技术摘要：
一种先导型比例流量阀，包括连通主阀先导腔的比例先导阀，主阀与所述比例先导阀之间设置压差补偿器，压差补偿器对比例先导阀进出口压差进行补偿，压差补偿器为主动控制型压差补偿器，设置有阀芯线性控制装置及阀芯位移量实时检测装置；阀芯位移量实时检测装置的信号输  全部
背景技术：
比例流量控制阀是液压系统的重要元件之一，通过对流量的控制，实现对执行器 速度的控制。比例流量控制阀有直动型和先导型2大类，对于大流量阀，通常采用先导型控 制方式。 根据阀口流量计算公式，控制阀的输出流量是流量系数与阀开口面积和阀口前后 压差平方根的乘积，紊流情况下(流量较大)，流量系数被认为是常数，这样通过阀的流量就 是阀开口面积与压差平方根的乘积。由于直接检测流量比较困难，目前的流量控制阀主要 由两部分构成，一是控制阀开口面积的节流阀，再串联一个控制其阀口压差恒定的压差补 偿器，目前的技术水平，节流阀的开口面积可以控制的非常精确，但压差补偿器所控制的压 差值却受负载压力和流量的影响，变化比较大，这就造成阀输出流量的变化较大、控制精度 降低。另外，阀的流量系数在小流量时，也是随着流动状态发生变化，所以在小流量时会造 成阀输出流量与设定值的偏差较大。而且现有在主阀口直接串接压差补偿器的方式也减小 了阀的通流能力，增大了阀的节流损失。 瑞典学者B .A n d e r s o n上世纪80年代初发明了流量放大型比例流量阀 (Valvistor)，其主阀的流量与先导阀的流量成正比，当阀的结构参数确定后，主阀按比例 放大通过先导阀的流量。同时，为了消除比例先导阀进出口压差变化对通过其流量的影响， 在主阀和比例先导阀之间串联一个小通径的定差减压阀，对比例先导阀进出口压差进行补 偿，相对于在主阀口进行压差补偿的原理，简化了阀的结构。这样基本保证了先导阀进油口 与出油口之间的压差恒定，但由于采用开环控制，控制流量仍然要受到压差补偿用定差减 压阀液动力的影响，控制精度低，阀的机械结构也相对复杂，同时加大了阀的最低工作压 力。 专利号为CN2011104114760的中国发明专利“先导流量闭环控制的流量阀及控制 方法”，给出了一种在流量反馈型先导式比例节流阀的基础上、通过采用压力传感器实时检 测先导阀口压差，对先导阀的开口按流量计算公式校正，从而维持先导阀流量不受压差变 化的影响，再利用Valvistor阀专有的流量放大原理，主阀比例放大先导阀流量的控制方 法。该方法虽然理论上能够克服直接在主阀进出油口串联压差补偿器的不足，但也产生了 新的问题。首先，采用压力传感器检测阀口压差，成本很高，仅传感器的价格就远大于比例 流量阀的价格，用户难以接受；其次，研究也表明，由于尚无耐高压力的压差传感器，而实际 所需的压差值又非常小，与液压系统中压力波动值的范围接近，采用两支高压力范围的压 力传感器做减法求取的压差值，就会受到系统压力波动的影响，使计算出的流量不稳定。如 果对压差信号做深度滤波，又极大地影响阀的动态响应和控制性能，这一方法也非常不适 用。 通过对现有技术和方法的分析，造成目前这种技术不足的原因可归结为，流量是 4 CN 111609012 A 说　明　书 2/6 页 阀口面积和阀口压差的双元函数，但目前的各种控制方法都只有一个阀口面积可控参数， 而压差补偿器并不可控，只是被动地维持阀口压差基本恒定，如果能够将压差补偿器的压 差值也作为可控参数，这样的阀就具有2个可控参数，与流量计算公式的双参数对应，就可 以获得高的控制精度。
技术实现要素：
本发明目的是解决现有比例流量阀结构复杂、流量控制精度低和压差损失大的技 术问题；解决采用压力传感器控制，存在成本高、精度低等问题，提供一种结构简单、控制简 单、压力损失小、流量控制精度高、调控范围大的先导型比例流量阀。 本发明采用的技术方案是：一种先导型比例流量阀，包括连通主阀先导腔的比例 先导阀，所述主阀与所述比例先导阀之间设置压差补偿器，所述压差补偿器对所述比例先 导阀进出口压差进行补偿，所述压差补偿器为主动控制型压差补偿器，设置有阀芯线性控 制装置及阀芯位移量实时检测装置；所述阀芯位移量实时检测装置的信号输出端口连接处 理器；所述处理器连接控制所述阀芯线性控制装置； 所述处理器持续接收所述阀芯位移量实时检测装置实时输出的信号，与输入的初始控 制信号对比处理后，生成控制信号至所述阀芯线性控制装置。 