[发明专利]一种基于空气弹簧的高压微动调节阀

摘要

本发明属于压力调节精密控制技术领域，具体涉及一种基于空气弹簧的高压微动调节阀。空气弹簧腔体与空气弹簧腔体焊接底座采用氩弧焊连接；空气弹簧腔体上部设置有锁紧盖；空气弹簧下端面通过第一内六角螺栓与空气弹簧连接座连接，放置在空气弹簧腔体中；复位弹簧放置在空气弹簧连接座与空气弹簧腔体焊接底座之间；阀门固定座上端通过第二内六角螺栓与空气弹簧腔体焊接底座连接；调节阀安装在阀门固定座下端；调节阀通过阀门联轴器及有限制连接轴与空气弹簧连接座连接。本发明可广泛应用于液压技术领域，特别在航空航天等具有特殊要求的行业，能够满足不同的工艺要求，实现多样的液压调节方式，结构简洁紧凑、成本低、易于维护。

主权项

1.一种基于空气弹簧的高压微动调节阀，其特征在于：包括锁紧盖(1)、空气弹簧腔体(2)、空气弹簧(3)、空气弹簧连接座(4)、第一内六角螺栓(5)、复位弹簧(6)、空气弹簧腔体焊接底座(7)、第二内六角螺栓(8)、有限制连接轴(9)、阀门联轴器(10)、阀门固定座(11)和调节阀(12)；空气弹簧腔体(2)与空气弹簧腔体焊接底座(7)采用氩弧焊连接；空气弹簧腔体(2)上部设置有锁紧盖(1)；空气弹簧(3)下端面通过第一内六角螺栓(5)与空气弹簧连接座(4)连接，放置在空气弹簧腔体(2)中；复位弹簧(6)放置在空气弹簧连接座(4)与空气弹簧腔体焊接底座(7)之间；阀门固定座(11)上端通过第二内六角螺栓(8)与空气弹簧腔体焊接底座(7)连接；调节阀(12)安装在阀门固定座(11)下端；调节阀(12)通过阀门联轴器(10)及有限制连接轴(9)与空气弹簧连接座(4)连接。

2.根据权利要求1所述的基于空气弹簧的高压微动调节阀，其特征在于：该高压微动调节阀的工作状态如下：

初始状态下，空气弹簧(3)不充压，由复位弹簧(6)提供向上的力，此时高压微动调节阀处于全开状态；

使用时，第一步，对空气弹簧(3)输入最大驱动气压力值p_1max，受安装空间限制，存在最大力f_1max，当进气存在压力p₁，对高压阀杆作用面积s，复位弹簧(6)压缩量最大，复位弹簧力f_max，存在不等式p×s+f_max<f_1max，此时高压微动调节阀处于全关状态，p为空气弹簧(3)实际压力；

第二步，将驱动气压力降低，使空气弹簧(3)压力减小至f₁'，使阀杆处于临界状态，存在等式p×s+f'＝f₁'，f'为该状态时空气弹簧力；

第三步，调压过程中，需要阀杆产生位移，调整阀体介质流通间隙，减小空气弹簧驱动气压力，使空气弹簧力为f₁"<f₁'，当空气弹簧(3)发生形变后，复位弹簧(6)得到释放，复位弹簧力f"，进气压力对阀杆作用面积s'，设阀杆质量为m，阀杆动作加速度为a，则存在等式p×s'+f"‑f₁"＝ma。

3.根据权利要求2所述的基于空气弹簧的高压微动调节阀，其特征在于：驱动气出入口控制方法如下：

第一步，通过进气电磁阀向空气弹簧(3)内充入0.6MPa驱动气，确保在接入介质气源时，阀门仍可靠关闭；

第二步，将驱动气压力P2降低，使空气弹簧(3)压力减小至f₁'，使阀杆处于临界状态，存在等式p×s+f'＝f₁'，空气弹簧力及压缩量可查表获得，复位弹簧力可根据弹性模量及压缩量计算获得，则驱动气压力P2可根据等式估算得出；

第三步，首先慢排气电磁阀以最短动作时间，开始降低驱动气压力P2，破坏当前力平衡状态，使阀杆形成微小位移量，同时监测被测产品压力变化，约定初始充压压力变化速率不大于压力目标值的1％，当被测产品压力变化远小于目标值的1％时，逐步增大慢排气电磁阀动作时间或采用快排气电磁阀进行排气；当被测产品压力变化大于目标值的1％时，进气电磁阀以最短动作时间进气，调整平衡状态，减小压力变化速率；电磁阀动作后，空气弹簧(3)增加或减小内部驱动气，恢复新平衡，阀杆仅发生微小位移；

第四步，当被测产品压力接近设定值的90％、95％、98％时，调整允许最大压力变化速率值，根据要求的控压精度，设定为2倍、1倍、0.3倍最大允差，确保压力调节准确度。

4.根据权利要求2所述的基于空气弹簧的高压微动调节阀，其特征在于：驱动气入口采用带自泄压功能的压力比例阀进行PID控制，控制方法如下：

第一步，通过压力比例阀向空气弹簧(3)内充入0.6MPa驱动气，确保在接入介质气源时，阀门仍可靠关闭；

第二步，将驱动气压力降低，使空气弹簧压力减小至f₁'，使阀杆处于临界状态，存在等式p×s+f'＝f₁'，空气弹簧力及压缩量可查表获得，复位弹簧力可根据弹性模量及压缩量计算获得，则驱动气压力可根据等式估算得出；

第三步，首先压力比例阀降低驱动气压力，破坏当前力平衡状态，形成等式p×s'+f"‑f₁"＝ma，使阀杆形成微小位移加速度，同时监测被测产品压力变化，约定初始充压压力变化速率不大于压力目标值的1％，当被测产品压力变化远小于目标值的1％时，逐步减小压力比例阀输出压力；当被测产品压力变化大于目标值的1％时，逐步增大压力比例阀输出压力，调整阀杆位置；压力比例阀实时改变空气弹簧内部驱动气压力，实现动态平衡，阀杆一直处于小范围微小位移；

第四步，当被测产品动态压力接近设定值的90％、95％、98％时，调整允许最大压力变化速率值，根据要求的控压精度，设定为2倍、1倍、0.3倍最大允差，确保压力调节准确度。