CN101475022B - 全液压转向控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全液压转向控制阀，属于液压传动与控制的技术领域。该转向控制阀的液压油缸的缸体内被活塞分隔成第一和第二腔，第一和第二腔中分别装有轴向的活塞弹簧；活塞的一端与轴向约束的外接螺杆构成螺旋副；换向阀的两端分别形成第一和第二控制腔，第一和第二控制腔分别装有控阀弹簧；换向阀的负载侧两油口分别外接转向油缸的两端口；活塞的中部形成回油腔，回油腔分别通过节流孔与第一腔和第二腔连通；第一和第二控制腔分别通过节流孔道与第一和第二腔连通。本发明以巧妙的结构设计，大大减小了转向系统的节流损失，具备自动缓冲、自动回位、补偿、卸荷等诸多功能，显著提高了效率，节省了能源，具有结构简单、便于制造的优点。

Description

全液压转向控制阀

技术领域

本发明涉及一种转向控制阀，尤其是一种大型工程机械尤其是轮式装载机的全液压转向控制阀，属于液压传动与控制的技术领域。

背景技术

目前在工程机械主机中使用的全液压转向阀，由于完全借助小孔节流控制压力，因此使系统流量损失严重，效率低下，不可避免增加了操作者的劳动强度，并且转向阀的小孔随着液压油的污染而易堵塞，从而导致转向失灵，增加了故障率。此外，还存在操作方向盘转动的手感差，以及当主机的转向外阻力骤然增大时，缺乏对转向油缸可靠保护的缺点。

发明内容

本发明的首要目的在于：针对上述现有技术存在的流量损失严重的问题，提供一种能减少压力损失、提高工作效率的全液压转向控制阀。

本发明进一步的目的在于：提出一种能够反馈路面状况，从而具有良好操作手感的全液压转向控制阀。

本发明更进一步的目的在于：提出一种当转向外阻力骤然增大时，可以通过泄压保护转向油缸的全液压转向控制阀。

为了达到上述首要目的，本发明的全液压转向控制阀包括液压油缸和换向阀；所述液压油缸的缸体内被活塞分隔成第一腔(上腔)和第二腔(下腔)，所述第一和第二腔中分别装有轴向的活塞弹簧；所述活塞的一端与轴向约束的外接螺杆构成螺旋副；所述换向阀的两端分别形成第一控制腔(上控制腔)和第二控制腔(下控制腔)，所述第一和第二控制腔分别装有控阀弹簧；所述换向阀的负载侧两油口分别外接转向油缸的两端口；其特征在于：所述活塞的中部形成回油腔，所述回油腔分别通过节流孔与第一腔和第二腔连通；所述第一和第二控制腔分别通过节流孔道与所述第一和第二腔连通。

当主机(例如装载机)启动后，方向盘不转动时，液压油缸的活塞在其两端活塞弹簧的作用下处于中位，并保持静止状态。换向阀也在其两端控阀弹簧的作用下处于中位和封闭状态，主机不会发生转向动作。

当方向盘右转时，将经转向杆带动外接螺杆，使活塞上移，结果液压油缸上腔容积变小，液压油受压(其压力为P1)，部分通过节流孔回油，部分通过节流孔道进入换向阀上控制腔。与此同时，液压油缸下腔容积变大，油压减小(压力为P2)，活塞回油腔的液压油通过节流孔补充到油缸下腔。液压油缸上、下腔压力差为ΔP＝P1-P2，也即换向阀二端的控制腔压力ΔP＝P1-P2，该压力差ΔP随着方向盘的转动速度(相应的活塞移动速度)的增快而升高。当压力差ΔP达到或超过换向阀的控阀弹簧作用力时，换向阀开启，直至全开。此时，来自转向泵输出的液压油通过换向阀一油口进入转向油缸，主机右转。转向油缸回油腔液压油则通过换向阀另一油口回油。在此过程中，液流压力由回油腔和节流孔有机结合控制，因此有效减小了流量损失，效率显著提高，并且节流孔不易堵塞，从而保证了转向控制的稳定可靠。

为了达到进一步的发明目的，本发明进一步的完善是，所述换向阀的阀芯两端分别制有溢流通道，所述两溢流通道的内端分别装有控制溢流通道与阀芯换向流道连通的导阀芯；所述导阀芯的外端抵靠于溢流弹簧。