所述的一种先导型比例流量阀，其特征是：所述处理器包括运算模块，信号处理模 块；所述初始控制信号包括所述阀芯线性控制装置所接收到的初始控制信号； 所述运算模块持续接收所述阀芯位移量实时检测装置实时输出的信号，与输入所述阀 芯位移控制装置的信号对比处理后，输出处理信号至所述信号处理模块； 所述信号处理模块将所述运算模块输出的处理信号转化为控制信号，发送至所述阀芯 位移控制装置。 所述的一种先导型比例流量阀，其特征是：所述处理器还包括预估补偿模块；所述 比例先导阀阀芯也设置有阀芯位移监测装置； 所述预估补偿模块通过所述比例先导阀阀芯位移量计算出比例先导阀开口面积，从而 计算出所述比例先导阀的理论流量，即为所述压差补偿器的理论流量，将理论流量与压差 补偿器阀芯位移量带入试验测得的压差-位移-流量三维曲线图，计算出需要补偿的液动 力，并由信号处理模块转化为控制信号，叠加于所述运算模块输出的控制信号之上。 所述的一种先导型比例流量阀，其特征是：所述阀芯线性控制装置为比例电磁铁 或电机驱动丝杠。 所述的一种先导型比例流量阀，其特征是：当所述压差补偿器是比例电磁铁控制 的压差补偿器时，包含有补偿器阀芯、补偿器阀体、补偿器弹簧、第Ⅰ比例电磁铁、位移传感 器、补偿器进油口、补偿器出油口、补偿器弹簧腔和补偿器无弹簧腔；补偿器阀芯布置在补 偿器阀体之中，补偿器弹簧一端作用在补偿器阀芯一个端面上，另一端作用在补偿器阀体 上、并与补偿器阀芯形成补偿器弹簧腔，第Ⅰ比例电磁铁与补偿阀体连接、作用在补偿器阀 芯另一端面上，并与补偿器阀芯、补偿器阀体形成补偿器无弹簧腔，位移传感器与第Ⅰ比例 电磁铁集成安装。 所述的一种先导型比例流量阀，其特征是：所述的主动控制型压差补偿器是旋转 电机驱动滚珠丝杠控制的压差补偿器时，包括补偿器阀芯、补偿器阀体、补偿器弹簧、旋转 5 CN 111609012 A 说　明　书 3/6 页 电机、轴承、滚珠丝杠、推杆、编码器、补偿器进油口、补偿器出油口、补偿器弹簧腔和补偿器 无弹簧腔；补偿器阀芯布置在补偿器阀体之中，补偿器弹簧一端作用在补偿器阀芯一个端 面上，另一端作用在补偿器阀体上、并与补偿器阀芯形成补偿器弹簧腔，旋转电机与补偿器 阀体连接，旋转电机伸出轴通过轴承与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与推杆连接，推杆与补偿器 阀芯机械连接，并与补偿器阀体、补偿器阀芯形成补偿器无弹簧腔C2。旋转电机带动滚珠丝 杠旋转，通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转换为直线运动，从而驱动推杆输出不同的力和 位移。 一种先导型比例流量阀的控制方法，其特征是：主阀先导腔依次连通压差补偿器 和比例先导阀，所述压差补偿器设置有阀芯线性控制装置及阀芯位移量实时检测装置；所 述压差补偿器能够进行压差控制和位移控制； 压差控制时，步骤如下： 步骤一：初始控制信号控制所述压差补偿器阀芯输出力，直接改变差压补偿器的补偿 压差，补偿流量或压力变化带来的非线性控制偏差； 位移控制时，步骤如下： 步骤一：初始控制信号控制所述压差补偿器阀芯输出力； 步骤二：压差补偿器阀芯的实时位移量信号通过处理器调整，再次转化为压差补偿器 阀芯控制信号，从而控制阀芯的输出力； 步骤三：经步骤二调试后，压差补偿器阀芯的实时位移量信号通过处理器调整，再次转 化为压差补偿器阀芯控制信号，控制阀芯输出力和位移，反复调整，最终达到位移设定值； 如初始控制信号发生改变，则会重复步骤一至三。 所述的一种先导型比例流量阀的控制方法，其特征是：所述阀芯线性控制装置为 比例电磁铁，所述阀芯位移量实时检测装置为位移传感器； 压差控制时：步骤一中，所述初始控制信号直接控制所述比例电磁铁输出力改变压差 补偿器压差； 位移控制时：步骤一中，所述初始控制信号控制所述比例电磁铁输出力；步骤二、三中， 所述压差补偿器阀芯控制信号控制所述比例电磁铁输出力，从而控制阀芯的位移，最终达 到位移设定值。 