CN108412831B - 分流调压调速换向集成阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀，特别是指一种分流调压调速换向集成阀。包括阀体，开设于阀体上的进油、溢流阀，以及先导调压、节流切换与调速单元；阀体上设回油口、节流出油口、出油口，阀体内间隔设有由主孔轴向贯通的溢流背压腔、出油腔、进油腔、节油出油腔、液控腔；节流出油腔连通节流出油口，出油腔连通出油口，出油腔与液控腔经液控孔道连通；溢流主阀套插装于主孔形成动密封配合且其外端与主孔外端止口装配，其内端设有节流口；非工作状态下溢流主阀套将进油腔与出油腔隔断；本发明有效解决了现有技术中存在的能耗高、工作介质温升快等技术难题，具有可实现分别驱动多个工作压力及流量不同的执行元件、对于***组件等级要求较低、可实现调速等优点。

Description

分流调压调速换向集成阀

技术领域

本发明属于阀，特别是指一种分流调压调速换向集成阀。

背景技术

现有液压传动***或移动液压机械***，需要两个以上的工作***，各工作***要求的流量与工作压力均有不同设定，分流阀的作用是使液压***中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量(等量分流)，或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。

传统液压***包括：

1、动力元件

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压***中的油泵，它向整个液压***提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵。

2、执行元件

执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

3、控制元件

控制元件(即各种液压阀)在液压***中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀包括溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

4、辅助元件

辅助元件包括油箱、滤油器、冷却器、加热器、蓄能器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位计、油温计等。

5、液压油

液压油是液压***中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

根据适用范围、适配的执行元件的不同，传统液压***的设计要求存在诸多不同的技术要求，其中在油缸作为执行元件时液压***设计需要考虑的主要因素包括：一是根据负载质量设计液压***的压强及作用面积；二是根据对负载的移动速度的要求设计液压***中工作介质的有效流量及执行元件的压强作用面积；三是液压动力源的额定压力及排量应与负载移动速度及质量相匹配；四是***管路及控制元件的通径或最小处的截面积须与流量相匹配，否则会出现工作介质温升过高或执行元件运行不稳定等状况。在液压***中,经常需要独立操纵多个负载质量、位移速度不同的执行元件(液压缸、液压马达),因此对液压***进行结构设计或技术改进可以达到节省动力元件、简化控制元件、降低***故障率等目的。

就申请人所了解的范围而言，解决上述技术问题的技术方案包括：

1、采用定量双联泵作为动力元件

上述现有技术存在的主要问题一是因为定量双联泵是流量预先设定且不可调整的，当运行环境中的工况发生变化时无法进行适应性调整，匹配性差；二是定量双联齿轮泵由于结构复杂、导致其制造成本及故障率高；三是定量双联泵中的一个泵处于工作状态时，另一个泵虽然处于非工作状态，但是仍然进行空运转而产生无功损耗，在浪费能源的同时造成工作介质的温升。

2、选择变量泵(代表性的为变量柱塞泵)作为动力元件

上述现有技术存在的主要问题一是变量泵的变量控制是将传感器的测定值传递至控制装置并由其发出相应指令完成，因此结构复杂、成本高；二是变量泵只能实现排量调整，并不能控制压力，因此需要针对各执行元件配备压力控制元件(如溢流阀)满足不同质量的负载要求，同时还需要增设控制元件及管路以避免不同执行元件回路内的压力干扰；三是由于柱塞泵对于工作介质清洁度要求较高，导致与之配备的***组件等级要求及运行维护成本较高。

3、单一定量泵配备节流阀及溢流阀作为控制元件

上述现有技术存在的主要问题一是通过节流阀改变通径面积实现流量调节，执行压力随着负载的变化而改变，但由于定量泵、溢流阀的作用，节流阀另一侧的压力为一设定值，这样不可避免地造成节流阀两侧的压差过大，会将压差能转化为热能而产生油温升高、能量消耗的现象；二是油泵始终处于高压状况下运行而产生极大的能量消耗，油泵的使用寿命大大缩短；三是由于溢流阀只能设置于较高压力的主回路中，因此其仅能满足设定压力值下的工况。

申请人经过检索未发现与本申请相同或相近似的专利文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分流调压调速换向集成阀，通过采用将分流、调压、调速、换向高度集成设计，达到配合一套动力元件可实现分别驱动多个工作压力、流量不同的执行元件的目的。

