CN103486291B - 一种手操控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手操控制阀，属于液压控制阀领域。所述手操控制阀，包括主控制阀和先导阀，阀芯内设置有空腔，空腔内滑动设置有先导阀，先导阀上设置有第二泄油槽，主控制阀的阀芯两端分别设置第一泄油槽，第一泄油槽的一端与主控制阀油口连通，当先导阀处于起始位置时，两个主控制阀油口分别与两个先导阀油口连通，第一泄油槽的另一端被先导阀的外壁封闭，当先导阀向一侧运动到最大距离时，与先导阀运动方向同侧的第一泄油槽的另一端与第二泄油槽连通，与所述先导阀运动方向反侧的所述第一泄油槽的另一端被所述先导阀的外壁封闭，先导阀上设置有分别与第二泄油槽和主控制阀回油口连通的通孔。本发明提供的手操控制阀增加了先导阀结构，可以实现人手的操纵，无需更换整个主控制阀或者加装减压装置。

Description

一种手操控制阀
技术领域
本发明涉及液压控制阀领域，特别涉及一种手操控制阀。
背景技术
手操控制阀作为液压***的控制元件，通常要求其控制精确、结构紧凑且操作简单。
目前，一般由人工操纵与手操控制阀内部的曲柄机构或者拨叉机构相连的手柄，用人力直接克服手操控制阀在工作过程中的摩擦力、卡紧力、弹簧复位力和手操控制阀的阀芯运动过程中的液动力，进而实现手操控制阀的手动控制。在液压***的主体参数(如流量和压力等)要求较小时，手操控制阀的阀芯尺寸较小，阀件运动的摩擦力、卡紧力、弹簧复位力以及液动力的合力相对也较小，人的手的力量可以克服，实现手操。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
随着液压***主体参数的不断提高，手操控制阀的结构尺寸也不断的加大，其工作时产生的摩擦力、卡紧力、弹簧的复位力以及液动力均大幅的提高，此时，人手直接操纵手操控制阀，就需要使用很大的操纵力，如果要减小该操纵力，就需要有十分庞大的省力机构，这样一来又不能满足手操控制阀对紧凑性的要求。因此，随着手操控制阀的结构尺寸的增大，常规的手操控制阀结构很难满足操作力小同时又结构紧凑的要求。
发明内容
为了解决现有技术中手操控制阀不能同时满足紧凑性和操纵力小的问题，本发明实施例提供了一种手操控制阀。所述技术方案如下：
本发明提供了一种手操控制阀，包括主控制阀和操作手柄，所述主控制阀包括：壳体、前盖、后盖和滑动设置于所述壳体内的阀芯，所述阀芯的前后两端分别与所述前盖和所述后盖组成两个主控制阀油口，其特征在于，所述阀芯内设置有空腔，所述空腔内滑动设置有先导阀，所述先导阀与所述操作手柄传动连接，所述先导阀上设置有第二泄油槽，所述主控制阀的阀芯两端分别设置第一泄油槽，所述第一泄油槽的一端与所述主控制阀油口连通，当所述先导阀处于起始位置时，两个所述主控制阀油口分别与两个所述先导阀油口连通，所述第一泄油槽的另一端被所述先导阀的外壁封闭，当所述先导阀向一侧运动到最大距离时，与所述先导阀运动方向同侧的所述第一泄油槽的另一端与所述第二泄油槽连通，与所述先导阀运动方向反侧的所述第一泄油槽的另一端被所述先导阀的外壁封闭，所述先导阀上设置有分别与所述第二泄油槽和主控制阀回油口连通的通孔。
可选地，所述第一泄油槽的槽口与所述第二泄油槽的槽口的最小距离为X1，所述先导阀的油口与同侧的所述主控制阀的阀芯的最小距离为X0，且X0＞X1。
可选地，当所述阀芯位于起始位置时，两个所述主控制阀油口与对应的所述先导阀油口连通处的横截面面积大小相等。
可选地，所述前盖和所述阀芯之间设有用于所述阀芯自动复位的阀芯复位弹簧组件，所述阀芯复位弹簧组件带弹簧的一端固定安装在所述阀芯的端面，所述阀芯复位弹簧组件另一端活动插装在所述前盖内。
