CN102705289A - 一种能量回收平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量回收平衡阀，它包括补偿阀芯，平衡弹簧，阀芯，控制弹簧一，控制活塞，节流器。所述控制弹簧一、阀芯、控制活塞、节流器安装在液控节流阀腔中；控制弹簧一、阀芯、控制活塞、节流器将液控节流阀腔分隔为压力油腔、回油腔、泄油腔一、泄油腔二、控制油腔；补偿阀芯，平衡弹簧安装在三通压力补偿阀腔中；三通压力补偿阀腔开有进油孔、回收油孔、工作油孔、控制油孔。本发明能实现负载的平稳下降，并且通过回收油孔将负载的机械能转化的压力油回收，实现能量回收功能，并且其流量特征可调。

Description

一种能量回收平衡阀

技术领域

本发明涉及液压控制阀门，具体地说是用液压***中负载平衡及能量回收的能量回收平衡阀。

背景技术

在现代各种机械设备中液压***得到了广泛的应用。而在液压***中如何节能一直是主要的研究方向。在液压***中负载下降和制动的过程中，是通过平衡阀节流将负载的机械能全部转化为内能作功来实现负载平稳下降和制动，这部分能量实际白白浪费掉了。同时造成液压***的发热等有害的副作用，增加了散热***的负担。

现在平衡阀节流技术只集中在降低平衡阀开启时所需的额外能量，负载的势能和动能仍能浪费掉了。如力士乐的绿色平衡阀，就是通过降低平衡阀开启压力来实现节能目的。

发明内容

所解决的技术问题：本发明针对现有技术的不足，提供了一种能实现负载平稳下降和制动，同时又能将负载下降时的能量回收的能量回收平衡阀。

技术方案：一种能量回收平衡阀，所述能量回收平衡阀包括补偿阀芯，平衡弹簧，阀芯，控制弹簧一，控制活塞，节流器。控制弹簧一、阀芯、控制活塞、节流器安装在液控节流阀腔中。控制弹簧一、阀芯、控制活塞、节流器将液控节流阀腔分隔为压力油腔、回油腔、泄油腔一、泄油腔二、控制油腔。控制油腔通过节流器与控制油口相连，压力油腔与压力油口相连，泄油腔一、泄油腔二与泄油口相连。补偿阀芯，平衡弹簧安装在三通压力补偿阀腔中。三通压力补偿阀腔开有进油孔、回收油孔、工作油孔、控制油孔。进油孔与回油腔相连，进油孔还通过节流孔二与泄油腔一相连，控制油孔通过节流孔一与压力腔相连，回收油孔与回收油口相连，工作油孔与工作油口相连。补偿阀芯动作时总是先打开回收油孔后打开工作油孔，反之则先关闭工作油孔后关闭回收油孔。进油孔的压力和平衡弹簧的弹簧力使回收油孔和工作油孔趋向打开，控制油孔的压力使回收油孔和工作油孔趋向关闭。

所述能量回收平衡阀还包括安全溢流阀，过载溢流阀。安全溢流阀安装在从控制油腔到泄油口之间，安装方向为控制油腔的液压油溢流到泄油口。过载溢流阀安装在从压力油腔到控制油腔之间，安装方向为压力油腔的液压油溢流到控制油腔。

所述能量回收平衡阀还包括调节螺杆一。平衡弹簧安装在补偿阀芯和调节螺杆一之间。

所述能量回收平衡阀还包括先导阀芯、控制弹簧二、调节螺杆二，并取消了调节螺杆一。先导阀芯、控制弹簧二、调节螺杆二依次安装在先导阀腔内。先导阀腔开有控制油孔二、泄油孔和工作油孔二。控制油孔二与液控节流阀的压力腔相连。泄油孔与泄油口相连。先导阀芯加工有锥面，泄油孔处加工有刃口，先导阀芯的锥面与先导阀腔泄油孔处的刃口可形成无泄漏密封。三通压力补偿阀的控制油孔不再通过节流孔一与液控节流阀的压力腔相连，而是与补偿先导阀的工作油孔二相连，同时通过节流孔三与进油孔相连。平衡弹簧的弹簧力使回收油孔和工作油孔趋向关闭。

