CN111486148B - 一种用于多路阀的电比例液压控制装置及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多路阀的电比例液压控制装置，包括伺服控制单元、驱动单元、伺服液压单元，伺服控制单元接受输入控制信号，并按要求输出控制电机的运动状态；驱动单元接受伺服控制单元输出的控制电机信号，将电机旋转运动转换为直线运动；伺服液压单元用于将驱动单元提供的位移和速度等信号进行功率放大后，驱动多路阀主阀芯。本发明同时公开了一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，实现通过简单的输入信号控制多路阀主阀芯可在行程内任一位置带电停止，失电时回中位。本发明提供解决如何实现利用电机驱动，控制液压多路换向阀的装置和方法。

Description

一种用于多路阀的电比例液压控制装置及其数据处理方法

技术领域

本发明属于电液伺服控制技术领域，主要涉及液压系统中集中控制的比例多路换向阀，具体涉及一种用于多路阀的电比例液压控制装置。

背景技术

多路换向阀（简称多路阀）是一种广泛应用于移动机械液压系统中的控制阀组，比例多路换向阀是在传统的多路换向阀的基础上增加了比例功能，成为方向及流量复合控制阀。目前，多路阀的操控方式一般为直动型和先导型，直动型即通过改变手柄角度直接控制主阀芯的运动，先导型即通过驱动先导阀芯运动，转换为液压力后驱动主阀芯运动，操控先导阀可采用直接通过手柄控制的方式，也可采用通过电信号控制电机械转换机构的方式。随着电液比例技术和微电子技术的发展，近年来用电位器，微机等电信号输入方式的电液比例多路阀越来越广泛。

常见的电液比例多路阀结构为：包括具有多个换向单元的阀本体，电控模块和手动操控模块。其中这些换向单元分别连接在阀本体的进油口与相应的工作油口之间；阀本体还具有先导进油口、先导回油口和回油口；每个换向单元均包括主阀芯，每个主阀芯的两个控制端与所述先导进油口之间均设有电比例减压阀或开关阀、或高速开关阀等先导阀，先导阀与控制单元、传感单元LVDT位移传感器组成电控模块。工作时，通过电控单元输出的开关量或PWM信号，控制先导阀输出先导压力油从而控制主阀芯的换向，达到控制执行器的运动方向和速度的目的。其中的电比例液压控制结构实现成本高，控制算法复杂，不易大面积推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多路阀的电比例液压控制装置及其数据处理方法，以解决如何实现利用电机驱动，控制液压多路换向阀的问题，进而解决现有电比例多路阀实现成本高，控制算法复杂，不易大面积推广应用的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于多路阀的电比例液压控制装置，包括用于将电机旋转运动转换为与旋转运动成比例对应关系的直线运动的驱动单元和用于将驱动单元提供的信号进行功率放大后驱动多路阀主阀芯的伺服液压单元。

进一步地，所述驱动单元包括电机和运动转换机构，运动转换机构包括相互配合的旋转运动件和直线运动件，运动转换机构的直线运动与旋转运动成比例对应关系，旋转运动件与电机可拆卸固定连接，直线运动件与滑阀阀芯可拆卸固定连接。

进一步地，运动转换机构外周设有限制直线运动件转动的滑移外壳，滑移外壳的两端分别与电机和伺服液压单元连接，所述运动转换机构为丝杠传动结构，所述旋转运动件为滚珠丝杠，所述直线运动件为滚珠螺母。

进一步地，伺服液压单元包括操控杆、伺服缸体、活塞阀套、阀芯组件以及与活塞阀套固定连接的活塞杆，活塞阀套滑动连接在伺服缸体内并将伺服缸体的内部分隔为液压缸操控杆腔和液压缸活塞杆腔，阀芯组件滑动连接在活塞阀套内，阀芯组件包括滑阀阀芯，滑阀阀芯的一端与驱动单元的直线运动件通过操控杆可拆卸固定连接，活塞阀套位于液压缸活塞杆腔内的一端连接有用于与多路阀主阀芯可拆卸固定连接的活塞杆，活塞杆能够跟随操控杆的直线运动，且在操控杆不提供直线运动时，活塞阀套及活塞杆处于自由浮动状态。

进一步地，伺服液压单元的输入为操控杆，滑阀阀芯位于液压缸操控杆腔内的一端与驱动单元的直线运动件通过操控杆可拆卸固定连接，操控杆具有以下运动状态：偏离中间位的左移和右移运动，偏离中间位置的带动力停止状态，无动力输入的自由状态；伺服液压单元的输出为活塞杆，活塞杆具有以下运动状态：跟随操控杆偏离中间位的左移和右移运动，跟随操控杆实现偏离中间位置的带动力停止状态，跟随操控杆无动力输入时，处于浮动状态。

进一步地，本发明还包括用于控制驱动单元的伺服控制单元，伺服控制单元包括用于接收控制信号的控制输入接口模块和传感器输入模块、用于控制电机运行的电机驱动模块以及用于处理控制信号的中央处理器模块，伺服控制单元可接受多种控制信号，控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对多路阀的电比例控制。

