一种数字流体与连续流体复合控制的液压阀单元及其控制方法
技术领域
本发明属于液压阀控制领域，具体涉及一种数字流体与连续流体复合控制的液压阀单元及其控制方法。
背景技术
液压阀是液压系统的关键控制元件，以比例阀为代表的的液压阀目前被广泛地运用在各类液压系统中，因为比例阀输出的油液体积大，被控负载响应快，运动速度快，但是，比例阀输出的流量脉动也更大，与之相连的油腔也更容易产生压力脉冲，被控负载容易抖动，导致控制精度降低；而高速开关阀，其输出的油液体积小，被控负载响应慢，运动速度慢，但是，高速开关阀输出的流量脉动也更小，与之相连的油腔也更不容易产生压力脉冲，被控负载不容易抖动，因此高速开关阀虽然提高了控制精度，但是被控制负载的运动速度会降低，其动态特性也会受到影响。因此，将大流量的比例阀和小流量的高速开关阀复合，既能适用于快速运动控制，实现被控对象的高动态响应，也能适用于高精度控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种数字流体与连续流体复合控制的液压阀单元及其控制方法，本发明将四个两位两通高速开关阀组成的全桥回路和一个三位四通的比例阀并联，对负载进行控制。
本发明公开了一种数字流体与连续流体复合控制的液压阀单元，包括一个三位四通比例阀和四个两位两通高速开关阀；其中四个所述的开关阀均安装在所述的比例阀内部：比例阀阀块上开有A、B、P、T四个接口，其中P口、T口开在阀块侧面，A口、B口开在阀块底面；比例阀的A、B口连接负载两端，P口为进油口，T口连接油箱，其中P口可通过内部油路直接与A口或B口连通；同时T口可通过内部油路直接与B口或A口连通；
所述比例阀的A口通过阀块内开设的油路支路分别与第一开关阀的进油口、第二开关阀的出油口接通，比例阀的B口通过阀块内开设的油路支路分别与第四开关阀的进油口、第三开关阀出油口接通；比例阀的P口通过阀块内开设的油路支路分别与第二开关阀的进油口、第三开关阀进油口接通，比例阀的T口通过阀块内开设的油路支路分别与第一开关阀的出油口、第四开关阀出油口接通。
作为本发明的一个方案，所述的比例阀的阀口尺寸大于开关阀的阀口尺寸。用户可根据情况需要设定两者尺寸关系，如比例阀的阀口尺寸为开关阀两倍或以上。
作为本发明的另一个方案，所述的比例阀的阀口尺寸小于开关阀的阀口尺寸。用户同样可根据情况需要设定两者尺寸关系，如开关阀的阀口尺寸为比例阀两倍或以上。
作为本发明的另一个方案，所述的比例阀阀块的顶面设有四个开关阀安装孔，四个两位两通高速开关阀均安装在开关阀安装孔内，且使得开关阀的进油口与出油口通过开设在阀块内部的油路支路与比例阀相应的油口相通。
针对比例阀的阀口尺寸大于开关阀的阀口尺寸的控制单元。本发明还公开了一种控制方法，具体如下：负载连接比例阀的A口和B口，设负载需要实现从A口进油、B口出油的运动；在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与A口和B口连通；油路经过P口、A口、负载、B口、T口而导通；此时负载快速运动，但控制精度较低；
当负载快到达目标位置时，通过比例阀阀芯的运动关闭比例阀，即比例阀的P口和A口阻断，B口和T口阻断；此时开启第二开关阀、第四开关阀，保持第一开关阀和第三开关阀关闭，第二开关阀、第四开关阀的进油口和出油口连通，油路经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口而导通；此时负载运动速度较慢，但精准控制高，使负载精确停在目标位置。同理可知负载需要实现从B口进油、A口出油的运动的控制方法。
进一步的，在负载开始运动的初始时刻，在比例阀工作的同时，使高速开关阀也参与工作；
若负载需要实现从A口进油、B口出油的运动，则在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与A口和B口连通；同时开启第二开关阀和第四开关阀，关闭第一开关阀和第三开关阀，油路还经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口而导通；