本发明的整体技术构思是：

分流调压调速换向集成阀，包括阀体，开设于阀体上的进油口，进油口连通进油腔，阀体上插装溢流阀；阀体上开设回油口、节流出油口、出油口，阀体内自左至右依次间隔开设有由主孔轴向贯通的溢流背压腔、出油腔、进油腔、节油出油腔、液控腔；节流出油腔连通节流出油口，出油腔连通出油口，出油腔与液控腔经液控孔道连通；溢流主阀套插装于主孔形成动密封配合且其外端与主孔外端止口装配，溢流主阀套内端设有节流口；非工作状态下溢流主阀套将进油腔与出油腔隔断；

其中包括如下结构单元：

A、先导调压单元：溢流阀选用直动溢流阀，直动溢流阀的进油口与溢流背压腔连通，其出油口经回油通道与回油口连通；溢流背压腔内设有复位弹簧，复位弹簧的两端分别作用于溢流主阀套外端面及溢流背压腔腔体内壁；

B、节流切换单元：节流阀芯为变径结构，其左侧小径插装于溢流主阀套内并与其动密封配合，其右侧大径左端面与外圆表面交接处开设有调速节流口，出油腔与进油腔经调速节流口实现节流导通，节流阀芯右侧大径插装于节流出油腔与液控腔间的主孔内并与其动密封配合，节流阀芯右侧大径端面形成与主孔适配的止口；节流阀芯内开设的背压孔道将节流出油腔与溢流背压腔导通，背压孔道内设有阻尼螺钉；

C、调速单元：液控腔外侧依次设有调速螺堵、锁紧螺母、调速螺钉，调速螺钉螺纹装配于调速螺堵内并驱动调速活塞沿轴向作用于节流阀芯右侧大径端面。

本发明的具体技术构思还有：

所述的出油腔、节油出油腔设于进油腔两侧，节油出油腔的外侧间隔设有液控腔，出油腔外侧间隔设有溢流背压腔。

为便于溢流阀的安装，优选的技术实现手段是，所述的溢流背压腔外侧设有盖板，直动溢流阀设于盖板上，盖板内侧嵌入溢流背压腔并形成与溢流主阀套的外端面适配的环形限位凸台。

为有效避免在承压动态密封状态下溢流主阀套因与节流阀芯相对运动所产生的卡阻；均衡承压动态密封状态下溢流主阀套与节流阀芯配合间隙，减少内泄量，优选的实施方式是，所述的节流阀芯左侧小径外表面沿轴向间隔且沿径向开设有均压槽，溢流主阀套内侧的节流阀芯左侧小径上沿径向设有轴用弹簧挡圈。

申请人需要说明的是：

在本发明的描述中，术语“两侧”、“外侧”、“内端”、“外端面”、“内侧”、“外表面”、“左侧”、“右侧”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明所具备的实质性特点及取得的显著技术进步在于：

1、本发明通过分流、调压、调速、换向的集成设计，配合一套动力元件一是可实现分别驱动多个工作压力、流量不同的执行元件的技术效果，有效节省了动力元件；二是可以适用于配合种类较多的动力元件，对于***组件等级要求较低，安装及运行维护成本大幅度降低；三是在功能实现上还增加了调速功能。

2、本发明在一个阀体内高度集成了分流、调压、调速、换向功能，一是对于不同工作压力及流量的负载具有较好的通配性；二是因为具有换向功能的结构设计，避免产生不同执行元件回路内的压力干扰，在大大简化控制元件的前提下有效降低了***故障率；三是具有换向功能的结构设计的采用，针对液压***特定工况下的应用背景，有效满足了液压动力源的额定压力及排量应与负载移动速度及质量相匹配的设计规范要求。

3、阻尼螺钉、孔道、复位弹簧等结构的设计，结合工作过程中进油腔与节流出油腔的压力反馈，使进油腔与节流出油腔之间因节流阀芯节流口产生的压差值在动作状态下趋于平衡，从而解决了因压差过大导致的工作介质温升过高、能量损耗大、工作元件长期超限运转故障率高的问题。

4、直动溢流阀的采用，结合工作过程中溢流背压腔中的压力变化，有效保证了***工作压力处于设定的安全范围内，结合轴向弹簧挡圈的结构设计，避免了因误操作产生的进油腔工作压力升高带来的对动力元件的高压危害。

