RU2828817C1 - Direct-action proportional hydraulic control valve with coordinate control - Google Patents
Direct-action proportional hydraulic control valve with coordinate control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828817C1 RU2828817C1 RU2024100296A RU2024100296A RU2828817C1 RU 2828817 C1 RU2828817 C1 RU 2828817C1 RU 2024100296 A RU2024100296 A RU 2024100296A RU 2024100296 A RU2024100296 A RU 2024100296A RU 2828817 C1 RU2828817 C1 RU 2828817C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spool
- stepper motor
- housing
- spring
- cover
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к гидравлическим распределителям, и может быть использовано в гидравлических системах мобильных машин: зерноуборочных комбайнов и тракторах - при использовании автопилотов, проходческих комбайнов, дизель-гидравлических тягачах, везде, где есть необходимость бесступенчатого регулирования скорости рабочего органа.The invention relates to hydraulic distributors and can be used in hydraulic systems of mobile machines: grain harvesters and tractors - when using autopilots, roadheaders, diesel-hydraulic tractors, wherever there is a need for stepless regulation of the speed of the working element.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен пропорциональный гидрораспределитель, выпускаемый компанией Atos, с условным обозначением DPZO-LES-PS-17 (URL:https://www.pyphidraulica.com.ar/catalogo/F175.pdf), который содержит силовой распределитель и распределитель пилотного каскада. Распределитель пилотного каскада установлен сверху на корпус силового распределителя. Распределитель пилотного каскада содержит корпус с запрессованной в него гильзой и размещенным в гильзе золотником, электромагнит и пружину, размещенную в задней крышке. Силовой распределитель содержит корпус с запрессованной в него гильзой и размещенным в гильзе золотником. В передней и задней крышках, силового распределителя установлены пружины, на которые опирается золотник силового распределителя. На одной из крышек силового распределителя установлен датчик линейного перемещения. Второй датчик линейного перемещения установлен на распределитель пилотного каскада. Масса пропорционального гидрораспределителя: 9-9,7 кг.The prior art discloses a proportional hydraulic distributor manufactured by Atos with the symbol DPZO-LES-PS-17 (URL: https://www.pyphidraulica.com.ar/catalogo/F175.pdf), which comprises a power distributor and a pilot cascade distributor. The pilot cascade distributor is mounted on top of the power distributor housing. The pilot cascade distributor comprises a housing with a sleeve pressed into it and a spool valve located in the sleeve, an electromagnet and a spring located in the rear cover. The power distributor comprises a housing with a sleeve pressed into it and a spool valve located in the sleeve. Springs are installed in the front and rear covers of the power distributor, on which the spool valve of the power distributor rests. A linear displacement sensor is installed on one of the covers of the power distributor. The second linear displacement sensor is installed on the pilot cascade distributor. Weight of proportional hydraulic distributor: 9-9.7 kg.
Пропорциональный гидрораспределитель имеет силовую зависимость положения золотника, вдоль своей оси, относительно гильзы. Из-за непостоянства гидродинамических сил, приложенных к золотнику, не удается достичь строгой пропорциональной зависимости между силой тока, приходящей на катушки электромагнита и координатой положения золотника. Это является причиной, по которой на пропорциональные гидрораспределители устанавливают датчики линейного перемещения, что усложняет и удорожает конструкцию. Кроме того, из-за того, что золотник опирается на пружины имеет место значительный колебательный переходный процесс, который возникает при отработке золотником команды на занятие нового положения.The proportional hydraulic distributor has a force dependence of the spool position along its axis relative to the sleeve. Due to the inconstancy of the hydrodynamic forces applied to the spool, it is not possible to achieve a strict proportional dependence between the current strength coming to the electromagnet coils and the spool position coordinate. This is the reason why linear displacement sensors are installed on proportional hydraulic distributors, which complicates and increases the cost of the design. In addition, due to the fact that the spool rests on springs, a significant oscillatory transient process occurs, which occurs when the spool processes a command to take a new position.
Для уменьшения влияния гидродинамической силы на координату положения золотника, пружины, на которые опирается золотник, делают достаточно жесткими, что увеличивает потребную силу, которую должен развивать электромагнит и приводит к тому, что на распределители с условным проходом DN≥10 мм ставят распределители пилотного каскада - для гидравлического управления золотником силового распределителя, т.к. габариты электромагнитов и потребляемая ими мощность становятся недопустимо большими.To reduce the influence of hydrodynamic force on the coordinate of the spool position, the springs on which the spool rests are made sufficiently rigid, which increases the required force that the electromagnet must develop and leads to the fact that pilot cascade distributors are installed on distributors with a nominal bore of DN≥10 mm - for hydraulic control of the power distributor spool, since the dimensions of the electromagnets and the power they consume become unacceptably large.