若负载需要实现从B口进油、A口出油的运动，则在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与B口和A口连通，同时开启第一开关阀和第三开关阀，关闭第二开关阀和第四开关阀，油路还经过P口、第三开关阀、B口、负载、A口、第一个开关阀、T口而导通。
针对比例阀的阀口尺寸小于开关阀的阀口尺寸的控制单元。本发明还公开了一种控制方法，具体如下：负载连接比例阀的A口和B口，设负载需要实现从A口进油、B口出油的运动；在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与A口和B口连通；油路经过P口、A口、负载、B口、T口而导通；同时开启第二开关阀和第四开关阀，关闭第一开关阀和第三开关阀，油路还经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口而导通；当负载快到到达目标位置时；关闭所有的开关阀，油路仅经比例阀的P口、A口、负载、B口、T口而导通，即只采用比例阀进行精确控制。同理可知负载需要实现从B口进油、A口出油的运动的控制方法。
与现有技术相比，本发明具有的优点是：
(1)本发明可实现分阶段控制，在空行程的时候可以将比例阀和高速开关阀配合使用，达到输出流量最大化，控制负载快速运动，可节省大量的时间。
(2)接近目标位置时，可以单独关闭比例阀，只开启高速开关阀，降低输出流量，实现负载精准控制。本方案可在多种情况下作业，弥补了单一液压阀控制下受限较大的不足。
(3)本方案在结构上，高速开关阀是采用嵌入式安装，与传统结构相比节省了大量的材料成本且外形更加紧凑精致。
附图说明
图1为本发明液压阀单元的液压原理图；
图2为本发明液压阀单元的外部示意图；
图3为本发明液压阀单元的进油口示意图；
图4为本发明液压阀单元的工作油口示意图
图5为本发明液压阀单元的剖视结构示意图；
图6为本发明液压阀单元的俯视油路示意图；
图7为本发明高速开关阀剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1-7所示，本发明公开了一种数字流体与连续流体复合控制的液压阀单元，包括一个三位四通比例阀和四个两位两通高速开关阀；其中四个所述的开关阀均安装在所述的比例阀内部，比例阀阀块上开有A、B、P、T四个接口，其中P口、T口开在阀块侧面，A口、B口开在阀块底面；油路可以不经高速开关阀而直接在比例阀里回流，即油路可以按进油口、P口、A(B)口、负载、B(A)口、T口、油箱的方式回流。
所述比例阀的A口通过阀块内开设的油路支路分别与第一开关阀3-1的进油口、第二开关阀3-2的出油口接通，比例阀的B口通过阀块内开设的油路支路分别与第四开关阀3-4的进油口、第三开关阀3-3出油口接通；比例阀的P口通过阀块内开设的油路支路分别与第二开关阀3-2的进油口、第三开关阀3-3进油口接通，比例阀的T口通过阀块内开设的油路支路分别与第一开关阀3-1的出油口、第四开关阀3-4出油口接通。本实施例的油路也可以经高速开关阀回流，即油路可以按进油口、P口、第二开关阀(第三开关阀)、A(B)口、负载、B(A)口、第四个开关阀(第一开关阀)、T口、油箱的方式回流，在发明中该油路称为高速开关阀桥路。
如图5所示，为本发明实施例中的三位四通比例阀的结构示意图，除比例阀阀块1和阀块内开设的PTAB口及油道外，比例阀的主要部件为阀芯4和左右两个电磁铁组件，每个电磁铁组件2主要包括垫圈5、复位弹簧6、电磁铁7、线圈8、隔磁环9，垫圈5起到缓冲电磁铁冲力的作用，复位弹簧6用于电磁铁的复位，线圈用于驱动电磁铁6，隔磁环9起到隔磁作用。本实施例的三位四通比例阀除安装有四个高速开关阀和设置有配合高速开关阀的油路支路外，其阀芯、油路和电磁铁组件均与现有技术中的三位四通比例阀相同；左右两个电磁铁组件可推动阀芯4的移动，使得比例阀关闭或处于不同的工作模式，其中阀芯移动到特定位置时，P口可通过内部油路直接与A口或B口连通；同时T口可通过内部油路直接与B口或A口连通，即油路可以按进油口、P口、A(B)口、负载、B(A)口、T口、油箱的方式不经高速开关阀回流。