所述能量回收平衡阀还包括单向阀。单向阀安装在所述的三通压力补偿阀的工作油孔与液控节流阀的压力油腔之间，其安装方向为工作介质可从三通压力补偿阀的工作油孔流向液控节流阀的压力油腔。

本发明的显著效果：在实现负载平稳下降的基础上，同时实现了负载能量回收功能，并且流量特征可调。

附图说明

图1是实施例1的剖视示意图。

图2是实施例1的三通压力补偿阀腔剖视示意图。

图3是实施例1的液控节流阀腔。

图4是实施例2的剖视示意图。

图5是实施例3的剖视示意图。

图6是实施例4的补偿先导阀腔剖视示意图。

图7是实施例4的先导阀芯正视示意图。

图8是实施例4的补偿阀芯剖视示意图。

图9是实施例4的剖视示意图。

图10是实施例5的剖视示意图。

图中标号代表：补偿阀芯1，平衡弹簧 2，调节螺杆一 3，单向阀 5，阀芯 6，控制弹簧一 7，安全溢流阀 8，控制活塞 9，过载溢流阀 10，调节螺杆二 11，控制弹簧二 12，先导阀芯 13，工作油口 A1，回收油口 P1，压力油口 A2，泄油口 T，控制油口P2，节流孔一 S1，节流器 S2，节流孔二 S3，节流孔三 S4，控制油孔 D，工作油孔 A，回收油孔 B，进油孔 C，回油腔 E，压力油腔 F，控制油腔 G，泄油腔一 T1，泄油腔二 T2，控制油孔二 H，泄油孔 J，工作油孔二 K，锥面 R2，刃口R1，三通压力补偿阀腔 Q1，液控节流阀腔 Q2，先导阀腔Q3。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。

见图1、2、3。本实施实例包括补偿阀芯 1，平衡弹簧 2，阀芯 6，控制弹簧一 7，控制活塞 9，节流器 S2（图1所示）。控制弹簧一 7、阀芯 6、控制活塞 9、节流器 S2（按图1所示）安装在液控节流阀腔Q2中（图1、图3所示）。控制弹簧一 7、阀芯 6、控制活塞 9、节流器 S2将液控节流阀腔 Q2分隔为压力油腔 F、回油腔 E、泄油腔一 T1、泄油腔二 T2、控制油腔 G（图1所示）。控制油腔 G通过节流器 S2与控制油口 P2相连，压力油腔 F与压力油口A2相连，泄油腔一 T1、泄油腔二 T2与泄油口 T相连（图1所示）。补偿阀芯 1，平衡弹簧 2（按图1所示）安装在三通压力补偿阀腔 Q1中（图1、图2所示）。三通压力补偿阀腔 Q1开有进油孔C、回收油孔B、工作油孔A、控制油孔 D（图2所示）。进油孔 C与回油腔 F相连，进油孔 C还通过节流孔二 S3与泄油腔一 T1相连，控制油孔 D通过节流孔一 S1与压力油腔 F相连，回收油孔B与回收油口 P1相连，工作油孔 A与工作油口 A1相连（图1所示）。补偿阀芯 1动作时总是先打开回收油孔B后打开工作油孔A，反之则先关闭工作油孔A后关闭回收油孔B（图1所示）。进油孔 C的压力和平衡弹簧 2的弹簧力使回收油孔 B和工作油孔 A趋向打开，控制油孔 D的压力使回收油孔 B和工作油孔 A趋向关闭（图1所示）。