Также из уровня техники известен пропорциональный электрогидравлический распределитель прямого действия (RU 212361 U1, опубл. 19.07.2022 г.; МПК: F16K 31/06, Е21С 35/24, E21D 23/16). Устройство содержит корпус с рабочими каналами линий нагнетания, слива и потребителя, с размещенным в нем и центрированным возвратными пружинами золотником, выполненным с возможностью перемещения из нейтральной позиции в нужное конечное положение под действием пропорционального электромагнита. Электромагнит содержит электромагнитную муфту с якорем и подвижный полюс, расположенный внутри электромагнитной муфты соосно с якорем. Ближний к якорю конец золотника жестко соединен с ним, а к подвижному полюсу электромагнитной муфты через винтовую передачу присоединен вал гибридного шагового двигателя, закрепленного на торце корпуса гидрораспределителя. На другом торце корпуса закреплена крышка, в которой установлена возвратная пружина.Also known from the prior art is a direct-acting proportional electrohydraulic distributor (RU 212361 U1, published on 19.07.2022; IPC: F16K 31/06, E21C 35/24, E21D 23/16). The device comprises a housing with working channels of the discharge, drain and consumer lines, with a spool valve placed therein and centered by return springs, made with the possibility of moving from a neutral position to the desired end position under the action of a proportional electromagnet. The electromagnet comprises an electromagnetic clutch with an anchor and a movable pole located inside the electromagnetic clutch coaxially with the anchor. The end of the spool valve closest to the anchor is rigidly connected to it, and the shaft of a hybrid stepper motor fixed to the end of the hydraulic distributor housing is connected to the movable pole of the electromagnetic clutch via a screw gear. A cover is fixed to the other end of the housing, in which a return spring is installed.
Наличие электромагнитной муфты, якоря и подвижного полюса в этом распределителе является усложнением и удорожанием конструкции, кроме того, не способствует уменьшению габаритных размеров.The presence of an electromagnetic clutch, anchor and movable pole in this distributor complicates and increases the cost of the design, and does not contribute to reducing the overall dimensions.
Наличие двух достаточно жестких пружин, на которые опирается золотник (с ≈20 кН/м, для примера из описания патента для проходных каналов до 16 мм) создает условия для колебательного переходного процесса, в момент, когда золотник центрируется пружинами. Для того, чтобы колебания золотника, в момент его центрирования, не приводили к колебаниям расхода жидкости, требуется достаточное для этого положительное перекрытие, что влияет на величину зоны нечувствительности расходной характеристики: она увеличивается, по сравнению с золотником, который не имеет колебательного переходного процесса. Увеличение зоны нечувствительности является недостатком. Для возврата золотника в нейтральное положение при отключении электромагнитной муфты требуется, чтобы шаг резьбы в винте и подвижном полюсе, был достаточно большим для смещения подвижного полюса якорем, иными словами, резьба не может быть самотормозящейся. Но, в таком случае, всегда имеет место передача сил и моментов на вал шагового двигателя в процессе работы со стороны золотника, что ведет к снижению ресурса шагового двигателя.The presence of two sufficiently rigid springs on which the spool valve rests (with ≈20 kN/m, for example from the patent description for flow channels up to 16 mm) creates conditions for an oscillatory transient process, at the moment when the spool valve is centered by the springs. In order for the spool valve oscillations, at the moment of its centering, not to lead to oscillations of the liquid flow rate, a sufficient positive overlap is required, which affects the value of the dead zone of the flow characteristic: it increases, compared to the spool valve, which does not have an oscillatory transient process. An increase in the dead zone is a disadvantage. To return the spool valve to the neutral position when the electromagnetic clutch is disconnected, it is necessary that the thread pitch in the screw and the movable pole be large enough to shift the movable pole by the anchor, in other words, the thread cannot be self-braking. But, in this case, there is always a transfer of forces and moments to the stepper motor shaft during operation from the spool valve, which leads to a decrease in the resource of the stepper motor.
