CN1040420A - 多功能无静差压力控制阀 - Google Patents
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Abstract
本发明属于先导型压力阀类,它由圆柱形三通阀和双作用差动液压缸分别组成先导阀和主阀。其特点在于多功能和无静差,前者借助转接板或转换开关可分别构成溢流阀、遥控溢流阀、定值和定差减压阀以及内控和外控顺序阀等,后者可使阀的启、闭误差减小到0.5%,而且先导阀和整个压力阀在各种状态下均不产生自激振荡。此外,压力超调小,过渡时间短也是本发明的一大特点。
Description
本发明涉及一种多功能无静差式压力控制阀,该阀属于先导型压力阀类,即由主阀和先导阀组成的二级阀类,它是液压***中控制和调节油液压力必不可少的重要元件。
从所周知,目前先导型压力阀种类繁多,仅举主要类型即有溢流阀、遥控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等多种。它们各具备单一功能但结构是不相同的,因而给生产和工艺带来诸多麻烦。
如上所述,先导型压力阀种类繁多,这给综合论述其现有技术形成很大难度。现仅择与本发明创造性有关的一份欧洲专利申请EP0229841进行对比说明。上述欧洲专利申请示出一种减压阀,其主阀芯和导阀芯都是圆柱形的,阀芯均可在其相应的阀体柱形腔内滑动,柱形腔均设置有环槽分别与进油口、出油口和回油口相通,其中环槽直径设置成大于相应柱形腔直径,借此使液流相对于阀芯轴线呈喇叭发散状,以保持阀芯运动的稳定性,从而防止振动和噪声的出现。但是按照这种结构,阀芯至少具有三个凸肩,与其对应的柱形腔内设置有三道环槽,这些在工艺上将要求有很高的加工精度,从而增加了生产成本。另一方面其主阀出口油压力显然大于节流后通入导腔中的压力,而且由于主阀与导阀之间无反馈连接,形成开环控制,因此这类阀是一种有差***,它无法消除液动力、弹簧力以及其它干扰的影响,这是其出现较大的启、闭误差的根本原因。此外,该阀的先导阀采用常开型,因此泄漏大。
在此须要特别提出的是,目前大部分液压阀仍以锥阀式直动型压力阀作为先导阀,用以控制一个主阀的锥形窗口开度,从而保持所调节的油压近似不变。这类先导阀由于锥阀的稳定性差容易出现自激振荡和噪声,而且整个阀仍为有差***,加之与导阀弹簧平衡的液压力并不是受控压力P1,而是经过两次节流后的压力P1′,因此阀的启、闭误差必然较大。
综合上述可知,当今的先导型压力阀还存在一种原理性的缺欠,因此单靠提高加工精度或是局部改动的办法,企图从根本上解决问题是徒劳的。
因此,本发明的任务在于设计出一种无静差(即高启、闭精度)、高稳定性和多功能的先导型压力阀。
本发明是用圆柱形双边三通阀作为先导阀,而用非对称双作用差动液压缸作为主阀。主阀的下侧设置有通常的锥形窗口,以控制液流的大小。先导阀芯仍由一侧的液压力与另一侧的弹簧力相平衡,但此时的液压力是受控压力P1,而不是前述的压力P1′,因为此时来自受控压力腔的液流并未经过节流孔。先导阀套上有两个窗口分别与高压油和回油相通,先导阀芯中间颈部所形成的中间腔与主阀上腔相通,主阀的下腔与进口高压油相通。因此,借助先导阀芯的位移就可控制主阀芯的锥形窗口开度。由于先导阀芯承受的是阀的受控压力P1,而主阀芯相当于一个积分环节,因此,本发明乃是1型无静差的闭环负反馈压力控制***。由于先导阀的结构稳定性好,***的开环增益又可通过改变先导阀套控制窗口的面积梯度来调整,因此***稳定性好、噪声小,而且具有超调量小,过渡时间短等优点。此外,通过一些转接板或转换开关又可使本发明具有多功能性,它可以分别作为溢流阀、遥控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等六种阀类使用。
现在结合下列附图所示的实施例,详细地阐述按照本发明的压力控制阀。其中
图1按照发明的压力控制阀结构剖面图
图2按照图1的沿线A-A或B-B剖面图
图3按功能设置的转接板
图4多功能油路网络图
图5遥控调压回路