控制油口 P2接控制压力油，压力油口A2与负载相连，工作油口A1与换向阀相连，换向阀中位时，工作油口A1回油箱。泄油口 T无压与油箱直连，回收油口P1外接一个单向阀与回收油源相连，防止回收装置内的压力油倒流入回收油口P1，单向阀的安装方向为工作介质可从回收油口P1流向回收装置（如蓄能器等）。

工作原理如下。

负载保持：控制压力油无压力，阀芯 6在控制弹簧一 7的作用下将压力油腔 F和回油腔 E隔离；进油孔 C通过节流孔二S3卸压；压力油腔 F内的压力油通过节流孔一 S1流入控制油孔 D，作用在补偿阀芯 1右端，并克服平衡弹簧 2的弹簧力将补偿阀芯 1推向左端，关闭回收油孔B和工作油孔A。

负载下降：控制压力油压力上升，克服控制弹簧一 7的作用力将阀芯6向左推动，压力油腔 F和回油腔 E接通，压力油腔 F和回油腔 E之间的开口大小受控制压力油压力控制。压力油腔F内的液压油通过压力油腔 F和回油腔 E之间的开口流入回油腔E后再流入进油孔C，在进油孔C建立压力并作用在补偿阀芯1的左端。当进油孔C的压力加平衡弹簧 2的弹簧力大于控制油孔D的压力时，补偿阀芯1向右运动，打开回收油孔B。若进油孔C的压力大于回收装置的压力则液压油经过回收油孔B、回收油口P1和外接单向阀流入回收装置，实现了能量回收功能。随着回收油孔B的开口加大，进油孔C的压力开始下降，直到进油孔C的压力加平衡弹簧 2的弹簧力与控制油孔D的压力平衡时，补偿阀芯1停在一个平衡位置。如果回收装置内的油压大于进油孔C的压力，则进油孔C的液压油不能流入回收装置。这时阀芯1将继续向右运动打开工作油孔A，液压油经工作油孔A、工作油口A1和换向阀流回油箱。随着回收油孔A的开口加大，进油孔C的压力开始下降，直到进油孔C的压力加平衡弹簧 2的弹簧力与控制油孔D的压力平衡时，补偿阀芯1停在一个平衡位置。由图1及以上分析可知，压力油腔F与回油腔E之间的压差等比于平衡弹簧 2的弹簧力；平衡弹簧 2的弹簧力只在一个很小范围内波动（波动范围由平衡弹簧 2的刚度决定，刚度越小则波动范围越小）；故可认为流量由压力油腔 F和回油腔 E之间的开口大小决定，即流量由控制压力油的压力和平衡弹簧 2的弹簧力决定，实现了负载平稳下降功能。节流器S2提供一个阻尼用来抑制阀芯6动作时可能存在的振荡；节流孔二S3提供一个阻尼用来抑制补偿阀芯1动作时可能存在的振荡。

实施例2。

见图2、图3、图4。本实施例是在实施例1的基础上增加了安全溢流阀 8，过载溢流阀 10。安全溢流阀 8安装在从控制油腔 G到泄油口 T之间，安装方向为控制油腔 G的液压油溢流到泄油口 T（见图4）。过载溢流阀 10安装在从压力油腔 F到控制油腔 G之间，安装方向为压力油腔 F的液压油溢流到控制油腔 G（见图4）。其它与实施例1相同。

工作原理：负载保持：同实施例1。负载下降：同实施例1。

负载过载和制动：当压力油腔 F内的压力大于过载溢流阀的设定压力时，过载溢流阀 10打开，压力油腔 F内的液压油流入控制油腔 G并经过节流器 S2流入控制油口 P2。随着流量的增加控制油腔 G内的压力上升，克服控制弹簧一 7的作用力将阀芯6向左推动。其后的工作过程同实施例1负载下降时的工作过程。