所述的一种先导型比例流量阀的控制方法，其特征是：所述阀芯线性控制装置为 电机和丝杠，所述电机匹配有电机驱动器，所述阀芯位移量实时检测装置为编码器； 压差控制时：步骤一中，所述初始控制信号输入所述电机驱动器，控制所述电机的转速 或转矩，改变压差补偿器的补偿压差； 位移控制时：步骤一中，所述初始控制信号输入所述电机驱动器，控制所述电机的转速 或转矩；步骤二、三中，所述编码器检测电机转角，通过丝杠传动比转化为阀芯位移量输入 处理器中，经处理器调整，再次转化为压差补偿器阀芯控制信号输入所述电机驱动器控制 旋转电机13转速和/或转矩，最终控制补偿器阀芯位移。 所述的一种先导型比例流量阀的控制方法，其特征是：所述初始控制信号转化为 所述比例先导阀的理论流量，即为所述压差补偿器的理论流量，将理论流量与压差补偿器 阀芯位移量带入试验测得的压差-位移-流量三维曲线图，计算出需要补偿的液动力，并由 信号处理模块转化为控制信号，叠加于所述运算模块输出的控制信号之上，控制阀芯的输 6 CN 111609012 A 说　明　书 4/6 页 出力和位移。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明设计的新型主动控制型压差补偿器，解决阀口采用压差传感器校正闭环控制流 量方法，受压力传感器控制精度限制，压力传感器需要大的工作范围，但补偿压差相对较 小，与系统中压力波动处于同一个数量级，压力微小变化造成流量大的波动，稳定性差的问 题。 本发明设计的新型主动控制型压差补偿器，采用电子控制单元可连续改变补偿器 控制压差，并实时监控补偿器阀芯位置，控制补偿器阀芯处于最大开口，主阀就相当于比例 节流阀，具有较流量控制2倍以上的最大流量；连续改变补偿器的压差值，就可连续控制主 阀的额定输出流量，使阀具有节流与调速复合的控制功能，因而增大了主阀的流量调控范 围，当需要大流量时采用节流控制，当需要精确控制流量或者是多执行器分配流量时，可以 采用高精度流量控制功能。促进了流量控制阀的智能化，为进一步实施先进控制奠定了基 础。解决了现有原理，在主阀阀口串接压差补偿器限制主阀输出流量控制范围的问题。 本发明设计了新型主动控制型压差补偿器，可实现补偿器压差值和其阀芯位移的 双参数控制功能，通过检测补偿器阀芯位置，实时施加主动压差控制，可维持系统压差大范 围变化时，补偿器控制的压差值恒定，增强了流量阀抗负载变化的调节刚性，具有好的稳态 负载特性，从而提高了主阀的流量控制精度。可以解决现有技术受液动力变化影响，补偿器 控制压差变化较大，造成流量控制精度低的问题。 本发明设计的新型主动控制型压差补偿器，可实现补偿器常开或常闭控制，解决 了传统流量阀采用减压式补偿器响应滞后、负载压力阶跃起动流量超调大的问题。 本发明设计的新型主动控制型压差补偿器，可适用阀的不同工况，基于工况需求 匹配补偿器压差值，同样的阀口面积增益，减小补偿器压差值就可降低阀口流量增益，精细 控制微小流量，提高执行器操控精度和平稳性。提高补偿器补偿压差值，就增大了阀口流量 增益，增大阀的输出流量，可实现执行器快速动作。解决了现有恒定值压差补偿器，由于压 差值较大，完全靠改变阀节流口形状控制微小流量，受制造难度和阀口形貌限制，微小流量 控制精度低的问题。 附图说明 图1为本发明实施例1的结构原理图； 图2为本发明实施例1的控制原理图； 图3为本发明实施例2的结构原理图； 图4为本发明实施例2的控制原理图； 图5为本发明实施例3的结构原理图； 图6为本发明实施例3的控制原理图。 图中：1-比例先导阀，2-先导阀阀芯，3-先导阀比例电磁铁，Ay-先导阀进油口，By- 先导阀出油口，4-主阀，5-主阀阀芯，6-主阀套7-主动控制型压差补偿器，8-补偿器阀芯，9- 补偿器阀体，10-补偿器弹簧，11-第Ⅰ比例电磁铁，12-位移传感器，13-旋转电机，14-轴承， 15-滚珠丝杠，16-推杆，17-第Ⅱ位移传感器，18-比例放大器，19-电机驱动器，20-编码器， 21-处理器。 7 CN 111609012 A 说　明　书 5/6 页 A-主阀进油口，B-主阀出油口，Cx-节流槽，K-节流边，L3-第Ⅲ流道，A2-补偿器进油 口，B2-补偿器出油口，C1-补偿器弹簧腔，C2-补偿器无弹簧腔。