进一步地，伺服控制单元的控制输入接口模块具备通信协议接口、开关量输入接口、PWM输入接口、模拟量输入接口中的一种或任意几种，通信协议接口用于接收数字控制信号，开关量输入接口用于接收开关量控制信号，PWM输入接口用于接收PWM控制信号，模拟量输入接口用于接收模拟量输入控制信号，伺服控制单元的输出为电机的驱动控制，包括：电机的转速控制、位置控制、方向控制、带电停止控制及失电控制。

进一步地，伺服控制单元可以和电机实现一体化安装，也可以通过电缆连接分开安装。

进一步地，电机可以选择带编码器，编码器输出电机速度和角位移信号至伺服控制单元，伺服控制单元完成多路换向阀的精确比例控制。

进一步地，中央处理器模块的控制部分包括数据接口输入管理模块S1、数据处理模块S2、电机驱动管理模块S3，进一步地数据处理模块S2包括：数字量数据处理模块S21、开关量数据处理模块S22、PWM数据处理模块S23、模拟量数据处理模块S24、传感器数据处理模块S25、电机开环控制量计算模块S26、电机闭环控制量计算模块S27等；数据接口输入管理模块S1主要实现输入数据的预处理及数据类型的甄别，数据处理模块S2根据不同类型的数据，调用不同的数据处理模块，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3控制电机的运行状态。

所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，包括以下步骤：

（1）、通过中央处理器模块判断是否有输入信号，无输入信号，则电机驱动模块不对电机进行控制，多路阀主阀芯可自由回中位，有输入信号则进入下一步骤；

（2）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为数字量，若是，则通过中央处理器模块对输入的数字控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

进一步地，步骤（2）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为数字量时，则转向中央处理器模块的数字量数据处理模块，其处理方法为：设置数字控制信号的范围为[0，a]和[-a，0]，a对应多路阀主阀芯处于左极限位置，-a对应多路阀主阀芯处于右极限位置，数字控制信号的正负号代表电机转动方向，数值大小代表位置。

（3）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为开关量，若是，则通过中央处理器模块对输入的开关量控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

进一步地，步骤（3）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为开关量时，则转向中央处理器模块的开关量数据处理模块，其处理方法为：设置两个开关量控制信号：a={0 OR 1}，b={0 OR 1}，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向，布尔数值代表极限位置。

（4）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为PWM，若是，则通过中央处理器模块对输入的PWM控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

进一步地，步骤（4）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为PWM时，则转向中央处理器模块的PWM数据处理模块，其处理方法为：设置两个PWM控制信号：a=PWM1，b=PWM2，PWM为占空比，介于0-1之间，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；a或b为小数时，代表主阀芯处于中位和极限位置之间的任何位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；采用根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向。

（5）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为模拟量，若是，则通过中央处理器模块对输入的模拟量输入控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

进一步地，步骤（5）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为模拟量时，则转向中央处理器模块的模拟量数据处理模块，其处理方法为：设置两个模拟量输入控制信号：a=[0，5V]，b=[0，5V]，控制参数a=5，b=0时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=5，a=0时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；采用根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向，a或b为[0，5V]任一数值且另一个参数b或a必须为0，代表中位和极限位置之间的任何位置。

（6）、通过中央处理器模块判断是否有传感器输入，若是，则依次通过中央处理器模块对输入的传感器控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（7）、重复步骤（1）-（6）。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

1、成本低，利用驱动单元将电机的旋转运动转换成直线往复运动，利用伺服液压单元作为助力驱动多路阀主阀芯，相对价格昂贵的高速阀或比例阀，以及LVDT传感器组成的多路阀电控装置，成本大大降低。

2、控制精度高，本发明的技术方案可根据电机的转速快慢决定主阀芯的移动速度快慢，根据电机旋转的角度决定主阀芯的位置，伺服液压单元完全跟随驱动单元的移动，主阀芯的移动位移依靠丝杠的导程或螺距的机械加工精度决定，使多路阀的控制精度极高。

3、兼容性较好，控制简单，本发明的电比例液压控制装置应用在多路阀中时，其伺服控制单元提供多种控制信号输入接口，包括：数字量输入接口、开关量输入接口、模拟量输入接口、PWM输入接口，对于上位机来讲相当于对2个电磁铁进行控制；将电机的控制拟合成电磁铁的控制，本领域的使用者在操作时无需经过复杂的学习，利用现有的操作方法即可对本发明的电比例液压控制装置进行控制；同时，只要满足电机失电的条件，多路阀主阀芯的动作完全由手动操控装置决定，因此本发明所提供的电比例液压控制装置和手动操控装置具备良好的兼容性。

4、本发明解决了电机作为驱动器驱动多路阀的尺寸安装问题，利用微型电机结合伺服液压控制缸，实现了对多路阀的有效控制。如果直接采用电机驱动丝杠螺母实现多路阀的电比例控制，由于大多数多路阀在宽度方向上每一联的尺寸相对较小，可选电机的功率过小，不足以驱动主阀芯，本发明采用尺寸较小的微型电机驱动伺服液压单元的方法，由伺服液压单元将驱动单元的位移和速度信号进行功率放大后驱动多路阀主阀芯，解决多路阀的电比例控制问题。