这样，形成了溢流换向阀结构。当转向油缸工作压力由于行驶路面外阻力增大而升高，压力达到或超过溢流弹簧的压力时，溢流阀开启，液压油溢流至换向阀的控制腔，并进入液压油缸腔。结果，液压油缸该腔的压力P1升高，活塞向上移动阻力增大，也即通过螺杆传递到方向盘的转动阻力增大。并且，当主机方向盘转到接近机械极限位置附近时，导阀芯处于全开位置，操作方向盘转动的力明显增大，甚至无法转动。这样，可以使操作者通过方向盘获得“路面感”或“终点感”，即具有良好的手感，便于掌控操作。

为了达到更进一步的发明目的，本发明更进一步的完善是还含有梭阀和过载阀；所述梭阀的两端口分别与所述换向阀的负载侧两油口连通，中置口通过过载阀接回流通道，并外接前置优先阀。

这样，当换向阀开启后，梭阀在液压油的压力作用下将切断两端口之间的连通油路。转向油缸工作腔的压力油将反馈到优先阀，用于进一步调控优先阀，确保转向控制稳定可靠。当主机的转向受到意外作用力，而呈现外阻力骤然增大时，转向油缸受压腔的压力急剧升高，到达到或超过过载阀开启压力时，过载阀开启，转向油缸受压腔的压力油回流，实现卸荷，从而对转向油缸起到保护作用。

总之，本发明巧妙设置了螺杆传动活塞的回油腔、溢流换向阀等合理结构，因此大大减小了转向系统的节流损失，具备自动缓冲、自动回位、自我补偿、自动卸荷等诸多功能，不仅在显著提高了效率，节省了能源，还具有结构简单、便于制造的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明全液压转向控制阀的原理图。

图2为本发明一个实施例的结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图1中，a液压油缸，b节流孔，c换向阀，d溢流阀，e梭阀，f过载阀，g安全阀，h换向油缸。图2、图3中，1.连接块，2.上端盖，3.螺杆，4.阀体，5.弹簧，6.活塞(活塞杆)，7.弹簧座，8.节流间隙，9.节流孔，10.定位销轴，11.下端盖，12.弹簧，13.下控制腔，14.导阀芯，15.弹簧，16.换向阀芯，17.上控制腔，18.排气阀，19.弹簧，20.钢球，21.节流孔，22.过载阀座，23.梭阀座，24.钢球，25螺母，26上节流孔道，27下节流孔道，28端帽。

具体实施方式

实施例一

本实施例的全液压转向控制阀如图1所示，包括液压油缸a和换向阀c。如图2所示，液压油缸的缸体4内被中部形成回油腔的活塞6分隔成环形的上腔和下腔。上、下腔中分别装有轴向的活塞弹簧5。活塞6的上端固定有螺母25，通过该螺母与轴向约束的外接螺杆3构成螺旋副，活塞6的下端中心孔与固定在缸体4上的定位销轴10成动配合，更具体说，活塞6下端中心的内花键与定位销轴10的外花键动配合连接。外接螺杆3的上端固定用于连接方向盘的连接块1。当转动方向盘带动螺杆转动时，可以通过螺旋副带动活塞在缸体内升降。外接螺杆3和定位销轴10的中心分别制有溢流孔道。换向阀的换向阀芯16位于缸体4的一侧，其两端分别形成上控制腔17和下控制腔13。上、下控制腔分别装有控阀弹簧12。换向阀的负载侧两油口R、L分别外接转向油缸的两端口(参见图1)。活塞6中部的回油腔分别通过上、下节流孔9与上、下腔连通，上、下控制腔17、13分别通过节流孔道26、27与上、下腔连通。

换向阀的换向阀芯16两端分别制有溢流通道，两溢流通道的内端分别装有控制溢流通道与阀芯换向流道连通的导阀芯14，导阀芯14的外端抵靠于溢流弹簧15的内端，该溢流弹簧15的外端抵靠在制有溢流小孔的端帽28，由此构成溢流换向阀。此外，如图3所示，换向阀的外侧还装有梭阀和过载阀。梭阀两端的梭阀座23之间装有钢球24，其两端口分别与换向阀的负载侧两油口R、L连通，中置口通过过载阀接回流通道，并外接前置优先阀i(参见图1)。过载阀主要由弹簧19、钢珠20和节流孔21构成，当过载时将克服弹簧力导通泄压。

主机(装载机)启动后，方向盘不转动，液压油缸的活塞6在两端弹簧力的作用下处于中位，并保持静止状态。换向阀也在两端弹簧力的作用下处于中位和封闭状态，主机不会发生转向动作。