由图1可知,按照发明所述的压力控制阀是由一个主阀10和一个先导阀20组成的。其中主阀10具有一个主阀芯7,该阀芯是上端带有一个凸肩的柱塞,可在相应的主阀套6内滑动,其上下柱塞截面积之比(A1/A2)为1.4~2.0。在主阀芯7的空腔中设置有一个主阀弹簧3。主阀套6′设置在主阀体6内,其下端设置成锥形窗口,该窗口的下面和上面分别设置有主阀进油口4和主阀出油口5。先导阀20具有一个先导阀芯12,该阀芯设置有两个凸肩,并可在相应的先导阀套13内滑动,先导阀套13则是装置在先导阀体14内。先导阀芯12的右端带有弹簧座,用以固定调压弹簧11的左端,该调压弹簧的另一端通过弹簧座与手动调压装置或线性电磁铁15相接。由图1和图2可知,在先导阀套13上设置有两个进(回)油窗口,它们分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成,圆孔直径为2.0~2.5毫米。上述圆孔的外侧设置有环形汇流槽,分别与油路2和8相通。先导阀芯12左端的容腔经受控油液进口油路1与受控油液和遥控口K相通。先导阀芯12右侧的封闭腔设置有通油口9。上述的受控油液进口油路1、进(回)油窗口油路2和8,以及通油口油路9均设置在先导阀体14内。主阀10的上腔通过油路C与先导阀芯12颈部和先导阀套13所形成的容腔相通。主阀芯7在靠近凸肩的颈部与主阀套6′的内腔所形成的环形空间与通向回油的泄油口L相通,泄油口L的油路依次穿过主阀套6′和主阀体6。上述受控油液进口油路1、进(回)油窗口油路2和8以及通油口9,均可引向主阀体6外表的一个集成平面上。同理,主阀进油口4、主阀出油口5和主阀泄油口L也均可引向同一个集成平面,在该平面上七个油口的排列情况及其相对位置与图3所示转接板上的七个油口相对应。若选用一块如图3所示的设置有特殊油路网络的转接板覆盖在上述的集成平面上,以沟通有关油路,便构成具有所需功能的压力控制阀,因为按图3所示的转接板41、42、43、44、45和46上设置的油路网络分别相当于溢流阀、摇控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等六种工作状态。另一种多功能的实施形式是在阀体内设置5个圆柱形转换开关a、b、c、d和e。每个转换开关在与其轴线相垂直的平面上,开有一个或T形或L形或1形的通道,这些开关上的通道与上述的油路和油口按照图4所示的形式连接起来,便构成本发明的多功能网络。此外,为增加***的稳定裕度,在开关a,b一侧的油路上串有节流孔。
现在结合图4所示的油路网格,详细地说明按照发明所述压力控制阀的多功能实施方法。
(1)溢流阀
图4所示的油路网络即为溢流阀工作状态。此时主阀进油口4的受控油液通过开关e引至先导阀20内进口油路1,因而先导阀芯12的左端作用有液压力,此力与先导阀芯12右端的调压弹簧11的预压力相平衡。若此时阀芯处于中位,即阀芯12的两个凸肩刚好堵住先导阀套13上的与油路2相通的进油窗口和与油路8相通的回流窗口,则说明受控油液的压力P1等于调定值,***处于平衡状态。如主阀进油口4的流量突然增加,油压P1将增高,先导阀芯12向右移动。于是主阀芯7将借助回路窗口油路8、开关b、主阀泄油口L、开关d和主阀出油口5回油。主阀芯7在下腔高压油的作用下向上移动,因此打开或开大锥形窗口,使P1下降。当P1回到调定值时,先导阀芯12又回到中位,***将进入新的平衡状态。如果主阀进油口4的流量突然减小,P1将降低,先导阀芯12向左移动,因而沟通油路2的窗口被打开。于是主阀进油口4的高压油将通过开关a和油路2,流入主阀10的上腔。由于主阀10的上腔有效面积A1大于下腔有效面积A2,故能迫使主阀芯7向下移动,以关小锥形窗口,使P1增加。当P1恢复到调定值时,先导阀芯12又回到中位,使***达到新的平衡状态。由此可见,按发明所述的压力控制阀组成的阀类,在任何平衡状态下,先导阀均处于常闭状态,与流量大小无关,因此泄漏小和无静差。此外,图1所示的通油口9的泄漏通过开关c和d流入主阀的出油口5,而主阀泄油口L的泄漏油也通过开关d一并流入主阀的出油口5(因溢流阀状态时L口被封死)。
(2)遥控溢流阀
如果将图4中的开关a顺时针旋转45°,则沟通油路2的窗口被封住,本发明即构成遥控溢流阀。此时应将手动调压装置15调至压力为最大的极限位置,因而先导阀芯12右端的弹簧座靠紧先导阀套13的右端面,于是沟通油路8的窗口被封住,而沟通油路2的窗口虽被打开却为开关a所封闭,因此先导阀将失去控制作用。若将按照发明的先导阀20作为远程调压阀,并按图5连接油路,便构成遥控调压回路。
(3)定值减压阀
若将图4中的开关a、b、e均按顺时针方向旋转90°,本发明即构成定值减压阀。此时沟通油路2的窗口与主阀泄油口L相通,而上述泄油口L则通过直径为0.8毫米,长度为5毫米的节流孔与油箱相通。沟通油路8的窗口与主阀进油口4相通,进油口油路1与主阀出油口5相通,主阀出油口5借助通过孔直径为0.8毫米的开关d与泄油口L相通,以适应封闭负载(因减压阀状态L口与油箱相通)。显然,主阀出口油压P2为受控量。当P2因负载变动而升高时,先导阀芯12将向右移动,沟通油路8的窗口被打开。于是主阀进油口4的高压油将通过开关b流入主阀10的上腔,迫使主阀芯7下移,从而关小锥形窗口,直到P2回到调定值,先导阀芯12才回到中位。若P2因负载变动而降低时,先导阀芯12左移,主阀10上腔将通过沟通油路2的窗口、开关a与主阀泄油口L相通。主阀芯7在主阀进口4的高压油作用下向上移动,于是锥形窗口开大,P2升高,直到P2回到调定值,先导阀芯12才回到中位。可见此时***仍是无静差的。