Ближайшим аналогом является цифровой управляющий гидрораспределитель (RU 2686242 С1, опубл. 24.04.2019; МПК: F16K 13/044). Устройство содержит корпус с передней и задней крышками, гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником. На передней боковой крышке установлен цифровой шаговый электродвигатель. К задней боковой крышке прижат один конец предварительно сжатой пружины, второй конец которой прижат шайбой к одному торцу золотника, второй торец которого прижат к упору, размещенному в корпусе и закрепленному в осевом направлении изолирующей вставкой, через отверстие которой проходит безрезьбовая часть винта-толкателя, а его резьбовая часть ввинчена в гайку, соосно закрепленную на валу цифрового шагового электродвигателя и удерживаемую в корпусе подшипником и стопорным кольцом.The closest analogue is the digital control hydraulic distributor (RU 2686242 C1, published 24.04.2019; IPC: F16K 13/044). The device comprises a housing with front and rear covers, a sleeve installed inside the housing with a spool valve coaxially located in it. A digital stepper motor is installed on the front side cover. One end of a pre-compressed spring is pressed against the rear side cover, the second end of which is pressed by a washer to one end of the spool valve, the second end of which is pressed against a stop located in the housing and fixed in the axial direction by an insulating insert, through the hole of which the threadless part of the pusher screw passes, and its threaded part is screwed into a nut coaxially fixed on the shaft of the digital stepper motor and held in the housing by a bearing and a retaining ring.
Недостатком известного технического решения является то, что момент инерции вращающихся частей трансмиссии, при наличии вращающейся гайки, больше момента инерции вращающихся частей трансмиссии, в случае, когда вращается винт, а гайка неподвижна. Больший момент инерции вращающихся частей трансмиссии ведет к ухудшению динамических показателей привода. Кроме того, в устройстве не обеспечивается возврат золотника в нейтральное положение при отключении питания золотника, т.е. при обесточивании золотник остается в текущем положении, что противоречит требованию, согласно которому, при обесточивании золотник должен занимать нейтральное положение. Наличие изолирующей вставки увеличивает габаритные размеры цифрового управляющего гидрораспределителя. Непостоянство контакта между винтом-толкателем и торцом золотника, а также необходимость поиска электрического контакта как сигнала о соприкосновении винта-толкателя и торца золотника усложняет конструкцию. The disadvantage of the known technical solution is that the moment of inertia of the rotating parts of the transmission, in the presence of a rotating nut, is greater than the moment of inertia of the rotating parts of the transmission, in the case when the screw rotates and the nut is stationary. A greater moment of inertia of the rotating parts of the transmission leads to deterioration of the dynamic performance of the drive. In addition, the device does not provide for the return of the spool to the neutral position when the power supply to the spool is disconnected, i.e. when de-energized, the spool remains in the current position, which contradicts the requirement that when de-energized, the spool should occupy a neutral position. The presence of an insulating insert increases the overall dimensions of the digital control hydraulic distributor. Inconsistency of contact between the screw-pusher and the end of the spool, as well as the need to search for an electrical contact as a signal of contact between the screw-pusher and the end of the spool complicates the design.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание пропорционального гидравлического распределителя прямого действия с координатным управлением, в котором исключается силовая зависимость положения золотника, передача сил и моментов на вал шагового двигателя в процессе работы со стороны золотника, обеспечивается выход золотника в нейтральное положение при прекращении подачи электропитания на блок управления.The objective of the present invention is to create a proportional hydraulic distributor of direct action with coordinate control, in which the force dependence of the spool position is eliminated, the transmission of forces and moments to the stepper motor shaft during operation from the spool side is eliminated, and the spool is ensured to reach a neutral position when the power supply to the control unit is terminated.
Данная задача решается заявленным изобретением за счет достижения такого технического результата, как улучшение динамических и статических показателей устройства.This problem is solved by the claimed invention by achieving such a technical result as improving the dynamic and static performance of the device.
Заявленный технический результат в отношении элементов устройства достигается следующим.The declared technical result in relation to the elements of the device is achieved as follows.
Предложен пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением, содержащий корпус с передней и задней крышками, гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником, управляемым шаговым электродвигателем через винтовую пару с одной стороны и опирающийся на подпружиненный толкатель с другой стороны. С одной стороны, подпружиненный толкатель, опирающийся на левый торец золотника, проходит через отверстие в задней крышке, а с другой стороны, подпружиненный толкатель размещен в зоне чувствительности оптического датчика, закрепленного в крышке датчика, расположенного со стороны задней крышки. В передней крышке выполнено посадочное место для гайки винтовой пары, а вал шагового двигателя соединен посредством муфты с вращающимся винтом винтовой пары, выполненным с малым шагом резьбы. При этом шаговый двигатель расположен в корпусе трансмиссии с установленным на нем блоком электроники, содержащем батарею ионисторов для возврата золотника в нейтральное положение.A direct-acting proportional hydraulic distributor with coordinate control is proposed, comprising a housing with a front and rear covers, a sleeve installed inside the housing with a spool valve coaxially located therein, controlled by a stepper electric motor through a screw pair on one side and resting on a spring-loaded pusher on the other side. On one side, the spring-loaded pusher, resting on the left end of the spool valve, passes through an opening in the rear cover, and on the other side, the spring-loaded pusher is located in the sensitivity zone of an optical sensor fixed in the cover of the sensor located on the side of the rear cover. A seat for a nut of the screw pair is made in the front cover, and the shaft of the stepper motor is connected by means of a coupling to a rotating screw of the screw pair, made with a small thread pitch. In this case, the stepper motor is located in the transmission housing with an electronics unit installed on it, containing a battery of ionistors for returning the spool valve to the neutral position.
