CN1008130B - 多功能无静差压力控制阀 - Google Patents

多功能无静差压力控制阀

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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，它是液压系统中控制和调节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种平衡活塞式，即先导式溢流阀进行对比说明。该阀由主阀和先导阀组成，其中主阀包括主阀体、主阀芯和主阀弹簧，先导阀包括先导阀体、先导阀芯、调压弹簧和手动调压装置。先导阀中设有二次压力腔，主阀芯的位移是根据二次压力和回路压力之差来控制的。上述二次压力腔中装有小型锥阀。调节锥阀的弹簧力，便可设定溢流阀的压力（《液压气动手册》1984.11，机械工业出版社，压力控制阀，P303～316）。但是这类阀由于先导阀是锥阀其稳定性差，容易出现自激振荡和噪声，而且整个阀为有差系统，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用。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系统。由于先导阀的结构稳定性好，系统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，因此系统稳定性好、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，详细地阐述按照发明的压力控制阀。其中
图1    本发明的压力控制阀结构剖面图
图2    图1沿线A-A或B-B的剖面图
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上设置有进、回油窗口，它们分别由若干个或两个径向等弧度排列的圆孔组成，后者圆孔直径为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。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、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，为增加系统的稳定裕度，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，详细地说明本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相通的回油窗口，则说明受控油液的压力P1等于调定值，系统处于平衡状态。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上腔将沟通回油窗口油路8、开关b、主阀泄油口L、开关d和主阀出油口5。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又同到中位，系统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，使系统达到新的平衡状态。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。若将本发明的先导阀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。可见此时系统仍是无静差的。
（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。
本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 (11)

1、一种多功能无静差压力控制阀包括一个主阀和一个先导阀，其中主阀由主阀体、主阀芯和主阀弹簧组成，先导阀则由先导阀体、先导阀芯、调压弹簧和调压装置组成，其特征在于，
主阀(10)是非对称双作用差动液压缸，主阀芯(7)是一个上端带有凸肩的柱塞，借助于主阀弹簧(3)，轻压在主阀套(6′)下端的锥面上，从而构成锥形窗口，上述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)，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，
先导阀(20)是常闭的圆柱形双边三通阀，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调压装置(15)相接，先导阀套(13)上的进、回油窗口分别由若干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，并借助于一块设置有特殊油路网络的转接版(41，42，43，44，45，46)组成多功能压力控制阀。
2、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）的上下柱塞受压面积之比为1.4～2.0。
3、按权利要求1或2所述的压力控制阀，其特征在于，先导阀套（13）上的进、回油窗口分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成。
4、按权利要求1或2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的工作状态。
5、按权利要求3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络分别相当于溢流阀，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。
6、一种多功能无静差压力控制阀包括一个主阀和一个先导阀，其中主阀由主阀体、主阀芯和主阀弹簧组成，先导阀则由先导阀体、先导阀芯、调压弹簧和调压装置组成，其特征在于，
主阀（10）是非对称双作用差动液压缸，主阀芯（7）是一个上端带有凸肩的柱塞，借助于主阀弹簧（3），轻压在主阀套（6′）下端的锥面上，从而构成锥形窗口，上述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），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，
先导阀（20）是常闭的圆柱形双边三通阀，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调压装置（15）相接，先导阀套（13）上的进、回油窗口分别由若干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，
上述油路（1，2，8）和油口（4，5，9，L）借助于转换开关可组成多功能压力控制阀。
7、按权利要求6所述的压力控制阀，其特征在于，所述主阀芯（7）的上下柱塞受压面积之比为1.4～2.0。
8、按权利要求6或7所述的压力控制阀，其特征在于，先导阀套（13）上的进、回油窗口分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成。
9、按权利要求6或7所述的压力控制阀，其特征在于，所述转换开关在与其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。
10、按权利要求8所述的压力控制阀，其特征在于，所述转换开关在与其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。
11、按权利要求1或6的压力控制阀，其特征在于，调压装置（15）采用线性电磁铁，组成比例压力阀。
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