当控制油腔 G内的压力上升到超过安全溢流阀 8的设定压力时，安全溢流阀 8打开，多余的液压油从控制油腔 G流入到泄油口 T。

 实施例3。

     见图2、图3、图5。本实施例是在实施例2的基础上增加了调节螺杆一 3，平衡弹簧 2安装在补偿阀芯 1和调节螺杆一 3之间。

工作原理：负载保持：同实施例1。负载下降：同实施例1。负载过载和制动：同实施例2。

本实施例可以通过调节调节螺杆一 3改变平衡弹簧 2的弹簧力，来调节能量回收平衡阀的流量特征。

 实施例4。

见图2、3、6、7、8、9。本实施例是在实施例2的基础上增加了调节螺杆二 11、控制弹簧二 12、先导阀芯 13（图9所示）。控制弹簧一 7、阀芯 6、控制活塞 9、节流器 S2（按图9所示）安装在液控节流阀腔Q2中（图9、图3所示）。控制弹簧一 7、阀芯 6、控制活塞 9、节流器 S2将液控节流阀腔 Q2分隔为压力油腔 F、回油腔 E、泄油腔一 T1、泄油腔二 T2、控制油腔 G（图9所示）。控制油腔 G通过节流器 S2与控制油口 P2相连，压力油腔 F与压力油口A2相连，泄油腔一 T1、泄油腔二 T2与泄油口 T相连（图9所示）。补偿阀芯 1，平衡弹簧 2（按图9所示）安装在三通压力补偿阀腔 Q1中（图9、图2所示）。三通压力补偿阀腔 Q1开有进油孔C、回收油孔B、工作油孔A、控制油孔 D（图2所示）。进油孔 C与回油腔 F相连，进油孔 C还通过节流孔二 S3与泄油腔一 T1相连，控制油孔 D通过节流孔三S4（图8所示）与进油孔C相连，回收油孔B与回收油口 P1相连，工作油孔 A与工作油口 A1相连（图9所示）。补偿阀芯 1动作时总是先打开回收油孔B后打开工作油孔A，反之则先关闭工作油孔A后关闭回收油孔B（图9所示）。平衡弹簧2的弹簧力使回收油孔B和工作油孔A趋向关闭（图9所示）。先导阀芯 13、控制弹簧二 12、调节螺杆二 11依次安装在先导阀腔Q3内（图9所示）。先导阀腔Q3开有控制油孔二 H、泄油孔J和工作油孔二 K（图6所示）。控制油孔二H与压力腔F相连，泄油孔J与泄油口T相连，工作油孔二K与控制油孔D相连（图9所示）。先导阀芯 13加工有锥面R2（图7所示）。泄油孔J处加工有刃口R1（图6所示）。锥面R2与刃口R1可形成无泄漏密封（图9所示）。平衡弹簧2的弹簧力使回收油孔B和工作油孔A趋向关闭（图9所示）。

控制油口 P2接控制压力油，压力油口A2与负载相连，工作油口A1与换向阀相连，换向阀中位时，工作油口A1回油箱。泄油口 T无压与油箱直连，回收油口P1外接一个单向阀与回收油源相连，防止回收装置内的压力油倒流入回收油口P1，单向阀的安装方向为工作介质可从回收油口P1流向回收装置（如蓄能器等）。

工作原理如下。

负载保持：控制压力油无压力，阀芯 6在控制弹簧一 7的作用下将压力油腔 F和回油腔 E隔离；进油孔 C通过节流孔二S3卸压；压力油腔 F内的压力油进入控制油孔二H，克服控制弹簧二 12的弹簧力将先导阀芯 13推向右侧，关闭泄油孔J，同时锥面R2压紧在刃口R1上，控制油孔二H无泄漏封闭；平衡弹簧 2的弹簧力将补偿阀芯1推向左端，关闭回收油孔B和工作油孔A。

