CN101387311B - 带有压力平衡式提升阀的先导操作阀 - Google Patents

Abstract

一种先导操作阀，其具有响应主提升阀一侧的控制室中的压力，有选择地控制第一和第二端口之间的流体流量的主提升阀。该主提升阀具有在控制室和第一端口之间延伸的开孔。先导活塞在该开孔的内部滑动，该先导活塞具有带有先导节流口的先导通道和相对于主提升阀偏压该先导活塞的第一盘簧。先导阀元件有选择地啮合先导节流口以开启和关闭先导通道，从而控制主提升阀的动作。来自第一盘簧的力和控制室与先导室之间的压差改变先导阀座相对于主提升阀的位置。位置的变化补偿了由于两个端口的压力变化对阀操作的影响。

Description

带有压力平衡式提升阀的先导操作阀

技术领域

本发明涉及先导操作液压阀，尤其是涉及那些与通过先导节流口补偿压差变化的机械装置相结合的阀。

背景技术

许多机械具有通过液压执行机构操作的可移动构件，例如缸和活塞结构，该结构通过液压阀控制。按照惯例，液压阀通过机械操作员人工控制。目前的一种趋势是不采用手动操作的液压阀而采用电动控制和应用电磁阀。这类控制简化了液压探测(plumbing)，因为控制阀不必靠近操作员位置设置，而是可以靠近待控制的致动器设置。在技术上的这种变化也便于利用计算机控制机械功能。

从泵到致动器的加压液压流体的应用可以通过一系列比例电磁阀控制，例如在美国专利号5,878,647中的描述。电磁控制的先导阀是众所周知的用于控制液压流体流量并且使用电磁线圈在一个方向移动衔铁以开启阀。衔铁作用在先导阀元件上，该元件控制通过在主阀提升阀中的先导通道的流体流量。开启先导通道释放在控制室中的压力，从而允许主阀提升阀离开阀座，该动作在阀的入口和出口之间形成了一条通路。阀开启的大小直接与应用于电磁线圈的电流幅值有关，因此能够对液压流体流量进行比例控制。当去掉电磁线圈上的电流时，衔铁或者另外的阀构件利用弹簧偏压以关闭阀。

当操作者希望移动机械的组件时，操作输入设备以产生电信号，该信号应用于对应各自的液压执行机构的系列电磁阀，举例来说，与机械组件连接的缸-活塞组合。一个电磁阀打开提供加压流体到活塞一侧的缸内腔，以及另一个电磁阀打开以允许受压的流体从相对的缸内腔排出到储液器，或者油箱。通过改变电磁阀打开的程度，可以改变流入到有关的缸内腔的速率，从而按比例地以不同的速度移动活塞。

有关常规的电磁操作的先导阀的缺陷是由于阀上形成的压差产生的影响导致的。压差随着施加在由来自阀的液压流体操作的机械组件上的载荷力的变化而变化。载荷力和供给给阀的流体压力的变化影响阀上的压差。在关闭状态，压差可以产生开启阀所需要的力以产生所希望的流体流动速率。因此，压差的变化以操作者要求的方式影响操作阀所必需的电流幅值。

因此，希望的是设计一种电磁操作阀来缓和由阀上的不同压差产生的影响。

发明内容

一种先导操作液压阀，其具有主体，该主体带有第一端口、第二端口和位于所述端口之间的阀座。主提升阀有选择地啮合阀座以控制流体从一个端口流动到另一个端口。控制室限定在主体之内，位于主提升阀远离阀座的一侧。在主提升阀中的开孔提供了位于第一端口和控制室之间的流体通路。

设有一个补偿由于在第一和第二端口的压力变化而影响的主提升阀的操作的机构。该机构包括先导活塞，先导活塞可移动的接纳在主提升阀的开孔中，并且在其中具有先导通道。盘簧相对于主提升阀偏压先导活塞。先导阀元件被操作来开启和关闭先导通道，这反过来控制主提升阀相对于阀座的移动。优选的是，先导阀元件在先导通道进入控制室的开口啮合先导阀座。

