CN100412385C - 大流量直控式三级比例压力阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大流量直控式三级阀芯比例压力阀，包括阀体，伸于阀体口内的锥阀阀芯，阀体由第一筒体和第二筒体组成，锥阀阀芯端面上固定连接有三级同心差分活塞，差分活塞的第二级活塞面积A₂与第一级活塞面积A₁的差小于锥阀配作阀口面积A₀，差分活塞第一级活塞面积A₁上面，第二级活塞面积A₂上面和锥阀口面积A₀上面同时受大小相同的压强P_S。本发明采用三级差分活塞能够很好地补偿阀口作用力，解决作用在阀芯上的液压力、摩擦力和液动力过大而指令力过小的矛盾，从而实现较强的负反馈，提高控制精度，使直控式比例压力阀不能用于大流量液压系统的问题得到解决。

Description

大流量直控式三级比例压力阀

技术领域

本发明涉及一种比例压力阀，尤其是一种直控式比例压力阀。

背景技术

直控式比例压力阀(如直控比例溢流阀、三通比例减压阀等)具有机械摩擦力小，控制环节少，响应快等诸多控制优点，且结构简单，价格低廉。若采用不带衔铁位移电反馈的比例电磁铁，由于该比例电磁铁具有的水平力特性(不会因溢流量变化引起的阀口位移变化而对电磁力造成波动)，会使输出压力(一定位移范围内)相当平稳，调压偏差极小(调压偏差只受液动力的影响)，其性能大大优于普通恒压阀。但是，普通直控式比例压力阀最大的缺憾是不宜实现大流量控制，这是由于锥阀阀芯直接作用在阀口上，该阀口既是节流通道，阀口面积又是测压面积，在压差一定的情况下，通过阀的流量越大，要求的节流阀口面积就越大。这样，作用在锥阀阀芯上的力就比较大。但是比例电磁铁能够提供(或称承受)的指令力是非常有限的，一般只有几十牛，大功率比例电磁铁也只有一、二百牛。所以，在大流量条件下，电磁铁无法克服较大的摩擦力和液动力的干扰去驱动阀芯实现较强的负反馈，以致产生控制误差(超出了行程的线性区)急剧增加，甚至损坏比例控制器的情况。这样就形成了大流量时指令力小与节流面积必须大的矛盾。因此，目前技术条件下直控式比例压力阀的最大流量一般不超过10l/min，最大极限为16l/min。如功率为65瓦，最大有效行程为3毫米的大功率比例电磁铁，当调定压力为100bar，最大流量为5l/min时，需要的阀口直径为7.5mm，而此时的阀口作用力已经超出比例控制器最大承受力的二倍。若最大流量为10l/min，其需要的阀口直径则为15mm，此时的阀口作用力更是已经超出比例控制器最大承受力的八倍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能实现大流量控制的直控式三级比例压力阀。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

·一种大流量直控式三级比例压力阀，包括阀体，伸于阀体口内的锥阀阀芯，阀体由第一筒体和第二筒体组成，锥阀阀芯小头端面上固定连接有三级同心差分活塞，三级同心差分活塞的第一级活塞位于第一筒体内，第二活塞位于第二筒体内，差分活塞的第二级活塞面积A₂与第一级活塞面积A₁的差小于锥阀配作阀口面积A₀，差分活塞第一级活塞面积A₁上面，第二级活塞面积A₂上面和锥阀口面积A₀上面同时受大小相同的压强P_S。

·差分活塞的第二级活塞面积A₂与第一级活塞面积A₁差的最大值为锥阀配作阀口面积A₀的百分之九十五，锥阀配作阀口直径D₀大于7mm。

差分活塞的第一级活塞直径D₁＝7～25mm，第二级活塞直径D₂＝10～30mm；锥阀配作阀口的直径D₀＝7.2～25mm。

锥阀阀芯锥角∠B＝15°～25°。

差分活塞由碳素钢或合金钢制成。

本发明采用一种带三级差分活塞的直控式比例压力阀阀芯，该三级差分活塞能够很好地补偿阀口作用力，解决作用在阀芯上的液压力、摩擦力和液动力过大而指令力过小的矛盾，从而实现较强的负反馈，提高控制精度，使直控式比例压力阀不能用于大流量液压系统的问题得到解决。试验结果表明，该阀在100l/min大流量条件下也具有很好的水平力特性。

附图说明

图1是本发明的结构及补偿原理图；

图2是三级差分式活塞结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种大流量直控式三级比例压力阀，包括阀体100，伸于阀体口内的锥阀阀芯1，阀体100由第一筒体8和第二筒体7组成，锥阀阀芯1小头端面上固定连接有三级同心差分活塞200，三级同心差分活塞200的第一级活塞9位于第一筒体8内，第二活塞10位于第二筒体7内，差分活塞的第二级活塞10面积A₂与第一级活塞9面积A₁的差小于锥阀配作阀口面积A₀，差分活塞第一级活塞面积A₁上面，第二级活塞面积A₂上面和锥阀口面积A₀上面同时受大小相同的压强P_S。