可选地，所述阀芯复位弹簧组件为两个。
可选地，所述前盖和所述先导阀之间设有用于所述先导阀自动复位的先导阀复位弹簧组件，所述先导阀复位弹簧组件带弹簧的一端固定安装在所述先导阀内，所述先导阀复位弹簧组件另一端活动插装在所述前盖内。
可选地，所述前盖上设置有第一远程遥控口，所述先导阀的前端位于所述第一远程遥控口内，所述后盖上设置有第二远程遥控口，所述先导阀的后端位于所述第二远程遥控口内。
可选地，所述第一泄油槽为L型。
可选地，所述第二泄油槽设置于所述先导阀的外表面上。
可选地，所述先导阀与所述操作手柄通过传动组件传动连接，所述传动组件包括推力连杆、连杆和曲柄，所述推力连杆的一端插装在所述先导阀内，所述推力连杆的另一端穿过所述后盖的隔层与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述操作手柄的连接端铰接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的手操控制阀通过在主控制阀的中空腔内增加了先导阀结构，将高压油引入到主控制阀的两端，平衡受力，再将主控制阀两端的高压油通过先导阀送回低压口T，从而实现主控制阀的运动受控于先导阀，由于先导阀结构小受力小，操纵简单，因此本发明提供的手操控制阀满足操作力小同时又结构紧凑的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的手操控制阀位于起始位置时的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的手操控制阀位于正向操作时的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的手操控制阀位于反向操作时的结构示意图。
图中：1-主控制阀、101-主控制阀的阀芯、2-先导阀、3-前盖、4-后盖、5-第一泄油槽、6-第二泄油槽、7-通孔、8-阀芯复位弹簧组件、9-先导阀复位弹簧组件、10-推力连杆、11-连杆、12-曲柄、13-操作手柄、14-单向阀、15-节流阀、16-先导阀限位套、17-壳体、X-第一远程遥控口、Y-第二远程遥控口、P-***进油口、P1-主控制阀油口、P2-先导阀油口、T-主控制阀回油口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
本发明实施例提供一种手操控制阀，如图1、图2和图3所示，该手操控制阀包括主控制阀1和操作手柄13，主控制阀1包括：壳体17、前盖3、后盖4和滑动设置于壳体17内的阀芯101，阀芯101的前后两端分别与前盖3和后盖4组成两个主控制阀油口P1，阀芯101内设置有空腔，该空腔内滑动设置有先导阀2，先导阀2与操作手柄13传动连接，先导阀2上设置有第二泄油槽6，阀芯101的两端分别设置有第一泄油槽5，第一泄油槽5的一端与主控制阀油口P1连通，当先导阀2处于起始位置时，两个主控制阀油口P1分别与先导阀2的两个先导阀油口P2连通，其中，先导阀油口P2通过确定先导阀2运动的位置，再确定先导阀油口P2为连通或关闭，第一泄油槽5的另一端被先导阀2的外壁封闭，当先导阀2向一侧运动到最大距离时，与先导阀2运动方向同侧的第一泄油槽5的另一端与第二泄油槽6连通，与先导阀2运动方向反侧的第一泄油槽5的另一端被先导阀2的外壁封闭，先导阀2上设置有分别与第二泄油槽6和主控制阀回油口T通过连通的通孔7，其中通孔7与主控制阀回油口T可以通过连接管路实现连通，此处连通方式也不应仅限于管路连通。此外，先导阀2的起始位置是指：先导阀油口P2未进油时先导阀2所处的位置。