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе, на фиг. 2 общий вид устройства.Fig. 1 shows a general view of the device in section, Fig. 2 shows a general view of the device.
Подробное описание полезной моделиDetailed description of the utility model
Заявляемый пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением содержит корпус 1 с запрессованной в него гильзой 2, в которой соосно размещен золотник 3. С двух сторон корпуса, перпендикулярно оси золотника 3, расположены передняя и задняя крышки 4 и 5. Подпружиненный толкатель 6 одним концом опирается на левый торец золотника 3, проходит сквозь отверстие в задней крышке 5, и - вторым концом - входит в зону чувствительности оптического датчика 7, закрепленного в крышке датчика 8, расположенного со стороны задней крышки 5. Между подпружиненный толкателем 6 и задней крышкой 5 установлена пружина 9. В передней крышке 4 выполнено посадочное место для гайки 10, а также центрирующий поясок для базирования стакана 11. Стакан 11 выполнен с двумя сборочными базами, одна из которых сопряжена с центрирующим пояском передней крышки 4, другая - с центрирующим пояском шагового двигателя 12.The claimed direct-acting proportional hydraulic distributor with coordinate control comprises a housing 1 with a sleeve 2 pressed into it, in which a spool 3 is coaxially placed. On both sides of the housing, perpendicular to the axis of the spool 3, front and rear covers 4 and 5 are located. One end of a spring-loaded pusher 6 rests on the left end of the spool 3, passes through an opening in the rear cover 5, and - with its second end - enters the sensitivity zone of an optical sensor 7, fixed in the cover of a sensor 8, located on the side of the rear cover 5. A spring 9 is installed between the spring-loaded pusher 6 and the rear cover 5. A seat for a nut 10 is made in the front cover 4, as well as a centering belt for basing a cup 11. Cup 11 is made with two assembly bases, one of which is mated with the centering belt of the front cover 4, the other - with the centering belt stepper motor 12.
Вал шагового двигателя 12 соединен с винтом 13 посредством муфты 14. Стакан 11, с шаговым двигателем 12 располагается в корпусе трансмиссии 15, на котором сверху установлен блок электроники 16, включающий в себя батарею ионисторов 17 и сенсорный экран 18.The shaft of the stepper motor 12 is connected to the screw 13 by means of the coupling 14. The cup 11, with the stepper motor 12, is located in the transmission housing 15, on top of which the electronic unit 16 is installed, including a battery of ionistors 17 and a touch screen 18.
Пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением работает следующим образом. При обесточенном шаговом двигателе 12 золотник 3 находится в нейтральной позиции. При подаче сигнала управления золотник 3 смещается в заданную позицию. За счет того, что величина предварительного сжатия пружины 9 создает усилие, гарантирующее постоянство контакта между торцом винта 13 и золотником 3, положение последнего не зависит от гидродинамических сил, на него воздействующих, т.е. имеет место переход от силового управления к координатному. В случае аварийного отключения питания золотник возвращается в нейтральную позицию за счет энергии ионисторов 17. Оптический датчик 7 служит для поиска референтной точки в принудительном режиме, чтобы избежать накопленной ошибки, которая может возникнуть из-за возможных пропусков шагов шаговым двигателем 12.The direct-acting proportional hydraulic distributor with coordinate control operates as follows. When the stepper motor 12 is de-energized, the spool 3 is in the neutral position. When a control signal is applied, the spool 3 shifts to the specified position. Due to the fact that the amount of preliminary compression of the spring 9 creates a force that guarantees constant contact between the end of the screw 13 and the spool 3, the position of the latter does not depend on the hydrodynamic forces acting on it, i.e. there is a transition from force control to coordinate control. In the event of an emergency power outage, the spool returns to the neutral position due to the energy of the supercapacitors 17. The optical sensor 7 is used to search for the reference point in a forced mode in order to avoid an accumulated error that may occur due to possible skipped steps by the stepper motor 12.