5、响应速度快，本发明的电比例液压控制装置应用在多路阀中时，伺服液压单元紧跟电机的动作而动作，电机停转后，伺服液压单元也停止进油回油，电机失电后，伺服液压单元在主阀芯复位弹簧的作用下马上回到中位，具有响应速度快的优点。

综上，本发明具有实现成本低、控制方法简单、反应快速、可靠、兼容性良好的优点，可为各种旧机器的技术改造创造条件，易于大面积推广应用。

附图说明

图1是本发明的分解结构示意图；

图2是本发明应用在多路阀中的结构示意图；

图3是本发明的结构原理示意图；

图4是本发明的剖视结构示意图；

图5是本发明中伺服控制单元的结构框图；

图6是本发明中伺服控制单元的控制原理图；

图7是本发明中伺服控制单元的软件控制流程图；

图8是伺服液压单元中活塞阀套的立体结构示意图；

图9是伺服液压单元的剖视结构示意图之一；

图10是伺服液压单元的剖视结构示意图之二；

图11是本发明电机正转伺服控制示意图；

图12是本发明电机停止伺服控制示意图；

图13是本发明电机反转伺服控制示意图；

图14是本发明电机失电伺服控制示意图。

附图标记：

1、多路阀工作联；2、手动操控装置；3、驱动单元；4、伺服液压单元；5、多路阀盖板；6、多路阀进油联；7、伺服控制单元

11、阀本体；12、主阀芯；

21、手动操控装置壳体；22、主阀芯复位弹簧；

31、电机；32、滚珠丝杠；33、滚珠螺母；34、滑移外壳；35、移动块；36、轴承盖板；37、电机安装板；

41、伺服缸体；411、液压缸操控杆腔；412、液压缸活塞杆腔；42、活塞阀套；421、平键；43、滑阀阀芯；441、滑阀复位弹簧；442、弹簧座；45、活塞左端盖；46、活塞右端盖；461、阀芯容纳槽；462、活塞杆；47、伺服缸前缸盖；48、伺服缸后缸盖；49、操控杆；491、操控杆连接部；492、阀芯连接部；493、避位部；

71、控制输入接口模块；711、通信协议接口；712、开关量输入接口；713、PWM输入接口；714、模拟量输入接口；72、中央处理器模块；73、电机驱动模块；74、传感器输入模块；75、电源供电模块；

S1、数据接口输入管理模块；S2、数据处理模块；S3、电机驱动管理模块；

S21、数字量数据处理模块；S22、开关量数据处理模块；S23、PWM数据处理模块；S24、模拟量数据处理模块；S25、传感器数据处理模块；S26、电机开环控制量计算模块；S27、电机闭环控制量计算模块。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图1-14和具体实施例对本发明的技术方案做出进一步地说明，下述实施例中，以滑阀阀芯朝向驱动单元移动的方向为左向，以滑阀阀芯远离驱动单元移动的方向为右向。

本发明主要应用在多路阀中，对多路阀中的主阀芯进行控制，如图2所示，多路阀一般具有多个换向单元的阀本体11，每个换向单元均包含一个主阀芯12，主阀芯12的一端可选择装配手动操控装置2，主阀芯12的另一端安装有一组本发明的电比例液压控制装置。阀本体11包括多路阀工作联1、多路阀盖板5与多路阀进油联6，多路阀工作联1、多路阀盖板5与多路阀进油联6与手动操控装置2均为现有技术，可采用市场通用产品，具体不再赘述，阀本体11经过改动后均可以与本发明所述的电比例液压控制装置进行配合使用形成电比例控制液压多路阀。

如图1至4所示，电比例液压控制装置包括用于将电机旋转运动转换为与旋转运动成比例对应关系的直线运动的驱动单元3和用于将驱动单元3提供的信号（如位移、速度、带电停止、失电等信号）进行功率放大后驱动多路阀主阀芯12的伺服液压单元4。

进一步地，如图1和图4所示，所述驱动单元3技术实现如下：

所述驱动单元3包括电机31和运动转换机构，电机31采用微型电机31以减少安装尺寸，电机31连接电机驱动模块73，可与电机31作为一体，电机驱动模块73的结构和工作原理为现有常规技术，具体不再赘述，运动转换机构包括相互配合的旋转运动件和直线运动件，运动转换机构的直线运动与旋转运动成比例对应关系，旋转运动件与电机31可拆卸固定连接，直线运动件通过操控杆49与滑阀阀芯43可拆卸固定连接。本实施例中运动转换机构采用丝杠传动结构，所述旋转运动件为滚珠丝杠32，所述直线运动件为滚珠螺母33。

进一步地，运动转换机构外周设有限制直线运动件转动的滑移外壳34，滑移外壳34的两端分别与电机31和伺服液压单元4连接，滚珠螺母33上可拆卸固定连接有移动块35，移动块35作为直线运动件，移动块35为多棱柱结构，滑移外壳34的内腔形状与移动块35的形状相匹配，移动块35的截面为方形时，滑移外壳34的内腔截面也为方形，可使移动块35仅在滑移外壳34内往复移动而无法转动。