如图7所示，为本发明的两位两通高速开关阀的结构示意图，本实施例的高速开关阀可选用现有技术中的高速开关阀，其设置在比例阀的阀块上，有端盖14进行密封，高速开关阀主要组件包括推杆11，驱动推杆的小线圈10；珠子12设置在护环13内起到决定开关阀关闭的作用，推杆11可推动珠子12使开关阀闭。两位两通高速开关阀的出油口和进油口通过油路支路与比例阀相应的油口相连。
如图6所示，为本发明液压阀单元的俯视油路示意图；高速开关阀的出油口和进油口通过油路支路与比例阀相应的油口相连。
作为本发明的一个方案，所述的比例阀的阀口尺寸大于开关阀的阀口尺寸。参照图1，当需要负载从A往B方向运动时，先开启大流量的比例阀，靠近B端的大电磁铁通电，使得阀芯向A端移动，比例阀的P口和A口连通，B口和T口连通，这时油路经过P口、A口、负载、B口、T口。此时负载运动速度很快(从A往B方向运动)，但是控制精度低，当负载快到到达目标位置时，关闭大流量的比例阀，阀芯将比例阀的P口和A口阻断，B口和T口阻断，只开启小流量的高速开关阀，此时第二、第四开关阀的小电磁铁通电，顶杆推开珠子，使其无法堵住通孔，开关阀的进油口和出油口连通，这时油路经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口。此时负载运动速度慢，但能够精准控制，使负载精确停在目标位置。当需要负载从B往A方向运动时同理。
在上述方案中，可考虑在负载开始运动的初始时刻，进一步增大阀门流量，具体方案为，在负载开始运动的初始时刻，在比例阀工作的同时，使高速开关阀也参与工作；
若负载需要实现从A口进油、B口出油的运动，则在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与A口和B口连通；同时开启第二开关阀和第四开关阀，关闭第一开关阀和第三开关阀，油路还经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口而导通；
若负载需要实现从B口进油、A口出油的运动，则在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与B口和A口连通，同时开启第一开关阀和第三开关阀，关闭第二开关阀和第四开关阀，油路还经过P口、第三开关阀、B口、负载、A口、第一个开关阀、T口而导通。
作为本发明的另一个方案，所述的比例阀的阀口尺寸小于开关阀的阀口尺寸。参照图1，此时为大流量的高速开关阀和小流量的比例阀配合。因为高速开关阀动态响应好，而先导比例阀有死区，响应慢，所以在负载运动初期阶段，采用高速开关阀桥路，使负载快速响应指令，同时，比例阀也进行运动，越过死区，参与负载运动的控制。两个控制的效果进行叠加，进一步加快负载运动，当负载马上要接近目标位置时，高速开关阀桥路关闭，只保留比例阀进行控制。因为高速开关阀的启闭容易产生流量波动，对负载的精准定位造成影响，因此，在后期只采用比例阀进行精确控制。
具体方案如下：负载连接比例阀的A口和B口，设负载需要实现从A口进油、B口出油的运动；在负载开始运动的初始时刻，通过比例阀阀芯的移动，使P口和T口分别与A口和B口连通；油路经过P口、A口、负载、B口、T口而导通；同时开启第二开关阀和第四开关阀，关闭第一开关阀和第三开关阀，油路还经过P口、第二开关阀、A口、负载、B口、第四个开关阀、T口而导通；当负载快到到达目标位置时；关闭所有的开关阀，油路仅经比例阀的P口、A口、负载、B口、T口而导通，即只采用比例阀进行精确控制。同理可知负载需要实现从B口进油、A口出油的运动的控制方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