在控制室和先导室之间的压差变化改变先导阀座相对于主提升阀的位置。位置的变化抵消了由于在两个端口的压力变化引起的对阀操作的影响。

附图说明

图1是依照本发明的电磁操作的液压阀横剖面视图。

具体实施方式

参见图1，电磁操作的液压阀10包括圆筒形阀体14，所述阀体14安装在阀块12的开孔11中。阀块12中的第一管路13和第二管路15在开孔11中开口。阀体14具有纵向的第一孔16，第一孔16在一端带有第一端口或者入口，并且与第一管路13连通。第二端口或者出口20形成在阀体14的一侧，并且与第二管路15连通。阀座22在第一和第二端口18和20之间形成在第一孔16中。尽管本发明正在描述是有关单向阀的范围，该阀控制流体从第一端口流动到第二端口，但是，此具有新颖性的基本原理也可以与双向阀结合。

主提升阀24在阀体第一孔16中滑动，并且与阀座22啮合和脱离，以有选择地控制在第一和第二端口18和20之间的液压流体的流动。出于这个目的，主提升阀24的突出部分21具有截头圆锥体表面23，在阀的关闭状态下该表面23抵靠着阀座22。开孔26位于主提升阀24的中心，并且在远离阀座22的主提升阀一侧上从控制室28向内延伸。第一控制通道25将开孔26的内侧端连接到第二端口20。带有控制节流口29的第二控制通道27提供了在第一端口18和控制室28之间通过主提升阀24的流体通路。

液压阀10包括压力补偿机构30，其抵消由于阀上的压差变化产生的影响。压力补偿机构30包括先导活塞31，先导活塞31可滑动的接纳在主提升阀24的开孔26中，从而限定了先导室33，第一控制通道25在其中开口。先导通道36在控制室和主提升阀开孔26的内部之间贯穿先导活塞31延伸。先导活塞31面对控制室28的一端上具有扩大的头部32，而一对成圆锥形形状的盘簧34和35(盘簧34和35通常称为贝氏垫圈(Belleville washers))，其围绕先导活塞以偏压头部32使其远离主提升阀24。两个盘簧34和35是面对面地堆叠的，与单一盘簧相比，其排列方向降低了弹簧刚性。然而，单一盘簧或者带有多于两个盘簧的堆叠也是可以使用的。先导活塞31的相对侧暴露于控制室28和第二端口20的压力下。如将要描述的，控制室28中的压力大于第二端口20中的压力，这势必推动活塞31进一步进入主提升阀24中并且压缩盘簧34。

主提升阀24的移动通过致动器控制，例如包括电磁线圈39、衔铁42和杆状先导阀元件44的电磁致动器38。衔铁42穿过阀体14设置在第一孔16内部，通过第一或者调整弹簧45朝向主提升阀24偏压，该调整弹簧45施加的力可以通过螺旋进入到第一孔16的暴露端的调节螺丝41改变。电磁线圈39围绕阀体14设置并且固定到阀体14上。响应通过施加在电磁线圈39的电流产生的电磁场，衔铁42在第一孔16内部远离主提升阀24滑动。

先导阀元件44可滑动地接纳在位于管状衔铁42中的第二孔46中。第二弹簧48啮合固定到先导阀元件上的扣环51，第二弹簧48从第二孔46向外偏压先导阀元件44，由此，在电磁致动器38不带电的状态下，带有圆锥顶52的邻近端进入先导通道36。圆锥顶52在先导阀座54啮合主提升阀，在那儿形成有通向控制室28的先导通道36。当阀10处于如图所示的关闭状态时，先导阀元件44的远端43从衔铁42的邻近的末端凹陷在第二孔46的内部。先导阀元件的远端43具有一开孔，拉销47压入配合在其中。拉销47具有外头部，该外头部与保持在衔铁42的末端和第一弹簧45之间的垫圈49啮合。在垫圈49和先导阀元件44的邻近端之间产生有间隙，其抵抗位于先导阀元件另一端的第二弹簧48的力，使先导阀元件在衔铁42和第二弹簧45内部向上滑动。如将要描述的，第一弹簧45具有比第二弹簧48显著地大的弹簧刚性，因此施加于先导阀元件44顶端的力在衔铁42压缩第一弹簧之前产生滑动动作。