进一步地，滑移外壳34的端部安装有轴承盖板36，轴承盖板36与电机31之间安装有电机安装板37，电机31安装在电机安装板37上，滚珠丝杠32的一端开设有电机31轴安装槽，电机31的转动轴端部插入电机31轴安装槽内与滚珠丝杠32连接，滚珠丝杠32的一端通过轴承转动连接在轴承盖板36内，滚珠丝杠32通过轴承盖板36和安装在轴承盖板36内的卡簧轴向固定。

进一步地，如图1和图4所示，伺服液压单元4的主要功能是跟随驱动单元3方形移动块35的位移和速度等动作，并进行功率放大，以驱动多路阀主阀芯12，所述伺服液压单元4技术实现如下：

伺服液压单元4包括操控杆49、伺服缸体41、活塞阀套42、阀芯组件和活塞杆462，阀芯组件滑动连接在活塞阀套42内，活塞阀套42滑动连接在伺服缸体41内并将伺服缸体41的内部分隔为液压缸操控杆腔411和液压缸活塞杆腔412。阀芯组件滑动连接在活塞阀套42内，阀芯组件包括滑阀阀芯43和滑阀对中弹簧复位装置，滑阀阀芯43位于液压缸操控杆腔411内的一端与驱动单元3的方形移动块35可拆卸固定连接，活塞阀套42位于液压缸活塞杆腔412内的一端利用活塞杆462与多路阀主阀芯12连接；活塞杆462能够跟随驱动单元3的直线运动，且在驱动单元3不提供直线运动时，活塞阀套42及活塞杆462处于自由浮动状态。

所述伺服液压单元4的输入为操控杆49，滑阀阀芯43位于液压缸操控杆腔内的一端与驱动单元3的直线运动件通过操控杆49可拆卸固定连接，操控杆49具有以下运动状态：偏离中间位的左移和右移运动，偏离中间位置的带动力停止状态，无动力输入的自由状态；伺服液压单元4的输出为活塞杆462，活塞杆462具有以下运动状态：跟随操控杆49偏离中间位的左移和右移运动，跟随操控杆49实现偏离中间位置的带动力停止状态，跟随操控杆49无动力输入时，处于浮动状态。

进一步地，根据所述伺服液压单元4的输入输出所对应运动状态要求，滑阀阀芯43与活塞阀套42采用滑阀式结构设计，进一步地滑阀设计为五位四通换向阀结构，滑阀式五位四通换向阀的五个位置分别为中位、左停止位、左换向位、右停止位和右换向位，可以保证伺服液压单元在操控杆49失去动力时，活塞阀套组件处于浮动状态，在多路阀主阀芯复位弹簧的作用下，处于中间位置。

如图9所示，活塞阀套42内设置有进油口P3、回油口T3、控制油口a3和控制油口b3，所述控制油口a3通过油道与所述液压缸操控杆腔411连通，所述控制油口b3与所述液压缸活塞杆腔412连通，当滑阀阀芯43在活塞阀套42内往复移动时，进油口P3、回油口T3、控制油口a3和控制油口b3通过滑阀阀芯43与活塞阀套42的配合接通或关闭。

如图4和图9所示，所述活塞阀套42内设置有五个用于沟通油液的沉割槽，进油口P3、回油口T3、控制油口a3和控制油口b3分别开设在不同沉割槽处，所述滑阀阀芯43设置有三个用于开启或封闭油口的台肩，当滑阀阀芯43在活塞阀套42内往复移动时，通过滑阀阀芯43上的台肩开启或封闭沉割槽，从而接通或关闭与沉割槽相通的油口；所述进油口P3为负开口型，所述回油口T3为正开口型，滑阀式五位四通换向阀为中位时，进油口P3截止，控制油口a3、控制油口b3和回油口T3连通，且进油口P3的遮盖量大于或等于回油口T3的开口量，滑阀式五位四通换向阀流量的大小通过各控制边所对应阀口的开口量大小而控制。

其滑阀式五位四通换向阀定义如下：

中位时，进油口P3截止，控制油口a3、控制油口b3、回油口T3连通；

左停止位时，进油口P3截止，控制油口a3截止，控制油口b3和回油口T3相通；

左换向位时，进油口P3和控制油口a3相通，控制油口b3和回油口T3相通；

右停止位时，进油口P3截止，控制油口b3截止，控制油口a3和回油口T3相通；

右换向位时，进油口P3和控制油口b3相通，控制油口a3和回油口T3相通。

进一步地，活塞阀套42的一端可拆卸固定连接有活塞左端盖45，活塞阀套42的另一端可拆卸固定连接有活塞右端盖46，活塞左端盖45和活塞右端盖46可分别螺纹连接在活塞阀套42的两端，伺服缸体41的一端可拆卸固定连接有伺服缸前缸盖47，伺服缸体41的另一端可拆卸固定连接有伺服缸后缸盖48，活塞左端盖45与伺服缸前缸盖47之间形成所述液压缸操控杆腔411，活塞右端盖46与伺服缸后缸盖48之间形成所述液压缸活塞杆腔412。

进一步地，活塞左端盖45上开设有至少一个控制油孔a2，控制油口a3通过控制油孔a2与所述液压缸操控杆腔411连通，活塞右端盖46上开设有至少一个控制油孔b2，控制油口b3通过控制油孔b2与所述液压缸活塞杆腔412连通。