优选地，该第一泄油槽5为四个，同时第二泄油槽6为两个。此外，该第二泄油槽6也可以为一个，且该第二泄油槽6沿先导阀2的外壁圆周布置，同时，第一泄油槽5可以在主控制阀1的阀芯101上对称布置。
可选地，如图2所示，第一泄油槽5与第二泄油槽6的最小距离为X1，先导阀油口P2与同侧的主控制阀油口P1的最小距离为X0，且X0＞X1。只有当X0＞X1阀口时，第一泄油槽5才可能与第二泄油槽6沟通，使得主控制阀1的阀芯101随先导阀2一起运动。
可选地，当阀芯101位于起始位置时，两个主控制阀油口P1与对应的先导阀油口P2连通处的横截面面积相等。其中，阀芯101的起始位置为主控制阀油口P1未进油时阀芯101所处的中间位置，此时的操作手柄13也位于中间位置。
可选地，前盖3和阀芯101之间设有用于阀芯101自动复位的阀芯复位弹簧组件8，阀芯复位弹簧组件8带弹簧的一端固定安装在阀芯101的端面，阀芯复位弹簧组件8另一端活动插装在前盖3内。
可选地，阀芯复位弹簧组件8为两个。阀芯复位弹簧组件8能够确保阀芯101自动并准确地回到起始位置。
可选地，前盖3和先导阀2之间设有用于先导阀2自动复位的先导阀复位弹簧组件9，先导阀复位弹簧组件9带弹簧的一端固定安装在先导阀2内，先导阀复位弹簧组件9另一端活动插装在前盖3内。
可选地，前盖3上设置有第一远程遥控口X，先导阀2的前端位于第一远程遥控口X内，后盖4上设置有第二远程遥控口Y，先导阀2的后端位于第二远程遥控口Y内。第一远程遥控口X和第二远程遥控口Y与先导阀2均密封连接，第一远程遥控口X和第二远程遥控口Y在不使用遥控时，可以将第一远程遥控口X和第二远程遥控口Y连通或者分别各自接回油箱；当需要远程遥控控制时，将该远程遥控接口接入遥控液压***便可实现远程液控代替机旁的手动操作。
可选地，第一泄油槽5为L型。
可选地，第二泄油槽6设置于先导阀2的外表面上。
可选地，先导阀2与操作手柄13通过传动组件传动连接，传动组件包括推力连杆10、连杆11和曲柄12，推力连杆10的一端插装在先导阀2内，推力连杆10的另一端穿过后盖4的隔层与连杆11的一端铰接，连杆11的另一端与曲柄12的一端铰接，曲柄12的另一端与操作手柄13的连接端铰接。此外，连杆11、曲柄12以及操作手柄13位于主控制阀回油口T内。
可选地，在先导阀2与第二远程遥控口Y的接触面上设置有先导阀限位套16。
本发明实施例提供的将手操控制阀连接在高压管路中，其工作原理如下：
如图2所示，两个主控制阀油口P1分别与高压管路连通，手操控制阀的正向操作，将操作手柄13带动先导阀2向左侧移动，此时左侧的第一泄油槽5与第二泄油槽6连通，右侧的第一泄油槽5被先导阀2的外壁封闭，那么左侧的主控制阀油口P1中的高压油依次流经第一泄油槽5、第二泄油槽6和通孔7进入低压的主控制阀回油口T内，从而使得阀芯101受力平衡被打破，使得阀芯101随先导阀2一起向左运动，实现了操纵先导阀2驱动阀芯101向左运动的目的。
如图3所示，手操控制阀的反向操作，将操作手柄13带动先导阀2向右侧移动，此时右侧的第一泄油槽5与第二泄油槽6连通，左侧的第一泄油槽5被先导阀2的外壁封闭，高压管路中的高压油由右侧的主控制阀油口P1流入先导阀2右侧的先导阀油口P2，那么右侧的主控制阀油口P1中的高压油依次流经第一泄油槽5、第二泄油槽6和通孔7进入低压的主控制阀回油口T内，从而使得阀芯101受力平衡被打破，使得主控制阀1的阀芯101随先导阀2一起向右运动，实现了操纵先导阀2驱动主控制阀1的阀芯101向左运动的目的。