(4)定差减压阀
将图4中的开关c顺时针旋转90°,即构成定差减压阀。此时阀的受控量为主阀的进口油压与出口的负载压力之差,即P1-P2。因此,主阀出油口5的油液通过开关c被引至通油口9。
(5)内控顺序阀
若将图4中的开关d旋转90°,本发明即构成内控顺序阀。当进口油压P1小于设定值P10时,先导阀芯12向左偏移,主阀进油口4的高压油通过开关a、油路2和与其相连的窗口流入主阀10上腔,使主阀芯7下移,从而锥形窗口关闭;当P1微大于P10时,先导阀芯12回到中位并微微偏向右边,使主阀10上腔经沟通油路8的窗口、开关b向主阀泄油口L回油,因而锥形窗口被打开。因此时主阀出油口5通向负载,P1并不因锥形窗口打开而下降,故形成开环控制,主阀芯一直上移到极限位置。压力损失基本上为零。而且泄漏也很小。
(6)外控顺序阀
若将图4中的开关d和e均逆时针旋转90°,便构成本发明的外控顺序阀,它与内控顺序阀的不同点是先导阀20内,进口油路1与主阀进油口4断开,而将外控油液通过遥控口K进入进口油路1的进口。
(7)比例压力阀
若将图1中的手动调压装置15改换成线性电磁铁,便构成比例压力阀。
按照发明所述的压力控制阀,其技术性能经实际测试表明:在各种状态下,先导阀和整个压力阀均不产生自激振荡,压力平稳,其波动值和偏移值均在0.5%左右。另一方面由于无静差而具有高启、闭精度,如溢流阀的启、闭误差为0.5%。其动态性能对于额定压力为31.5MPa,额定流量为100升/分的溢流阀,其压力超调小于5%,瞬态恢复时间为14ms,下降时间为20ms。
Claims (5)
1、一种压力控制阀包括一个主阀和一个先导阀,其中主阀是非对称双作用差动液压缸,而先导阀则是圆柱形双边三通阀,其特征在于,
主阀(10)的主阀芯(7)是一个上端带有凸肩的柱塞,其下端设置成锥形窗口,该窗口的上面和下面分别设置有主阀进油口(4)和主阀出油口(5),主阀芯(7)在靠近凸肩的颈部与主阀套(6′)的内腔所形成的环形空间与通向回油的泄油口(L)相通,泄油口(L)的油路依次穿过主阀套(6′)和主阀体(6),
先导阀(20)的先导阀芯(12)设置有两个凸肩,两凸肩之间为较细的颈部,先导阀芯(12)的右端带有弹簧座,用以固定调压弹簧(11)的左端,该弹簧的另一端通过弹簧座与手动调压装置或线性电磁铁(15)相接,先导阀套(13)上的两个进(回)油窗口分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成,上述圆孔的外侧设置有环形汇流槽分别与油路(2)和(8)相通,先导阀芯(12)左端的容腔经受控油液进口油路(1)与受控油液和遥控口(K)相通,先导阀芯(12)右端封闭腔设置有通油口(9),先导阀体(14)内还相应设置有受控油液进口油路(1),进(回)油窗口油路(2)和(8),这些油路分别与先导阀套(13)上相应的油口和窗口相通。
主阀(10)上腔通过油路(C)与先导阀芯(12)颈部和先导阀套(13)所形成的容腔相通,
将上述油路(1,2,8)和油口(4,5,9,L)引向同一个集成平面,并借助一块设置有特殊油路网络的转接板(41,42,43,44,45,46)组成多功能网络,或是上述油路(1,2,8)和油口(4,5,9,L)借助于转换开关(a,b,c,d,e)也可组成多功能网格。
此外,将手动调压装置(15)改用线性电磁铁(15)还能组成比例压力阀的功能。
2、按权利要求1所述的压力控制阀,其特征在于,所述先导阀芯(12)借助右侧的调压弹簧(11)与左侧的受控油液所形成的液压力相平衡,使其在稳态时处于中位,因此所述先导阀(20)是常闭型的。
3、按权利要求1所述的压力控制阀,其特征在于,所述主阀芯(7)的上下柱塞受压面之比为1.4~2.0。
4、按权利要求1所述的压力控制阀,其特征在于,所述转接板(41,42,43,44,45,46)上设置的特殊油路网格分别相当于溢流阀,遥控溢流阀,定值减压阀,定差减压阀,内控顺序阀和外控顺序阀的工作状态。
5、按权利要求1所述的压力控制阀,其特征在于,所述转换开关(a,b,c,d,e)在与轴线相垂直的一个平面上,设置有或T形或L形或I形的通道,这些通道随开关旋转到不同的位置可使阀分别构成溢流阀,遥控溢流阀,定值减压阀,定差减压阀,内控顺序阀和外控顺序阀的工作状态。
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