滑阀对中弹簧复位装置安装在滑阀阀芯43的任意一端或两端，本实施例中，滑阀对中弹簧复位装置安装在滑阀阀芯43靠近驱动单元3的一端，具体地，活塞左端盖45上开设有阶梯孔，操控杆49的一端滑动连接在阶梯孔内，阶梯孔包括细孔段和粗孔段，阶梯孔的粗孔段安装所述滑阀对中弹簧复位装置，滑阀对中弹簧复位装置包括滑阀复位弹簧441和两个弹簧座442，两个弹簧座442滑动连接在粗孔段内，滑阀复位弹簧441自然状态下，其中一个弹簧座442的端面与粗孔段的端面相抵，另一个弹簧座442的端面与滑阀阀芯43的台肩端面相抵，两个弹簧座442之间的距离即为滑阀阀芯43相对于活塞阀套42的最大相对位移。

进一步地，滑阀对中弹簧复位装置中滑阀复位弹簧441的刚度小于主阀芯复位弹簧22的刚度。电机31失电时，伺服液压单元4在滑阀复位弹簧441的作用下，其活塞阀套42处于浮动状态，不影响主阀芯12手动操控装置2的动作。

当操控杆49有动力输入时，滑阀阀芯43的位置由操控杆49决定，当操控杆49无运动输入时，滑阀阀芯43的位置在滑阀对中弹簧复位装置的作用下回中位，即滑阀阀芯43在操控杆49带动下向右移动时，操控杆49推动左侧弹簧座442向右移动，滑阀复位弹簧441被压缩，当操控杆49无运动输入时，在滑阀复位弹簧441作用下，滑阀阀芯43向左移动回到中位；滑阀阀芯43在操控杆49带动下向左移动时，滑阀阀芯43上的台肩向左推动右侧弹簧座442，滑阀复位弹簧441被压缩，当操控杆49无运动输入时，在滑阀复位弹簧441作用下，滑阀阀芯43向右移动回到中位。

如图1和图8所示，在伺服液压单元4中活塞阀套42与伺服缸体41之间设置四种区域，分别为两端的周向隔离区域、防转槽区域、互不连通的两个油槽区域和将两个油槽区域隔开的轴向隔离区域，两个油槽区域分别作为进油槽和回油槽，设置进油槽和回油槽的沿轴向尺寸大于活塞阀套42的行程，以确保活塞阀套42在伺服缸体41内移动过程中，进油槽始终连通进油油路，回油槽始终连通回油油路。

活塞阀套42和伺服缸体41上于防转槽区域分别开设有防转槽，两个防转槽之间安装有平键421，活塞阀套42和伺服缸体41通过平键421连接；安装时，可通过螺钉将平键421固定在活塞阀套42的防转槽内，再将带有平键421的活塞阀套42安装到伺服缸体41内，平键421可对活塞阀套42进行周向约束，活塞阀套42仅能沿伺服缸体41的轴向往复移动，而无法转动。

进一步地，如图10所示，伺服缸体41上开设有先导进油口P1和先导回油口T1，活塞阀套42与伺服缸体41之间沿轴向开设有互不连通的进油槽P2和回油槽T2，进油槽P2和回油槽T2可开设在活塞阀套42外周上，也可开设在伺服缸体41的内壁上，活塞阀套42的进油口P3通过进油槽P2与先导进油口P1连通，活塞阀套42的回油口T3通过回油槽T2与先导回油口T1连通，活塞阀套42在伺服缸体41内移动过程中，进油槽P2与先导进油口P1始终连通，回油槽T2与先导回油口T1始终连通。

伺服缸体41上的先导回油口T1可以通过外部或内部油道与阀本体11上的先导回油口相连接，伺服缸体41上的先导进油口P1可以通过外部或内部油道与多路阀进油联6上的先导减压阀出油口或独立于多路阀的先导油泵出油口相连接，多路阀本体11的有关油路均为现有成熟技术，此处不再赘述。

进一步地，电比例液压控制装置还包括接收控制信号，并将控制信号经逻辑运算后，输出控制电机的伺服控制单元7，伺服控制单元7的技术实现如下：

如图5所示，伺服控制单元7的硬件组成包括用于接收控制信号的控制输入接口模块71和传感器输入模块74、用于控制电机运行的电机驱动模块73以及用于处理控制信号的中央处理器模块72，以及用于供电的电源供电模块75，伺服控制单元7可接受多种控制信号，控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对多路阀的电比例控制。控制输入接口模块71、传感器输入模块74、、电机驱动模块73、中央处理器模块72、电源供电模块75的结构和工作原理均为现有技术，具体不再赘述。

进一步地，伺服控制单元的控制输入接口模块71具备通信协议接口711、开关量输入接口712、PWM输入接口713、模拟量输入接口714中的一种或任意几种，具体如下所述。伺服控制单元的输出为电机的驱动控制，包括：电机的转速控制、位置控制、方向控制、带电停止控制及失电控制。

通信协议接口711用于接收数字控制信号，数字信号大小表示多路阀阀口开度偏离中间位置的程度，正负号表示多路阀阀口开度偏离中间位置的方向，失电或控制数据为零，多路阀主阀芯可自由回中位。