5、采用调速活塞以及调速螺钉作为调速机构作用于节流阀芯，实现了对与节流出油腔连接的执行元件的设定速度调整，满足了对于不同运行速度的执行元件的工况要求。

6、均压槽的结构设计，一是有效避免了在承压动态密封状态下溢流主阀套因与节流阀芯相对运动所产生的卡阻；二是均衡了承压动态密封状态下溢流主阀套与节流阀芯配合间隙，减少内泄量。

7、本发明由于在出油腔、节流出油腔实现两路压力、流量均不同的工作介质输出，一是不仅可以与不同型号的执行元件组配实现上述功能，而且可以简化实现两路以上的不同压力及流量的控制元件结构；二是在出油腔输出端通过串联方式实现对两个以上不同设定压力及流量的执行元件的控制。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的左视图。

图4是图1的A-A向视图。

图5是本发明的右视图。

图6是图5的B-B向视图。

图7是本发明的立体外形图。

图8是本发明中节流阀芯的结构图。

图9是图8的C-C向视图。

图10是本发明中溢流主阀套的结构图。

图11是图10的D-D向视图。

图12是本发明的液压原理图。

附图中的附图标记如下：

1、盖板；2、直动溢流阀；3、回油通道；4、主孔；5、节流阀芯；6、调速活塞；7、锁紧螺母；8、复位弹簧；9、溢流主阀套；10、阀体；11、调速螺堵；12、调速螺钉；13、液控孔道；14、阻尼螺钉；15、弹簧挡圈；16、调速节流口；17、均压槽；18、背压孔道；19、节流口；P、进油口；T、回油口；FL、节流出油口；ZL、出油口；FQ、节流出油腔；BQ、溢流背压腔；PQ、进油腔；ZQ、出油腔；YQ、液控腔。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

本实施例的整体结构如图示，其中包括阀体10，开设于阀体10上的进油口P，进油口P连通进油腔PQ，阀体10上插装溢流阀；阀体10上开设回油口T、节流出油口FL、出油口ZL，阀体10内自左至右依次间隔开设有由主孔4轴向贯通的溢流背压腔BQ、出油腔ZQ、进油腔PQ、节油出油腔FQ、液控腔YQ；节流出油腔FQ连通节流出油口FL，出油腔ZQ连通出油口ZL，出油腔ZQ与液控腔YQ经液控孔道13连通；溢流主阀套9插装于主孔4形成动密封配合且其外端与主孔4外端止口装配，溢流主阀套9内端设有节流口19；非工作状态下溢流主阀套9将进油腔PQ与出油腔ZQ隔断；

其中包括如下结构单元：

A、先导调压单元：溢流阀选用直动溢流阀2，直动溢流阀2的进油口与溢流背压腔BQ连通，其出油口经回油通道3与回油口T连通；溢流背压腔BQ内设有复位弹簧8，复位弹簧8的两端分别作用于溢流主阀套9外端面及溢流背压腔BQ腔体内壁；

B、节流切换单元：节流阀芯5为变径结构，其左侧小径插装于溢流主阀套9内并与其动密封配合，其右侧大径左端面与外圆表面交接处开设有调速节流口16，出油腔FQ与进油腔PQ经调速节流口16实现节流导通，节流阀芯5右侧大径插装于节流出油腔FQ与液控腔YQ间的主孔4内并与其动密封配合，节流阀芯5右侧大径端面形成与主孔4适配的止口；节流阀芯5内开设的背压孔道18将节流出油腔FQ与溢流背压腔BQ导通，背压孔道18内设有阻尼螺钉14；

C、调速单元：液控腔YQ外侧依次设有调速螺堵11、锁紧螺母7、调速螺钉12，调速螺钉12螺纹装配于调速螺堵11内并驱动调速活塞6沿轴向作用于节流阀芯5右侧大径端面。

本实施例的工作原理如下：

使用时将出油腔、节流出油腔连通相应的控制元件并通过其驱动不同的执行元件。

1、控制元件处于中位状态时进油口P与回油口T导通，启动动力元件，工作介质自进油口P进入进油腔PQ，一部分工作介质通过节流阀芯5上的调速节流口19进入节流出油腔FQ，通过与之连接的控制元件卸载；另一部分工作介质克服复位弹簧8作用力推动溢流主阀套9向左移动，进油腔PQ与出油腔ZQ导通，当进油腔PQ对溢流主阀套9的作用力与复位弹簧8作用力相等时，溢流主阀套9处于动平衡状态，工作介质通过与之连接的控制元件卸载；

