油槽81中的一个选择性地联通多个工作出油口 71中的任一个或多个，同时使多个返油油槽101对应地联通多个工作返油口 103中的任一个或多个。此外，仅仅依靠液压泵，难以实现精确的压力调节，因此本实用新型还提供了压力调节装置，所述压力油源调压装置包括伺服电机三20、阀壳二 21、先导阀251、溢流阀252、 控制先导阀阀芯的调节杆22 ；所述阀壳二 21上设有压力油进口 24、压力油出口 M0、回油进口 23和回油出口 230，所述压力油进口 M与所述压力油源19的压力油相连，所述压力油出口 240连接所述进油口 7，所述回油进口 23连接所述返油口 10，所述回油出口 230连接所述压力油源19的油箱；所述伺服电机三20连接所述调节杆22。如图4是阀壳二 21直接加装在阀壳一 9上的示意图。在一些特殊场合，例如液压驱动的闸门、同步进给的工作台灯，均需一对同步运行的油缸18A和18B，如图6所示。此时，阀芯8上用于连通油缸18A有杆腔的工作出油口 71A、 用于连通油缸18B有杆腔的工作出油口 71B之间最大距离(即外缘的距离)大于工作油槽 81的宽度；最小距离(即内缘的距离)小于工作油槽81的宽度，以确保能够连通三者(工作油槽81、工作出油口 71A和工作出油口 71B)。这样设置的目的是使得阀芯8能通过微量的旋转来调节两所述工作出油口 71A和工作出油口 71B的工作面积。即如果A缸滞后，增大工作出油口 71A的工作面积，同时减小工作出油口 71B的工作面积。当然，连通A号油缸的工作返油口 103A、连通B号油缸的工作返油口 1(Χ3Β和返油油槽101的设置模式与前述出油口的方式一致。为进一步说明本实用新型所实现的选择性控制多个工作油缸的技术方案，再结合图7-1 7-10、图8-1 8-10和图9_1 9_10来详细说明。为能实际体现工作原理，图中仅保留了旋转状态，轴向状态运动进行了省略。因为工作油槽81在阀芯8表面的形状是复杂的，可能是“一”字形、斜一字形、L形、弧形、S形等等。它是以工作需要和各执行件的相互关系而定。图7-1 7-10是工作油槽81第一种布设形式的工作状态示意图，图中阀芯8上部设有五个工作出油口 Α、B、C、D、Ε，与其对应还设有五个工作返油口 a、b、c、d、e,该五条通路分别连接五个工作油缸。图7-1为非工作状态，五条通路均截止；图7-2阀芯8旋转了一定角度，使得工作出油口 A处于工作状态，同时工作返油口 a也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17 转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-3工作出油口 A、B处于工作状态，同时工作返油口 a、b也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-4工作出油口 A、B、C处于工作状态，同时工作返油口 a、b、c也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-5工作出油口 B、C，D处于工作状态，同时工作返油口 b、c、d也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-6工作出油口 A、C，D、E处于工作状态，同时工作返油口 a、c，d、e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-7工作出油口 B、D、E处于工作状态，同时工作返油口 b、d、e也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图7-8工作出油口 C、E处于工作状态，同时工作返油c、e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动， 还原至前一位置。油缸换向。图7-9工作出油口 D处于工作状态，同时工作返油d也处于工作状态；工作完成， 电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原
至前一位置。油缸换向。图7-10工作出油口 E处于工作状态，同时工作返油e也处于工作状态；工作完成， 电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-1 图8-9是工作油槽81第二种布设形式的工作状态示意图，图8-1为非工作状态，五条通路均截止；图8-2阀芯8旋转了一定角度，使得工作出油口 A处于工作状态，同时工作返油口 a也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17 转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-3工作出油口 B处于工作状态，同时工作返油口 b也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动， 还原至前一位置。油缸换向。图8-4工作出油口 A，C处于工作状态，同时工作返油口 a，c也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-5工作出油口 A，B，D处于工作状态，同时工作返油口 a，b，d也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-6工作出油口 A，B, C，E处于工作状态，同时工作返油口 a，b，c，e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-7工作出油口 B，C，D处于工作状态，同时工作返油口 b，c，d也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图8-8工作出油口 C，D，E处于工作状态，同时工作返油口 c，d，e也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。