开关量输入接口712用于接收开关量控制信号。进一步地，伺服控制单元7利用2路开关量输入，开关量为1表示多路阀处在极限位置；失电或控制数据为零，多路阀主阀芯可自由回中位，2路开关量可以表示多路阀阀口左开或右开。

PWM输入接口713用于接收PWM控制信号。PWM输入接口713接收PWM控制信号后，控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对所述多路阀的电比例控制，进一步地，伺服控制单元7利用2路PWM输入，PWM≥0，且PWM≤1，PWM为小数表示多路阀处在某一位置，PWM为1表示多路阀处在极限位置；失电或控制数据为零，多路阀主阀芯可自由回中位，2路PWM可以表示多路阀阀口左开或右开。

模拟量输入接口714用于接收模拟量输入控制信号，包括可选的0-5v或0-12v电压输入，或4-20毫安电流输入等，接收模拟量输入控制信号，进一步地，伺服控制单元7利用2路模拟量输入，模拟量大小表示多路阀阀口开度偏离中间位置的程度，2路模拟量输入分别表示多路阀阀口左偏或右偏，失电或控制数据为零，多路阀主阀芯可自由回中位。

进一步地，如图6所示，中央处理器模块72的控制部分包括数据接口输入管理模块S1、数据处理模块S2、电机驱动管理模块S3，进一步地数据处理模块S2包括：数字量数据处理模块S21、开关量数据处理模块S22、PWM数据处理模块S23、模拟量数据处理模块S24、传感器数据处理模块S25、电机开环控制量计算模块S26、电机闭环控制量计算模块S27等；数据接口输入管理模块S1主要实现输入数据的预处理及数据类型的甄别，数据处理模块S2根据不同类型的数据，调用不同的数据处理模块，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3控制电机的运行状态。

进一步地，如图7所示，如上所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，包括以下步骤：

（1）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断是否有输入信号，无输入信号，则中央处理器模块中的电机驱动管理模块S3不对电机进行控制，多路阀主阀芯可自由回中位，有输入信号则进入下一步骤。

（2）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断输入信号类型，是否为数字量，若是，则通过中央处理器模块中的数字量数据处理模块S21、开环控制量计算模块S26对输入的数字控制信号进行处理，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3，再通过电机驱动模块73对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤。

伺服控制单元7具备通信协议接口711，接收上位机发送的数字控制信号，因为多路换向阀需要在失去驱动力时，处于中位，可选地可以设置数字控制信号的范围[0，a]和[-a，0]，a对应多路阀主阀芯处于左极限位置，-a对应多路阀主阀芯处于右极限位置，中央处理器模块72根据数字控制信号的正负号可以代表电机转动方向，数值大小代表位置，同时可以设置电机的转动速度，以控制多路换向阀的动态响应特性，经过逻辑运算后控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对所述多路阀的电比例控制。

（3）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断输入信号类型，是否为开关量，若是，则通过中央处理器模块中的开关量数据处理模块S22、开环控制量计算模块S26对输入的开关量控制信号进行处理，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3，通过电机驱动模块73对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤。

伺服控制单元7具备开关量输入接口712，接收开关量控制信号，其方法如下：可选地可以设置两个开关量控制信号：a={0 OR 1}，b={0 OR 1}，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置，控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置，当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置，中央处理器模块72根据控制量a、b，可以代表电机转动方向，布尔数值代表位置，同时可以设置电机的转动速度，以控制多路换向阀的动态响应特性，经过逻辑运算后控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对所述多路阀的开关量控制。

（4）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断输入信号类型，是否为PWM，若是，则通过中央处理器模块中的PWM数据处理模块S23、开环控制量计算模块S26对输入的PWM控制信号进行处理，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3，通过电机驱动模块73对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤。

伺服控制单元7具备PWM输入接口713，接收PWM控制信号，其方法如下：可选地可以设置两个PWM控制信号：a=PWM1，b=PWM2，中央处理器模块72根据PWM模块处理信号，得出参数a、b的占空比，占空比介于0-1之间，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置，控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置，当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置，所述中央处理器模块72根据控制量a、b的类别，可以代表电机转动方向，如果a或b为小数，代表中位和极限位置之间的任何位置，同时可以设置电机的转动速度，以控制多路换向阀的动态响应特性，中央处理器经过逻辑运算后控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对所述多路阀的比例伺服控制。

（5）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断输入信号类型，是否为模拟量，若是，则通过中央处理器模块中的模拟量数据处理模块S24、开环控制量计算模块S26对输入信号进行处理，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3，通过电机驱动模块73对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤。

伺服控制单元7具备模拟量输入接口714，包括0-5v或0-12v电压输入，或4-20毫安电流输入等，接收模拟量输入控制信号，其方法如下：可选地可以设置两个模拟输入信号：a=[0，5V]，b=[0，5V]，控制参数a=5，b=0时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置，控制参数b=5，a=0时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置，当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置，所述中央处理器模块72根据控制量a、b的类别，可以代表电机转动方向，如果a或b为[0，5V]任一数值另一个参数b或a必须为0，代表中位和极限位置之间的任何位置，同时可以设置电机的转动速度，以控制多路换向阀的动态响应特性，中央处理器经过逻辑运算后控制驱动单元和伺服液压单元，进而实现对所述多路阀的比例伺服控制。