当先导阀2运动到一定位置时，此时，人的操作力不再施加，由于，先导阀复位弹簧组件9的存在，先导阀2会主动复位，同样也会驱使主控制阀1的阀芯101运动复位。如果主控制阀1的阀芯101运动行程超过先导阀2，受力会再次平衡或者阻碍其进一步向前运动，使得主控制阀1的阀芯101必须根据先导阀2的运动位置建立平衡位置，此时，如果先导阀2在某一位置不再运动时，主控制阀1的阀芯101将追随其运动相应的位置，并在高压油的作用下重新平衡并保证两个主控制阀油口P1均不与主控制阀回油口T连通。为保证在没有通高压油的情况下，主控制阀1的阀芯101也可以自动回到起始位置，避免初次启动误操作，此外，主阀复位弹簧组8也能够确保主控制阀1自动回到起始位置。第一远程遥控口X和第二远程遥控口Y在不使用遥控时，可以将第一远程遥控口X和第二远程遥控口Y连通或者分别独自接回油箱；当需要远程遥控控制时，将该远程遥控接口X、Y接入遥控液压***便可实现远程液控代替机旁的手动操作。
本发明实施例提供的手操控制阀在实际中的应用：
主控制阀1的额定通流能力为6000L/min，最大输出压力8Mpa，主控制阀1的最大行程为60mm，主控制阀1的阀芯101的端面直径为250mm，流速ν＝5.7m/s，阀芯101自重160KG，且主控制阀1的中位为H型中位机能。
具体地，主控制阀1的受力F主由以下几个部分组成：
F主＝F复位+F卡紧力+F液动力+F摩擦力
F复位——主控制阀1的复位弹簧力，具体为3000N；
F卡紧力——因主控制阀1的阀体与阀孔(该阀孔泛指主控制阀1上所开设的孔)的制造误差(圆度和直线度误差)而导致的油压卡紧，无法直接计算，在本领域常用的计算方法中，按弹簧复位力的10％进行估计，这里的实际取值为300N；
F液动力——主要是指主控制阀1的阀芯101的稳态液动力。
F摩擦力——主控制阀1的阀芯101运动时，主控制阀1的阀体与阀孔(由于阀孔的表面粗糙度和主控制阀1的阀芯101重力作用产生的)的摩擦阻力。
代入公式：F液动力＝ρqνcosα，其中：
ρ——高压油的密度，这里为800kg/m3；
q——流经主控制阀1的阀口的流量，这里为6000L/min；
ν——流速，这里取ν＝5.7m/s；
α——主控制阀1的阀***流角，一般取α＝69°；
通过计算得到：
F液动力＝163N
F摩擦力＝μmg
μ——主控制阀1的阀芯101与壳体17的摩擦系数，这里取0.3；
m——主控制阀1的阀芯101自重，这里为160KG；
代入计算得到：F摩擦力＝470N
根据运动的受力平衡得到：
d——主控制阀1的阀芯101的端面直径，这里为250mm；
Δp——驱动主控制阀1运动需要通过泄油产生的压力差值；
代入计算得到：Δp＝0.08MPa。
在实际使用中，由于高压油均要受主控制阀1的节流，则必然会产生一定的压力损失才能流出，通常该压力损失值在0.3-0.5Mpa，而主控制阀1存在负载时，该压力损失值会远远超过0.3-0.5Mpa，因此，在实际使用中需要充分满足主控制阀1运动所需的压差。
先导阀2的受力分析同主阀：
f主＝f复位+f卡紧力+f液动力+f摩擦力
由于先导阀2基本没有高压油作用，因此液动力可以不考虑，这里先导阀复位弹簧组件9的最大复位力为500N，先导阀2的重量为30kg，代入计算有：f主＝638N，假定曲柄机构的传动比为定值，由上述计算可见，不采用先导阀2的手动控制阀需要的操纵力是采用先导阀2的手动控制阀的6.2倍，即F主/f主≈6.2。由此可见，采用本发明提供的手操控制阀可以大幅减小操纵力的大小。