在电磁线39不带电的状态下，第一弹簧45促使衔铁42朝向主提升阀24，而第二弹簧48促使在衔铁外侧的先导阀元件44也朝向主提升阀。该综合作用导致先导阀元件的圆锥顶52关闭先导通道36，并且堵塞控制室28和第二端口或者出口20之间的流体连通。因此，压力被封闭在控制室28的内部，从而抵抗倾向于移动主提升阀24离开主阀座22并打开液压阀10的力。

给电磁致动器38通电能够比例控制第一和第二端口18和20之间的液压流体的流量。施加到电磁线圈39的电流产生磁场，其吸引衔铁42向上进入到电磁致动器38，其动作以向上拉拽拉销47和先导阀元件44。该动作拉动先导阀元件44，使之远离主提升阀24，从而开启至控制室28的先导通道36。当先导通道开启到预定大小时，如通过主提升阀的静压力区域确定的预定大小，主提升阀跟随先导阀元件离开阀座22。在开启状态，主提升阀24移动进入到一位置，在该位置，先导阀元件的顶端52进入并且关闭主提升阀中的先导通道36。电流幅值确定先导阀元件44从主提升阀24行进的距离，由此也确定了主提升阀所能移动离开阀座22的距离。因此，电流幅值控制阀开启的程度，并且相应地控制了经过阀10的流体流量。

在第一端口18的压力通过第二控制通道27传递到控制室28，因此在第一端口和控制室的压力水平是相等的。在第二端口20的压力通过第一控制通道25传递到先导室33。因此两个端口的这些压力作用在先导活塞31的相对侧上。

在端口18和20的压力波动改变了液压阀10上的压差，这可以影响用于根据需要操作阀所需要的电流幅值。在本阀10中，压差对主提升阀24的影响通过先导阀座54在先导活塞的移动补偿。响应提升阀上的压差变化，盘簧34使得先导阀座54相对于主提升阀24移动。所述移动有效地改变先导阀座54的轴向位置以补偿压差变化对先导阀的影响。该动作补偿在先导阀元件44上的液压不平衡，并且调节弹簧力达到致动器力平衡。

上面的描述主要提出了本发明的优选实施例。尽管可以给出一些关注来在本发明的范围内进行各种各样的替换，但是，可以预料，本领域技术人员可以类似地实现从本发明实施例公开的内容中显而易见的其他替换方案。因此，本发明的保护范围应该限定在下列的权利要求中，而不是限定在上述公开的非限制性的实施例中。

Claims (20)

1.一种先导操作液压阀，包括：

主体，该主体带有第一端口、第二端口和位于所述第一和第二端口之间的阀座；

主提升阀，其有选择地啮合阀座以控制第一端口和第二端口之间的流体流量，并且限定了控制室，其中，控制室中的压力控制主提升阀的动作，该主提升阀具有与第二端口和控制室流体连通的开孔；