（6）、通过中央处理器模块中的数据接口输入管理模块S1判断是否有传感器输入，若是，则通过中央处理器模块中的传感器数据处理模块S25、闭环控制量计算模块S27对输入的传感器控制信号进行处理，处理过的数据调用电机驱动管理模块S3，通过电机驱动模块73对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤。

（7）、重复步骤（1）-（6）。

进一步地，伺服控制单元7可以和电机实现一体化安装，也可以通过电缆连接分开安装。

进一步地，电机31可以选择带编码器，编码器输出电机速度和角位移信号至伺服控制单元7，伺服控制单元7完成多路换向阀的精确比例控制。

进一步地，作为本发明的一个应用例，其控制过程如下：

当驱动单元3中的电机正转或反转时，伺服液压单元4中的滑阀阀芯43跟随驱动单元3中的直线运动件动作伸出或缩回，使滑阀阀芯43与活塞阀套42组成的滑阀阀口打开，液压油迫使活塞阀套42朝着关闭阀口的方向移动，从而跟随滑阀阀芯43运动，主阀芯12跟随活塞阀套42的动作伸出或缩回；

当驱动单元3中的电机带电停止转动时，伺服液压单元4中的滑阀阀芯43停止运动，活塞阀套42在液压油的作用下，使滑阀阀口关闭，伺服液压单元4中的活塞阀套42停止动作不能继续运动，主阀芯12可以在行程内任一位置停止；

当驱动单元3中的电机失电时，伺服液压单元4在滑阀对中弹簧复位装置的作用下，滑阀阀芯43与活塞阀套42组成的滑阀处于中位，活塞阀套42处于浮动状态，在主阀芯复位弹簧22的恢复力作用下，主阀芯12回中位，活塞阀套42回到中位。

驱动单元3中的电机的转速快慢决定主阀芯12的移动速度快慢，驱动单元3中的电机旋转的角度决定主阀芯12的位置。

定义电机31正转方向为使滚珠螺母33朝向电机31移动，相反则为反转。

如图11所示，假定伺服控制单元7接收到的输入信号为数字控制信号，且数字控制信号大于零，则控制电机31正转，电机31驱动滑阀阀芯43不断移动，此时滑阀式五位四通换向阀处于右换向位，即进油口P3与控制油口b3相通，滑阀式五位四通换向阀右侧回油口T3处于关闭状态，则液压缸活塞杆腔412不断进油，推动活塞阀套42不断地关闭与滑阀阀芯43的开度，跟随滑阀阀芯43的移动，能够使多路换向阀主阀芯向左移动，打开多路换向阀主阀右换向位。

如图12所示，假定伺服控制单元7接收到的数字控制信号没有变化，则电机31带电停止转动，因为刚停止瞬间，滑阀阀芯43处于右换向位，液压缸活塞杆腔412仍不断进油，滑阀阀芯43已停止运动，活塞阀套42继续运动，关闭进油口P3，停止进油，滑阀阀芯43右侧回油口T3处于关闭状态，此时，滑阀阀芯43处在右停止位，液压缸活塞杆腔412封闭，滑阀阀芯43与活塞阀套42组成的滑阀不能回中位，多路阀主阀芯12处在右停止位的某一开口位置。

如图13所示，假定伺服控制单元7接收到的数字控制信号大于零，且数字信号变小，则电机31从带电停止，开始反转，滑阀阀芯43从右停止位向中位产生位移，即滑阀阀芯43向右移动，此时进油口P3继续处于截止状态，但回油口T3会打开，进入到中位状态，液压缸操控杆腔411和液压缸活塞杆腔412都通回油口T3，此时，活塞杆462在外力的作用下，例如多路阀主阀的主阀芯复位弹簧22的作用下，推动活塞阀套42后撤，即活塞阀套42跟随滑阀阀芯43向右移动，从而不断地关闭回油口T3的开度。

假定伺服控制单元7接收到的数字控制信号变小后，再没有变化，则电机31执行命令后带电停止转动，电机31反转停止，滑阀阀芯43停止运动，活塞阀套42继续运动将右侧回油口T3的开度关闭，滑阀阀芯43处在右停止位，活塞阀套42停止后撤，液压缸活塞杆腔412封闭，滑阀阀芯与活塞阀套组成的滑阀不能回中位，此时多路阀主阀芯12也停止后撤。

如图14所示，假定伺服控制单元7接收到的数字控制信号为零，则在任何位置伺服控制单元7输出控制电机31失电，电机31失电后，滑阀阀芯43在滑阀复位弹簧441的作用下，克服电机31（本实施例采用微型步进电机31）的定位转矩（即失电时，在外力作用下转动所需转矩），电机31失电反转，滑阀阀芯43回到中位，此时液压缸操控杆腔411、液压缸活塞杆腔412分别连通回油口T3，活塞阀套42处于浮动状态，在多路阀主阀芯复位弹簧22的恢复力作用下，多路阀主阀芯12回中位，伺服液压单元4的活塞阀套42回到中间位置，驱动单元3的滚珠螺母33也回到中间位置。