7[0068]图8-9工作出油口 D，E处于工作状态，同时工作返油口 d，e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-1 图9-10是工作油槽81第三种布设形式的工作状态示意图。图9-1工作出油口 C处于工作状态，同时工作返油口 c也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动， 还原至前一位置。油缸换向。图9-2工作出油口 D处于工作状态，同时工作返油口 d也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动， 还原至前一位置。油缸换向。图9-3工作出油口 A，E处于工作状态，同时工作返油口 a，e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-4工作出油口 A，B处于工作状态，同时工作返油口 a，b也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-5工作出油口 B，C处于工作状态，同时工作返油口 b，c也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-6工作出油口 A，C，D处于工作状态，同时工作返油口 a，c，d也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-7工作出油口 B，D，E处于工作状态，同时工作返油口 b，d，e也处于工作状态； 工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12 转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-8工作出油口 C，E处于工作状态，同时工作返油口 c，e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-9工作出油口 A，D处于工作状态，同时工作返油口 a，d也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。图9-10工作出油口 B，E处于工作状态，同时工作返油口 b，e也处于工作状态；工作完成，电机12转动实现阀芯轴向位移至各油口封闭状态，电机17转动180° ；电机12转动，还原至前一位置。油缸换向。如果工作需要，各油口的开口量是可以由大到小或由小到大变化的，这由伺服电机的输出转速确定。
权利要求1.选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置，其特征在于，包括阀壳、阀芯、阀芯旋转驱动机构、阀芯轴向往复运动驱动机构和压力油源；所述阀壳内设有贯穿所述阀壳的主孔，所述阀壳上设有用于连通压力油源压力油的一个进油口和用于连通多个工作油缸的多个工作出油口、用于连通压力油源油箱的一个返油口和用于连通多个工作油缸的多个工作返油口；所述阀芯为具有中孔的圆柱形，所述阀芯的圆柱面与所述阀壳的主孔液密封连接，所述圆柱面上设有多个工作油槽和多个返油油槽；阀芯表面下设有使所述工作油槽连通所述工作出油口的工作油道，以及使所述返油油槽连通所述工作返油口的返油油道；工作油道与返油油道的出口设在阀芯表面上；所述阀芯旋转驱动机构包括伺服电机一、端盖一、连接件、滑动导向轴和滑动导向键， 伺服电机一通过所述端盖一固定连接在所述阀壳主孔的一端，伺服电机一的驱动轴通过所述连接件固定连接所述滑动导向轴，所述滑动导向轴通过所述滑动导向键与所述阀芯的中孔相连；所述阀芯轴向往复运动驱动机构包括伺服电机二、端盖二、丝杆和丝母，所述伺服电机二通过所述端盖二固定连接在所述阀壳的主孔的另一端，伺服电机二的驱动轴通过同轴联轴器固定连接所述丝杆，所述丝母通过轴承固定连接在所述阀芯中孔朝向所述伺服电机二的一端，所述丝杆连接所述丝母；使得所述阀芯在阀芯旋转驱动机构的驱动下做旋转运动的同时，还能够在阀芯轴向往复运动驱动机构的驱动下进行轴向运动；进而能选择性地使阀芯停留在一个固定位置，使多个工作油孔中的一个选择性地联通多个工作出油口中的任一个或多个，同时使多个返油油槽对应地联通多个工作返油口中的任一个或多个。
2.根据权利要求1所述的选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置，其特征在于，还包括压力油源调压装置，所述压力油源调压装置包括伺服电机三、阀壳二、先导阀、溢流阀、控制先导阀阀芯的调节杆；所述阀壳二上设有压力油进口、压力油出口、回油进口和回油出口，所述压力油进口与所述压力油源压力油相连，所述压力油出口连接所述进油口， 所述回油进口连接所述返油口，所述回油出口连接所述压力油源油箱；所述伺服电机三连接所述调节杆。
3.根据权利要求1所述的选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置，其特征在于，用于连接两个油缸的所述工作油槽的宽度小于连通所述两个油缸的工作出油口之间的最大距离、大于连通所述两个油缸的工作出油口之间的最小距离；使得阀芯能通过旋转调节两所述工作出油口的工作面积。
专利摘要选择性控制多个工作油缸的数字液压控制装置。集成化、控制精度高，成本低的选择性控制多个工作油缸。包括阀壳、阀芯、阀芯旋转驱动机构、阀芯轴向往复运动驱动机构和压力油源；阀壳内设有贯穿所述阀壳的主孔，阀壳上设有一个进油口和多个工作出油口、一个返油口和多个工作返油口；阀芯为具有中孔的圆柱形，柱面上设有多个工作油槽和多个返油油槽；阀芯表面下设工作油道，及返油油道；阀芯旋转驱动机构包括伺服电机一、端盖一、连接件、滑动导向轴和滑动导向键；使得阀芯在驱动下做旋转运动的同时，还能够进行轴向运动；进而能选择性地使阀芯停留在一个固定位置，使多个工作油孔中的一个选择性地联通多个工作出油口中的任一个或多个。
文档编号F15B11/16GK201972981SQ20102068351
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者方伟, 江正庆, 龚万选 申请人:扬州瘦西湖仪表有限公司