本直控式比例压力阀的基本特征是在锥阀阀芯1左端增加了一个三级同心的差分活塞200(见图1)。由于面积差的原因，这个差分活塞200可以很大程度上补偿因大流量和大节流面积产生的力，从而降低施给比例电磁铁的力，使指令力对阀芯实现较强的负反馈，大大减小了控制误差并有效地保护了娇贵的比例电磁铁5。本发明从根本上解决了直控式比例压力阀只能用于小流量控制(一般用于先导控制)的问题。

本直控式比例压力阀的工作原理是，当阀得到一个指令电压U_g时，控制线圈通电流4，驱动比例电磁铁5带动指令推杆6向左运动直至停下。此时压缩弹簧2得到了一个与指令电压U_g成比例的预紧力。当阀座左腔的压强达到调定压强P_S时，锥阀阀芯1打开，形成溢流，而此时油的压强仍应维持在调定压强P_S水平。

理论计算和试验结果都表明，用以上方案的直控式比例压力阀，其最大流量可以轻易地做到几十l/min(这是液压系统中最常见的流量要求)甚至于一、二百l/min及以上。

从图2可知，该直控式比例压力阀在锥阀的左面增加了一个三级同心的差分活塞200，这个活塞200与锥阀阀芯1连接成一个整体。当液压油进入比例阀时，差分活塞200两端的面积A₁、A₂和锥阀口面积A₀同时受到大小相同的压强P_S的作用，差分活塞200的A₂与A₁面积差小于A₀端的面积(A₂-A₁)的最大值为0.95×A₀，D₀大于7mm)，而锥阀阀芯1与差分活塞200是一个整体，故锥阀阀芯1受到的合力向右。这个合力就是最终施给比例电磁铁的指令力。只要合理选取差分活塞200的面积A₁、A₂和锥阀阀口面积A₀的大小就可以使比例电磁铁5指令力得到适当的补偿(即锥阀受到的右向合力可以大大减小)，从而解决了直控式比例压力阀的节流面积与指令力大小的矛盾。

不带衔铁位移电反馈的比例电磁铁基本静态力平衡公式为：

P_S(A₀-A₂+A₁)＝ka

其中：

P_S——阀的调定压强；

A₁——差分活塞的左腔有效面积， $A_1=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_1^2$ (D₁见图2)；

A₂——差分活塞的右腔有效面积， $A_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_2^2$ (D₂见图2)；

A₀——锥阀的阀口面积， $A_0=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}_0^2$ (D₀见图2)；

K——比例电磁铁的等效刚度；

a——比例电磁铁的最大输出行程。

通过阀口的流量方程为：

$Q=C_d{D}_o\mathrm{\π}\×\sin B\sqrt{\begin{array}{cc}\frac{2}{\mathrm{\ρ}}& p,\end{array}}$

其中：

C_d——阀口流量系数；

x——阀芯位移，方向向右；

ρ——油液的密度。

差分活塞200的材料为碳素钢或合金钢。

差分活塞200的几何尺寸(见图2)：D₁＝7～25mm；D₂＝10～30mm；与锥阀配作阀口的直径D₀＝7.2～25mm，∠B＝15°～25°。

将该材料和该几何尺寸的差分活塞及按上述尺寸与之配合的阀座连接后可用于流量大于16l/min(如10，15，25，63，80，100，200l/min等)的直控式(即单级式)比例压力阀(如直控式比例溢流阀、平衡阀、三通减压阀、恒压阀、调压阀、安全阀等)也是本发明的保护点。

Claims (5)

1. 一种大流量直控式三级比例压力阀，包括阀体(100)，伸于阀体口内的锥阀阀芯(1)，其特征在于，所述阀体(100)由第一筒体(8)和第二筒体(7)组成，锥阀阀芯(1)小头端面上固定连接有三级同心差分活塞(200)，三级同心差分活塞(200)的第一级活塞(9)位于第一筒体(8)内，第二活塞(10)位于第二筒体(7)内，差分活塞(200)的第二级活塞面积(A₂)与第一级活塞面积(A₁)的差小于锥阀配作阀口面积(A₀)，差分活塞第一级活塞面积(A₁)上面，第二级活塞面积(A₂)上面和锥阀口面积(A₀)上面同时受大小相同的压强(P_S)。

2. 根据权利要求1所述的大流量直控式三级比例压力阀，其特征在于，所述差分活塞(200)的第二级活塞面积(A₂)与第一级活塞面积(A₁)差的最大值为锥阀配作阀口面积(A₀)的百分之九十五；所述锥阀配作阀口直径(D₀)大于7mm。

3. 根据权利要求1或2所述的大流量直控式三级比例压力阀，其特征在于，所述差分活塞(200)的第一级活塞直径(D₁)＝7～25mm，第二级活塞直径(D₂)＝10～30mm；锥阀配作阀口的直径(D₀)＝7.2～25mm。

4. 根据权利要求1所述的大流量直控式三级比例压力阀，其特征在于，所述锥阀阀芯(1)锥角∠B＝15°～25°。

5. 根据权利要求1所述的大流量直控式三级比例压力阀，其特征在于，所述差分活塞(200)由碳素钢或合金钢制成。

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