Экспериментальные данные показали, что жесткость пружины заявляемого изобретения, создающей усилия поджатия составила с0=1310 Н/м, сила предварительного поджатия Р0=50 Н. Ход золотника составил ±2 мм. Был использован шаговый двигатель 42HS48-2504 с моментом удержания Муд=0,55 Н⋅м. Максимальное суммарное (двигатель + контроллер+драйвер) потребление мощности составило 20 Вт. Расход, при перепаде давления на кромке Р - А Δ=10 бар, составил Q=85 л/мин.Experimental data showed that the spring stiffness of the claimed invention, creating the compression force, was c 0 = 1310 N/m, the preliminary compression force P 0 = 50 N. The spool stroke was ±2 mm. A 42HS48-2504 stepper motor with a holding torque of M ud = 0.55 N⋅m was used. The maximum total (motor + controller + driver) power consumption was 20 W. The flow rate, with a pressure drop at the edge P - A Δ = 10 bar, was Q = 85 l/min.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2828817C1 true RU2828817C1 (en) | 2024-10-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9205323U1 (en) * | 1992-04-16 | 1992-06-25 | Herion-Werke Kg, 7012 Fellbach | Device for controlling electrohydraulic valves |
| RU2153105C2 (en) * | 1994-11-16 | 2000-07-20 | Хидролюкс С.а.р.л. | Controllable servo distributor |
| US6427720B1 (en) * | 1999-07-13 | 2002-08-06 | Smc Corporation | Pilot operated directional control valve having position detecting function |
| US6923212B2 (en) * | 2003-01-03 | 2005-08-02 | Control Components, Inc. | Fail safe apparatus for a direct-drive servovalve |
| RU2505716C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-01-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Digital hydraulic control valve |
| RU2686242C1 (en) * | 2018-09-19 | 2019-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Digital control hydraulic distributor |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9205323U1 (en) * | 1992-04-16 | 1992-06-25 | Herion-Werke Kg, 7012 Fellbach | Device for controlling electrohydraulic valves |
| RU2153105C2 (en) * | 1994-11-16 | 2000-07-20 | Хидролюкс С.а.р.л. | Controllable servo distributor |
| US6427720B1 (en) * | 1999-07-13 | 2002-08-06 | Smc Corporation | Pilot operated directional control valve having position detecting function |
| US6923212B2 (en) * | 2003-01-03 | 2005-08-02 | Control Components, Inc. | Fail safe apparatus for a direct-drive servovalve |
| RU2505716C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-01-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Digital hydraulic control valve |
| RU2686242C1 (en) * | 2018-09-19 | 2019-04-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Digital control hydraulic distributor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101848917B1 (en) | Hydraulic pressure control apparatus for vehicle with automatic transmission | |
| EP3374639B1 (en) | Hydraulic pump control system | |
| EP3273069B1 (en) | Smart load-sensitive electro-hydrostatic actuator | |
| JP2001208234A (en) | Solenoid valve | |
| JP6126268B2 (en) | Drive device for switching valve of internal combustion engine and internal combustion engine | |
| JP2011080583A (en) | Electronic expansion valve | |
| CN101403932A (en) | Electromagnetic pressure valve | |
| US11408531B2 (en) | Spool valve | |
| US10935084B2 (en) | Hydro-viscous speed regulating device for heavy-load start of belt conveyor | |
| US7553254B2 (en) | Pressing device for tensioning two gearing elements, gearing provided with a pressing device of this type, and method for operating such a friction gearing | |
| CN103277275B (en) | Electric controlled multi-functional compositely proportional axial variable displacement plunger pump | |
| US20070137475A1 (en) | Axial piston machine having an adjustable bent axis valve segment and a variable unit for the electrically proportional adjustment of the displacement | |
| CN110696797A (en) | Pressure generating apparatus for brake system of vehicle | |
| RU2828817C1 (en) | Direct-action proportional hydraulic control valve with coordinate control | |
| CA3040627A1 (en) | Displacement pump and control system | |
| CN201277299Y (en) | Damping unloading valve of vibration damper | |
| CN212536667U (en) | Flow control valve | |
| US20140261280A1 (en) | Active pressure relief valve system and method | |
| KR0147257B1 (en) | Fuel injection pump and prestroke controller therefor | |
| JP2000054817A (en) | Hydraulic control device for lubrication circuit of internal combustion engine | |
| KR0152697B1 (en) | Prestroke controller for fuel injection pump | |
| CN114024410B (en) | Motor self-adaptation cooling system | |
| JP2011174375A (en) | Control device of variable displacement vane pump | |
| US2966142A (en) | Constant pressure hydraulic servo system having variable displacement device | |
| EP4403810A1 (en) | Electronically actuated valve assembly |