先导活塞，其可移动的接纳在主提升阀的所述开孔中，并且具有贯穿其中的先导通道；

第一盘簧，其相对于主提升阀偏压先导活塞；

先导阀元件，其操作用以开启和关闭先导通道；和

致动器，其可操作地耦合，以移动先导阀元件。

2.根据权利要求1所述的先导操作液压阀，其特征在于，第一盘簧偏压先导活塞，使其远离主提升阀并且进入控制室。

3.根据权利要求1所述的先导操作液压阀，其特征在于，第二盘簧抵靠着第一盘簧以偏压先导活塞。

4.根据权利要求1所述的先导操作液压阀，其特征在于，主提升阀进一步包括控制通道，所述控制通道提供位于第一端口和控制室之间的流体通路。

5.根据权利要求4所述的先导操作液压阀，其特征在于，进一步包括在控制通道中的固定节流口。

6.根据权利要求1所述的先导操作液压阀，其特征在于，控制室形成在远离阀座的主提升阀一侧。

7.根据权利要求1所述的先导操作液压阀，其特征在于，致动器包括：

衔铁，其在主体的内部移动，并且在其中具有一孔，所述先导阀元件可滑动的接纳在该孔中；

第一弹簧，其相对于主体偏压衔铁；和

第二弹簧，其相对于衔铁偏压先导阀元件。

8.根据权利要求7所述的先导操作液压阀，其特征在于，第二弹簧的弹簧刚度比第一弹簧小。

9.根据权利要求7所述的先导操作液压阀，其特征在于，先导阀元件与先导活塞的啮合促使第二弹簧屈服并且允许先导阀元件在衔铁内部滑动。

10.根据权利要求7所述的先导操作液压阀，其特征在于，致动器进一步包括电磁线圈，所述电磁线圈产生促使衔铁移动的电磁场。

11.一种先导操作液压阀，包括：

主体，该主体具有第一孔，第一端口和第二端口开口到所述第一孔内，并且具有在第一孔的第一端口和第二端口之间的阀座；

在第一孔内部的主提升阀，其有选择地啮合阀座以控制第一端口和第二端口之间的流体流量，并且在远离阀座的主提升阀一侧形成了控制室，该主提升阀具有一开孔，所述开孔提供了第二端口和控制室之间的流体通路；

带有贯穿其中的先导通道的先导活塞，该先导活塞接纳在主提升阀的所述开孔中，控制室和先导室位于先导活塞的相对侧，其中控制室和先导室之间的压差倾向于产生先导活塞在开孔内部的移动；

第一盘簧，其相对于主提升阀偏压先导活塞；

先导阀元件，其操作用以开启和关闭先导通道；和

致动器，其可操作地耦合，以移动先导阀元件。

12.根据权利要求11所述的先导操作液压阀，其特征在于，先导阀座在进入控制室的先导通道的开口处形成在先导活塞中。

13.根据权利要求12所述的先导操作液压阀，其特征在于，来自第一盘簧的力和控制室与先导室之间的压差改变先导阀座相对于主提升阀的位置。

14.根据权利要求11所述的先导操作液压阀，其特征在于，第一盘簧偏压先导活塞，使其远离主提升阀并且进入控制室。

15.根据权利要求11所述的先导操作液压阀，其特征在于，第二盘簧抵靠着第一盘簧，以偏压先导活塞。

16.根据权利要求11所述的先导操作液压阀，其特征在于，主提升阀进一步包括控制通道，所述控制通道提供位于第一端口和控制室之间的流体通路。

17.根据权利要求11所述的先导操作液压阀，其特征在于，致动器包括：

衔铁，其在主体的内部移动，并且在其中具有第二孔，所述先导阀元件可滑动地接纳在所述第二孔中；

第一弹簧，其相对于主体偏压衔铁；和

第二弹簧，其相对于衔铁偏压先导阀元件。

18.根据权利要求17所述的先导操作液压阀，其特征在于，第二弹簧的弹簧刚性比第一弹簧小。

19.根据权利要求17所述的先导操作液压阀，其特征在于，先导阀元件与先导活塞的啮合促使第二弹簧屈服并且允许先导阀元件在衔铁内部滑动。

20.根据权利要求17所述的先导操作液压阀，其特征在于，致动器进一步包括电磁线圈，所述电磁线圈产生促使衔铁移动的电磁场。

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