2、在与节流出油腔PQ相连的控制元件启动时，与出油腔ZQ相连的控制元件处于中位状态下，当进油腔PQ内的压力大于溢流背压腔BQ内的压力与复位弹簧8的作用力之和时，溢流主阀套9向左移动，进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量增加，进油腔PQ内工作介质压力下降至溢流背压腔BQ内的压力与复位弹簧8的作用力之和相等时，溢流主阀套9处于平衡状态使进油腔PQ内的工作介质压力保持为定值；

在负载发生变化时，节流出油腔FQ内的工作压力会随之变化，当节流出油腔FQ内的工作压力降低时，由于节流出油腔FQ通过背压孔道18与阻尼螺钉14连通溢流背压腔BQ，溢流背压腔BQ内的工作压力随之降低，当其降低至其与复位弹簧的作用力之和小于进油腔内工作压力时，溢流主阀套9向左移动，进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量增加，在进油腔PQ内的工作介质压力下降至溢流背压腔BQ内的压力与复位弹簧8的作用力之和相等时，溢流主阀套9处于平衡状态。节流出油腔FQ内的工作压力升高时，溢流背压腔BQ内的工作压力随之升高，当其升高至其与复位弹簧8的作用力之和大于进油腔PQ内工作压力时，溢流主阀套9向右移动，进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量减小，进油腔PQ内的工作介质压力升高至溢流背压腔BQ内的压力与复位弹簧8的作用力之和相等时，溢流主阀套9处于平衡状态，进油腔PQ内的工作介质压力随着负载的变化在上述工作过程中动态调整并最终得以保持。

由于负载作用，节流出油腔FQ内工作介质压力持续增加，进油腔PQ以及溢流背压腔BQ内的工作介质压力随之持续升高，当溢流背压腔BQ内的工作压力超过直动溢流阀2的设定压力值时，直动溢流阀2打开迅速完成溢流背压腔BQ工作介质的泄压，由于阻尼螺钉14的阻尼作用，溢流背压腔BQ内的工作介质泄压速度高于节流出油腔FQ的工作介质泄压速度，工作介质缓慢补充至溢流背压腔BQ中，溢流背压腔BQ内工作介质压力下降，溢流主阀套9在进油腔PQ内工作介质的推动下向左移动导致进油腔PQ内工作介质压力下降，进而依次使节流出油腔FQ、溢流背压腔BQ内的工作介质压力下降，当溢流背压腔BQ内的工作介质压力下降至低于直动溢流阀2的设定压力值时，直动溢流阀2关闭，上述工作过程往复循环使工作介质对与节流出油腔FQ相连的执行元件提供一个不超过直动溢流阀2的设定压力值的持续作用力。

3、与出油腔相连的控制元件启动时，与节流出油腔FQ相连的控制元件处于中位状态下，出油腔ZQ以及进油腔PQ内的工作介质压力升高，工作介质推动溢流主阀套9向左移动，进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量增加，直至溢流主阀套9的限位阶台与限位口19贴合；同时工作介质通过背压孔道18进入至液控腔YQ，推动节流阀芯5向左移动至其右侧大径端面的止口与液控腔YQ的左侧端面贴合，节流阀芯5右侧大径左端面的调速节流口16关闭，进油腔PQ与节流出油腔FQ隔断，工作介质全部输送至出油腔ZQ并作用于与出油腔ZQ相连的执行元件；当与出油腔ZQ相连的控制元件处于中位状态时，出油腔ZQ内工作介质通过控制元件卸载，工作介质压力下降，溢流主阀套9向右移动，当进油腔PQ对溢流主阀套9的作用力与复位弹簧8作用力相等时，溢流主阀套9处于动平衡状态，工作介质通过与之连接的控制元件卸载，工作介质同时作用于节流阀芯5的右侧大径端面推动节流阀芯5向右移动至其右端面止口与调速活塞6贴合，工作介质通过节流阀芯5上的调速节流口16进入节流出油腔ZQ，通过与之连接的控制元件卸载。