负载下降：控制压力油压力上升，克服控制弹簧一 7的作用力将阀芯6向左推动，压力油腔 F和回油腔 E接通，压力油腔 F和回油腔 E之间的开口大小受控制压力油压力控制。压力油腔F内的液压油通过压力油腔 F和回油腔 E之间的开口流入回油腔E后再流入进油孔C，在进油孔C建立压力并作用在补偿阀芯1的左端。进油孔C的压力油经节流孔三S4流入控制油孔D，再流入工作油孔二K，由图9可知工作油孔二K的压力等于控制油孔D的压力，进油孔C与控制油D的压差（进油孔C的压力减去控制油孔D的压力）等于节流孔三S4处的压降；压力油腔 F内的压力油进入控制油孔二H，由图9可知控制油孔二H的压力等于压力油腔 F内的压力。当工作油孔二K的压力加控制弹簧二 12的弹簧力大于控制油孔二H的压力，即当控制油孔D的压力加控制弹簧二 12的弹簧力大于压力油腔 F内的压力时，先导阀芯13向左侧运动，泄油孔J打开。控制油孔D内的压力油经泄油孔J流入泄油口T。随着流量的增加，在节流孔三S4处的压降增加，即进油孔C与控制油D的压差增加，当进油孔C与控制油D的压差大于平衡弹簧 2的弹簧力时补偿阀芯1向右运动，打开回收油孔B。若进油孔C的压力大于回收装置的压力则液压油经过回收油孔B、回收油口P1和外接单向阀流入回收装置，实现了能量回收功能。随着回收油孔B的开口加大，进油孔C的压力开始下降，流经节流孔三S4的流量下降，直到进油孔C与控制油D的压差与平衡弹簧 2的弹簧力平衡时，补偿阀芯1停在一个平衡位置。如果回收装置内的油压大于进油孔C的压力，则进油孔C的液压油不能流入回收装置。这时阀芯1将继续向右运动打开工作油孔A，液压油经工作油孔A、工作油口A1和换向阀流回油箱。随着工作油孔A的开口加大，进油孔C的压力开始下降，流经节流孔三S4的流量下降，直到进油孔C与控制油D的压差与平衡弹簧 2的弹簧力平衡时，补偿阀芯1停在一个平衡位置。由图9及以上分析 可知，压力油腔F与回油腔E之间的压差等比于控制弹簧二 12的弹簧力；控制弹簧二 12的弹簧力基本恒定；故可认为流量由压力油腔 F和回油腔 E之间的开口大小决定，即流量由控制压力油的压力和控制弹簧二 12的弹簧力决定，实现了负载平稳下降功能。节流器S2提供一个阻尼用来抑制阀芯6动作时可能存在的振荡；节流孔三S4提供一个阻尼用来抑制补偿阀芯1动作时可能存在的振荡。调节调节螺杆二11用于改变控制弹簧二 12的弹簧力，来调节能量回收平衡阀的流量特征。相比实施例2和实施例3，本实施例中压力油腔F与回油腔E之间的压差更稳定。

负载过载和制动：参考实施实例2中负载过载和制动和本实施实例负载下降。

实施例5。

见图2、3、6、7、8、10。本实施例是在实施4的基础上增加了单向阀 5（图10所示）。单向阀5安装在压力油腔 F和工作油孔 A之间，安装方向为液压油能从工作油孔A流向压力油腔F（图10所示）。

负载保持：与实施例4相同。

负载下降：与实施例4相同。

负载过载和制动：与实施例4相同。

负载上升：换向阀换向，工作油口A1接***压力油。***压力油经工作油口A1口到工作油孔A，再经单向阀5流入压力油腔F，经压力油口 A2推动负载上升。

Claims (5)

1. 一种能量回收平衡阀，包括补偿阀芯（1），平衡弹簧 （2），阀芯 (6)，控制弹簧一 (7)，控制活塞 (9)，节流器 (S2)，其特征在于：

控制弹簧一 (7)、阀芯 (6)、控制活塞 (9)、节流器 (S2)安装在液控节流阀腔 (Q2)中；

控制弹簧一 (7)、阀芯 (6)、控制活塞 (9)、节流器 (S2)将液控节流阀腔 (Q2)分隔为压力油腔 (F)、回油腔 (E)、泄油腔一 (T1)、泄油腔二 (T2)、控制油腔 (G)；