本发明实施例提供的手操控制阀通过在主控制阀的中空腔内增加了先导阀结构，将高压油引入到主控制阀的两端，平衡受力，再将主控制阀两端的高压油通过先导阀送回低压口，从而实现主控制阀的运动受控于先导阀，由于先导阀结构小受力小，操纵简单，因此本发明提供的手操控制阀满足操作力小同时又结构紧凑的要求，同时，在现有的主控制阀加装先导阀可以实现人手的操纵，无需更换整个主控制阀或者加装减压装置，本发明实施例提供的手操控制阀，若主控制阀的阀芯尺寸增大很多，其主控制阀的操纵机构无需相应增大依然可以满足操纵的要求。此外，本发明实施例提供的手操控制阀，操作手柄的位置可以近似的反应主控制阀的阀芯所在的位置，即阀口的开度，而无需额外的电力设备，降低了成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手操控制阀，包括主控制阀和操作手柄，所述主控制阀包括：壳体、前盖、后盖和滑动设置于所述壳体内的阀芯，所述阀芯的前后两端分别与所述前盖和所述后盖组成两个主控制阀油口，其特征在于，所述阀芯内设置有空腔，所述空腔内滑动设置有先导阀，所述先导阀与所述操作手柄传动连接，所述先导阀上设置有第二泄油槽，所述主控制阀的阀芯两端分别设置第一泄油槽，所述第一泄油槽的一端与所述主控制阀油口连通，当所述先导阀处于起始位置时，两个所述主控制阀油口分别与两个所述先导阀油口连通，所述第一泄油槽的另一端被所述先导阀的外壁封闭，当所述先导阀向一侧运动到最大距离时，与所述先导阀运动方向同侧的所述第一泄油槽的另一端与所述第二泄油槽连通，与所述先导阀运动方向反侧的所述第一泄油槽的另一端被所述先导阀的外壁封闭，所述先导阀上设置有分别与所述第二泄油槽和主控制阀回油口连通的通孔。
2.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述第一泄油槽的槽口与所述第二泄油槽的槽口的最小距离为X1，所述先导阀的油口与同侧的所述主控制阀的阀芯的最小距离为X0，且X0＞X1。
3.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，当所述阀芯位于起始位置时，两个所述主控制阀油口与对应的所述先导阀油口连通处的横截面面积大小相等。
4.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述前盖和所述阀芯之间设有用于所述阀芯自动复位的阀芯复位弹簧组件，所述阀芯复位弹簧组件带弹簧的一端固定安装在所述阀芯的端面，所述阀芯复位弹簧组件另一端活动插装在所述前盖内。
5.根据权利要求4所述的手操控制阀，其特征在于，所述阀芯复位弹簧组件为两个。
6.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述前盖和所述先导阀之间设有用于所述先导阀自动复位的先导阀复位弹簧组件，所述先导阀复位弹簧组件带弹簧的一端固定安装在所述先导阀内，所述先导阀复位弹簧组件另一端活动插装在所述前盖内。
7.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述前盖上设置有第一远程遥控口，所述先导阀的前端位于所述第一远程遥控口内，所述后盖上设置有第二远程遥控口，所述先导阀的后端位于所述第二远程遥控口内。
8.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述第一泄油槽为L型。
9.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述第二泄油槽设置于所述先导阀的外表面上。
10.根据权利要求1所述的手操控制阀，其特征在于，所述先导阀与所述操作手柄通过传动组件传动连接，所述传动组件包括推力连杆、连杆和曲柄，所述推力连杆的一端插装在所述先导阀内，所述推力连杆的另一端穿过所述后盖的隔层与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述曲柄的一端铰接，所述曲柄的另一端与所述操作手柄的连接端铰接。
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