4、当需要调整与节流出油腔FQ相连的执行元件的动作运动速度时，调整调速螺钉12的轴向位置，通过调速活塞6带动使节流阀芯5表面调速节流口16与主孔4配合端面的轴向间距发生改变，进而调整工作介质的通量。

5、当与节流出油腔FQ相连的执行元件启动达到工作状态时，发生将与出油腔ZQ相连的执行元件启动的误操作时，节流阀芯5大径上的调速节流口16关闭，在溢流背压腔BQ与复位弹簧8的作用下，溢流主阀套9左移动作迟缓，因进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量小，导致进油腔PQ内工作压力迅速升高，并对动力元件产生高压危害。

通过节流阀芯5轴向运动过程中轴用弹簧挡圈15对溢流主阀套9产生推动，强制性增加进油腔PQ与出油腔ZQ之间的工作介质通量，避免进油腔PQ内工作压力迅速升高以及对动力元件产生的高压危害。

Claims (4)

1.分流调压调速换向集成阀，包括阀体(10)，开设于阀体(10)上的进油口(P)，进油口(P)连通进油腔(PQ)，阀体(10)上插装溢流阀；其特征在于阀体(10)上开设回油口(T)、节流出油口(FL)、出油口(ZL)，阀体(10)内自左至右依次间隔开设有由主孔(4)轴向贯通的溢流背压腔(BQ)、出油腔(ZQ)、进油腔(PQ)、节油出油腔(FQ)、液控腔(YQ)；节流出油腔(FQ)连通节流出油口(FL)，出油腔(ZQ)连通出油口(ZL)，出油腔(ZQ)与液控腔(YQ)经液控孔道(13)连通；溢流主阀套(9)插装于主孔(4)形成动密封配合且其外端与主孔(4)外端止口装配，溢流主阀套(9)内端设有节流口(19)；非工作状态下溢流主阀套(9)将进油腔(PQ)与出油腔(ZQ)隔断；

其中包括如下结构单元：

A、先导调压单元：溢流阀选用直动溢流阀(2)，直动溢流阀(2)的进油口与溢流背压腔(BQ)连通，其出油口经回油通道(3)与回油口(T)连通；溢流背压腔(BQ)内设有复位弹簧(8)，复位弹簧(8)的两端分别作用于溢流主阀套(9)外端面及溢流背压腔(BQ)腔体内壁；

B、节流切换单元：节流阀芯(5)为变径结构，其左侧小径插装于溢流主阀套(9)内并与其动密封配合，其右侧大径左端面与外圆表面交接处开设有调速节流口(16)，出油腔(FQ)与进油腔(PQ)经调速节流口(16)实现节流导通，节流阀芯(5)右侧大径插装于节流出油腔(FQ)与液控腔(YQ)间的主孔(4)内并与其动密封配合，节流阀芯(5)右侧大径端面形成与主孔(4)适配的止口；节流阀芯(5)内开设的背压孔道(18)将节流出油腔(FQ)与溢流背压腔(BQ)导通，背压孔道(18)内设有阻尼螺钉(14)；

C、调速单元：液控腔(YQ)外侧依次设有调速螺堵(11)、锁紧螺母(7)、调速螺钉(12)，调速螺钉(12)螺纹装配于调速螺堵(11)内并驱动调速活塞(6)沿轴向作用于节流阀芯(5)右侧大径端面。

2.根据权利要求1所述的分流调压调速换向集成阀，其特征在于所述的出油腔(ZQ)、节油出油腔(FQ)设于进油腔(PQ)两侧，节油出油腔(FQ)的外侧间隔设有液控腔(YQ)，出油腔(ZQ)外侧间隔设有溢流背压腔(BQ)。

3.根据权利要求1所述的分流调压调速换向集成阀，其特征在于所述的溢流背压腔(BQ)外侧设有盖板(1)，直动溢流阀(2)设于盖板(1)上，盖板(1)内侧嵌入溢流背压腔(BQ)并形成与溢流主阀套(9)的外端面适配的环形限位凸台。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的分流调压调速换向集成阀，其特征在于所述的节流阀芯(5)左侧小径外表面沿轴向间隔且沿径向开设有均压槽(17)，溢流主阀套(9)内侧的节流阀芯(5)左侧小径上沿径向设有轴用弹簧挡圈(15)。