控制油腔 (G)通过节流器 (S2)与控制油口(P2)相连，压力油腔 (F)与压力油口 (A2)相连，泄油腔一 (T1)、泄油腔二 (T2)与泄油口(T)相连；      

补偿阀芯（1），平衡弹簧 （2）安装在三通压力补偿阀腔 (Q1)中；三通压力补偿阀腔 (Q1)开有进油孔 (C)、回收油孔 (B)、工作油孔 (A)、控制油孔 (D)；

进油孔 (C)与回油腔 (E)相连，进油孔 (C)还通过节流孔二 (S3)与泄油口 (T)相连，控制油孔 (D)通过节流孔一 (S1)与压力油腔 (F)相连，回收油孔 (B)与回收油口 (P1)相连，工作油孔 (A)与工作油口 (A1)相连；

补偿阀芯（1）动作时总是先打开回收油孔 (B)后打开工作油孔 (A)，反之则先关闭工作油孔 (A)后关闭回收油孔 (B)；

进油孔 (C)的压力和平衡弹簧 （2）的弹簧力使回收油孔 (B)和工作油孔 (A)趋向打开，控制油孔 (D)的压力使回收油孔 (B)和工作油孔 (A)趋向关闭。

2. 根据权利要1所述的一种能量回收平衡阀，其特征是：所述的一种能量回收平衡阀还包括安全溢流阀 (8)，过载溢流阀 (10)；安全溢流阀 (8)安装在从控制油腔 (G)到泄油口 (T)之间，安装方向为控制油腔 (G)的液压油溢流到泄油口 (T)；过载溢流阀 (10)安装在从压力油腔 (F)到控制油腔 (G)之间，安装方向为压力油腔 (F)的液压油溢流到控制油腔 (G)。

3. 根据权利要1或2所述的一种能量回收平衡阀，其特征是：所述的一种能量回收平衡阀还包括调节螺杆一 (3)；平衡弹簧 （2）安装在补偿阀芯（1）和调节螺杆一 (3)之间。

4. 根据权利要1或2所述的一种能量回收平衡阀，其特征是：所述的一种能量回收平衡阀还包括先导阀芯 (13)、控制弹簧二 (12)、调节螺杆二 (11)；先导阀芯 (13)、控制弹簧二 (12)、调节螺杆二 (11)依次安装在先导阀腔 (Q3)内；先导阀腔 (Q3)开有控制油孔二 (H)、泄油孔 (J)和工作油孔二 (K)；控制油孔二 (H)与液控节流阀腔 (Q2)的压力油腔 (F)相连；泄油孔 (J)与泄油口 (T)相连；先导阀芯 (13)加工有锥面 (R2)，泄油孔 (J)处加工有刃口 (R1)，先导阀芯 (13)的锥面 (R2)与先导阀腔 (Q3)泄油孔 (J)处的刃口 (R1)形成无泄漏密封；三通压力补偿阀腔 (Q1)的控制油孔 (D)不再通过节流孔一 (S1)与液控节流阀腔 (Q2)的压力油腔 (F)相连，而是与先导阀腔 (Q3)的工作油孔二 (K)相连，同时通过节流孔三 (S4)与进油孔 (C)相连；平衡弹簧 （2）的弹簧力使回收油孔 (B)和工作油孔 (A)趋向关闭。

5. 根据权利要1或2所述的一种能量回收平衡阀，其特征是：所述的一种能量回收平衡阀还包括单向阀 (5)；单向阀 (5)安装在所述的三通压力补偿阀腔 (Q1)的工作油孔 (A)与液控节流阀腔 (Q2)的压力油腔 (F)之间，其安装方向为工作介质从三通压力补偿阀腔 (Q1)的工作油孔 (A)流向液控节流阀腔 (Q2)的压力油腔 (F)。

Images