当方向盘右转时方向盘通过转向杆、连接块带动螺杆3转动，通过传动螺纹带动活塞6上移，液压油缸上腔容积变小，液压油被压(其压力为P1)，被压的液压油部分通过节流孔9回油，部分进入换向阀上控制腔17。与此同时，液压油缸下腔容积变大，出现吸空(压力为P2)，回油腔的液压油通过节流孔9补充到油缸下腔。液压油缸上、下腔压力差为ΔP＝P1-P2，也即换向阀二端的控制腔压力ΔP＝P1-P2，压力差ΔP随着方向盘的转动速度(相应的活塞6移动速度)的增快而升高。当压力差ΔP达到或超过换向阀开启的弹簧12作用力时，换向阀开启，直至全开。来自转向泵输出的液压油通过换向阀出油口R口进入转向油缸，主机右转。转向油缸回油腔液压油经L口通过换向阀回油。

当换向阀开启后，梭阀钢球24在B口液压油压力作用下，移动到另一阀座孔，切断了A、B口通油路。B口的液压油，也即转向油缸工作腔压力油经梭阀进入过载阀进油口，并通过Ls口输出控制液压油。

当转向油缸工作压力由于行驶路面外阻力增大而升高时，其压力达到或超过溢流阀开启压力时，溢流阀开启，溢流阀的溢流液压油经弹簧腔、油孔、换向阀上控制腔17进入液压油缸上腔、并通过节流孔9回油。液压油缸上腔压力P1升高，活塞6向上移动阻力增大，也即通过螺杆3传递到方向盘的转动阻力增大。主机转向阻力较大，也即转向油缸工作腔压力较高时，例如主机转向轮达到机械极限位置附近时，溢流阀开启或全开，操作方向盘转动的力需要明显增大，甚至方向盘无法转动，由此体现“路面感”或“终点感”。

在主机行走中，由于主机的转向外阻力骤然增大，强迫主机转向，转向油缸受压腔的压力快速升高，其压力达到或超过过载阀开启压力时，过载阀开启，转向油缸受压腔的压力油溢流，实现卸荷。

在转向过程中，当液压油缸的活塞6行程达到一定值时，液压油缸下腔的进油节流孔9逐渐被封堵直至封闭，油缸下腔补充液压油下降，下腔的吸空度增大。压力P2为负压，液压油缸上、下腔压力差ΔP＝P1-P2升高，方向盘转动阻力增大。当活塞6行程继续增大，油缸上腔的回油节流孔逐渐被封堵直至闭合，由于活塞杆与弹簧座7面有一定的配合间隙，当节流孔被封堵时，上腔的压力油通过间隙节流8和节流孔回油。节流阻力增大，油缸上腔压力P1升高，方向盘转动阻力再次增大。这是由于方向盘转动速度超过正常转向要求的速度，活塞6行程过大所导致的。方向盘只要按正常要求的转动速度转动，就可避免出现二级节流现象，方向盘转动力也不会太高。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种全液压转向控制阀，含有液压油缸和换向阀；所述液压油缸的缸体内被活塞分隔成第一腔和第二腔，所述第一和第二腔中分别装有轴向的活塞弹簧；所述活塞的一端与轴向约束的外接螺杆构成螺旋副；所述换向阀的两端分别形成第一控制腔和第二控制腔，所述第一和第二控制腔分别装有控阀弹簧；所述换向阀的负载侧两油口分别外接转向油缸的两端口；其特征在于：所述活塞的中部形成回油腔，所述回油腔分别通过节流孔与第一腔和第二腔连通；所述第一和第二控制腔分别通过节流孔道与所述第一和第二腔连通。

2.根据权利要求1所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述换向阀的阀芯两端分别制有溢流通道，所述两溢流通道的内端分别装有控制溢流通道与阀芯换向流道连通的导阀芯；所述导阀芯的外端抵靠于溢流弹簧。

3.根据权利要求2所述的全液压转向控制阀，其特征在于：还含有梭阀和过载阀；所述梭阀的两端口分别与所述换向阀的负载侧两油口连通，中置口通过过载阀接回流通道，并外接前置优先阀。

4.根据权利要求2或3所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述活塞的上端固定有螺母，通过该螺母与轴向约束的外接螺杆构成螺旋副，所述活塞的下端中心孔与固定在缸体上的定位销轴成动配合。

5.根据权利要求1、2或3所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述活塞的上端固定有螺母，通过该螺母与轴向约束的外接螺杆构成螺旋副，所述活塞下端中心的内花键与定位销轴的外花键动配合连接。

6.根据权利要求4所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述导阀芯的外端抵靠于溢流弹簧的内端，所述溢流弹簧的外端抵靠于制有溢流小孔的端帽。

7.根据权利要求6所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述外接螺杆和定位销轴的中心分别制有溢流孔道。

8.根据权利要求7所述的全液压转向控制阀，其特征在于：所述外接螺杆的上端固定用于连接方向盘的连接块。

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