反之，假定伺服控制单元7接收到的数字控制信号小于零，则控制电机31开始得电反转，其基本原理和控制过程与电机31得电正转时相同，能够使多路换向阀主阀芯向右移动，打开多路换向阀主阀左换向位；电机31从带电反转到停止转动时，滑阀阀芯43处在左停止位，多路阀主阀芯12处在左停止位的某一开口位置。

本发明中所用到的液压符号（如进油口P3、回油口T3、控制油口a3、控制油口b3等）仅为了区分各控制油口，并非对本发明技术方案的限制，且上述实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于多路阀的电比例液压控制装置，其特征在于：包括用于将电机旋转运动转换为与旋转运动成比例对应关系的直线运动的驱动单元和用于将驱动单元提供的信号进行功率放大后驱动多路阀主阀芯的伺服液压单元；

所述驱动单元包括电机和运动转换机构；

伺服液压单元包括操控杆、伺服缸体、活塞阀套、阀芯组件以及与活塞阀套固定连接的活塞杆，阀芯组件包括滑阀阀芯，操控杆的两端分别与驱动单元和滑阀阀芯连接，活塞杆能够跟随操控杆的直线运动，且在操控杆不提供直线运动时，活塞阀套及活塞杆处于自由浮动状态；

伺服液压单元的输入为操控杆，滑阀阀芯位于液压缸操控杆腔内的一端与驱动单元的直线运动件通过操控杆可拆卸固定连接，操控杆具有以下运动状态：偏离中间位的左移和右移运动，偏离中间位置的带动力停止状态，无动力输入的自由状态；伺服液压单元的输出为活塞杆，活塞杆具有以下运动状态：跟随操控杆偏离中间位的左移和右移运动，跟随操控杆实现偏离中间位置的带动力停止状态，跟随操控杆无动力输入时，处于浮动状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置，其特征在于：还包括用于控制驱动单元的伺服控制单元，伺服控制单元包括用于接收控制信号的控制输入接口模块和传感器输入模块、用于控制电机运行的电机驱动模块以及用于处理控制信号的中央处理器模块。

3.根据权利要求2所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置，其特征在于：伺服控制单元的控制输入接口模块具备通信协议接口、开关量输入接口、PWM输入接口、模拟量输入接口中的一种或任意几种，伺服控制单元的输出为电机的驱动控制，包括：电机的转速控制、位置控制、方向控制、带电停止控制及失电控制。

4.根据权利要求3所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、通过中央处理器模块判断是否有输入信号，无输入信号，则电机驱动模块不对电机进行控制，多路阀主阀芯可自由回中位，有输入信号则进入下一步骤；

（2）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为数字量，若是，则通过中央处理器模块对输入的数字控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（3）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为开关量，若是，则通过中央处理器模块对输入的开关量控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（4）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为PWM，若是，则通过中央处理器模块对输入的PWM控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（5）、通过中央处理器模块判断输入信号类型，是否为模拟量，若是，则通过中央处理器模块对输入的模拟量输入控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（6）、通过中央处理器模块判断是否有传感器输入，若是，则依次通过中央处理器模块对输入的传感器控制信号进行处理后，再通过电机驱动模块对电机的运行状态进行控制；若否，则进入下一步骤；

（7）、重复步骤（1）-（6）。

5.根据权利要求4所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，其特征在于：步骤（2）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为数字量时，则转向中央处理器模块的数字量数据处理模块，其处理方法为：设置数字控制信号的范围为[0，a]和[-a，0]，a对应多路阀主阀芯处于左极限位置，-a对应多路阀主阀芯处于右极限位置，数字控制信号的正负号代表电机转动方向，数值大小代表位置。

6. 根据权利要求4所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，其特征在于：步骤（3）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为开关量时，则转向中央处理器模块的开关量数据处理模块，其处理方法为：设置两个开关量控制信号：a={0 OR 1}，b={0 OR 1}，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向，布尔数值代表极限位置。

7.根据权利要求4所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，其特征在于：步骤（4）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为PWM时，则转向中央处理器模块的PWM数据处理模块，其处理方法为：设置两个PWM控制信号：a=PWM1，b=PWM2，PWM为占空比，介于0-1之间，控制参数a=1时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=1时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；a或b为小数时，代表主阀芯处于中位和极限位置之间的任何位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；采用根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向。

8.根据权利要求4所述的一种用于多路阀的电比例液压控制装置的数据处理方法，其特征在于：步骤（5）中，中央处理器模块通过数据接口输入管理模块判断输入信号为模拟量时，则转向中央处理器模块的模拟量数据处理模块，其处理方法为：设置两个模拟量输入控制信号：a=[0，5V]，b=[0，5V]，控制参数a=5，b=0时，电机正转至极限位置对应多路阀主阀芯处于左极限位置；控制参数b=5，a=0时，电机反转至极限位置对应多路阀主阀芯处于右极限位置；当a=b=0时，电机失电，则对应多路阀主阀芯处于中位置；采用根据控制量a、b的类别，确定电机转动方向，a或b为[0，5V]任一数值且另一个参数b或a必须为0，代表中位和极限位置之间的任何位置。