CN101560999A - 大流量快速节流比例阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大流量快速节流比例阀。包括由主阀芯、主阀座和复位弹簧组成的主级插装阀，由三通比例减压阀、活塞缸、调节弹簧、比例阀杆、单向阻尼阀、二位三通阀换向阀、先导高速开关阀和二通减压阀组成的先导控制阀块，另一种大流量快速节流比例阀是在前一种大流量快速节流比例阀的基础上配置蓄能器构成。本发明采用二级开关驱动的结构作为先导级实现对主阀芯的快速驱动，通过特殊设计的比例阀杆与主阀芯间的位置随动实现对主阀芯目标节流位置的比例控制，不仅可实现对大流量的快速节流，而且可实现对目标节流位置的比例控制，是一种新型的、实用的液压控制阀，具有重要的应用与经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及流体传动与控制领域，尤其是涉及一种大流量快速节流比例阀。
背景技术
在一些大型的液压设备和液压系统中，如液压机、压铸机、注塑机等，某些工艺要求对大流量进行快速节流，由于额定流量大(大于2000L/min)、动作时间短(5～20ms)，比例阀难以同时满足流量与动作时间的要求，虽然大流量伺服阀可以同时满足要求，但伺服阀本身及与之配套的伺服控制系统的造价、使用及维护成本高，因此研制一种能对大流量进行快速节流以满足工艺要求的、造价低的大流量快速节流比例阀具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大流量快速节流比例阀，能对大流量进行快速节流且能对目标节流位置进行比例控制的、造价低的大流量快速节流比例阀，以满足大型设备及液压控制系统的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种大流量快速节流比例阀，包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
主级插装阀部件包括主阀芯、主阀座和复位弹簧；主阀芯与主阀座配合，主阀芯的下腔装有复位弹簧与主阀座连接，主阀芯的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆的下端配合，主阀芯的下端面开有节流窗口；
先导控制阀块部件包括三通比例减压阀、活塞缸、调节弹簧、比例阀杆、单向阻尼阀、常开式二位三通阀换向阀、先导高速开关阀和二通减压阀；三通比例减压阀的进油口、二通减压阀的进油口、常开式二位三通阀换向阀的进油口与油源相连，三通比例减压阀的回油口、常开式二位三通阀换向阀的回油口、先导高速开关阀的回油口与油箱相连，活塞缸内装有调节弹簧与比例阀杆的上端连接，活塞缸与比例阀杆配合形成控制腔，三通比例减压阀的工作油口与控制腔相连，二通减压阀的出油口与先导高速开关阀的进油口相连接，先导高速开关阀的工作油口与常开式二位三通阀换向阀的控制腔相连接，主阀座与活塞缸配合形成控制腔，常开式二位三通阀换向阀的工作油口与单向阻尼阀的油口相连接，单向阻尼阀的油口与控制腔相连接，比例阀杆的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯的上端控制边形成控制阀口。
二、另一种大流量快速节流比例阀，包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
主级插装阀部件包括主阀芯、主阀座和复位弹簧；主阀芯与主阀座配合，主阀芯的下腔装有复位弹簧与主阀座连接，主阀芯的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆的下端配合，主阀芯的下端面开有节流窗口；
先导控制阀块部件包括三通比例减压阀、活塞缸、调节弹簧、比例阀杆、单向阻尼阀、先导高速开关阀、二通减压阀、蓄能器和常闭式二位三通阀换向阀；三通比例减压阀的进油口、二通减压阀的进油口、常闭式二位三通阀换向阀的进油口与油源相连，三通比例减压阀的回油口、常闭式二位三通阀换向阀的回油口、先导高速开关阀的回油口与油箱相连，活塞缸内装有调节弹簧与比例阀杆的上端连接，活塞缸与比例阀杆配合形成控制腔，三通比例减压阀的工作油口与控制腔相连，二通减压阀的出油口与先导高速开关阀的进油口、蓄能器相连接，先导高速开关阀的工作油口与常闭式二位三通阀换向阀的控制腔相连接，主阀座与活塞缸配合形成控制腔，常闭式二位三通阀换向阀的工作油口与单向阻尼阀的油口相连接，单向阻尼阀的油口与控制腔相连接，比例阀杆的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯的上端控制边形成控制阀口。
本发明具有的有益效果是：
本发明应用在一些大型的液压设备和液压系统中，如液压机、压铸机、注塑机等，不仅可实现对大流量进行快速节流，而且可实现对目标节流位置的比例控制；本发明与比例阀相比可以同时满足流量与动作时间的要求，与伺服阀相比可以大幅度降低应用成本，因此本发明具有重要的应用与经济价值。
附图说明
附图1是第一种大流量快速节流比例阀的结构示意图。
附图2是第二种大流量快速节流比例阀的结构示意图。
图中：1、油源，2、三通比例减压阀，3、活塞缸，4、调节弹簧，5、比例阀杆，6、主阀芯，7、主阀座，8、复位弹簧，9、单向阻尼阀，10、常开式二位三通换向阀，11、先导高速开关阀，12、二通减压阀，13、蓄能器，14、常闭式二位三通换向阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种大流量快速节流比例阀，包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
主级插装阀部件包括主阀芯6、主阀座7和复位弹簧8；主阀芯6与主阀座7配合，主阀芯6的下腔装有复位弹簧8与主阀座7连接，主阀芯6的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆5的下端配合，主阀芯6的下端面开有节流窗口C1；
先导控制阀块部件包括三通比例减压阀2、活塞缸3、调节弹簧4、比例阀杆5、单向阻尼阀9、常开式二位三通阀换向阀10、先导高速开关阀11和二通减压阀12；三通比例减压阀2的进油口2p、二通减压阀12的进油口12a、常开式二位三通阀换向阀10的进油口10p与油源1相连，三通比例减压阀2的回油口2t、常开式二位三通阀换向阀10的回油口10t、先导高速开关阀11的回油口11t与油箱相连，活塞缸3内装有调节弹簧4与比例阀杆5的上端连接，活塞缸3与比例阀杆5配合形成控制腔L1，三通比例减压阀2的工作油口2a与控制腔L1相连，二通减压阀12的出油口12b与先导高速开关阀11的进油口11p相连接，先导高速开关阀11的工作油口11a与常开式二位三通阀换向阀10的控制腔L3相连接，主阀座7与活塞缸3配合形成控制腔L2，常开式二位三通阀换向阀10的工作油口10a与单向阻尼阀9的油口9a相连接，单向阻尼阀9的油口9b与控制腔L2相连接，比例阀杆5的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯6的上端控制边形成控制阀口C。
大流量快速节流阀能实现的功能动作可分为：复位、目标位置预设、快速驱动、主阀关闭，下面介绍其工作原理：
1)复位；
复位过程，也即主阀芯6全开的过程。在大流量快速节流阀不进行快速节流之前，为了使大流量快速节流阀对液流不对产生节流影响，要求主阀芯6全开。此时，电磁铁S1得电，先导高速开关阀11处于上位工作，其工作油口11a与进油口11p导通，常开式二位三通阀换向阀10在控制腔L3高压油的作用下使阀10处于上位工作，控制腔L2为低压，主阀芯6在复位弹簧8及下腔压力油的作用下向上运动直至完全打开。
2)目标位置预设；
此过程的主要功能是对主阀芯6运动的目标位置进行提前设定，三通比例减压阀2控制比例阀杆5的位置从而间接实现对主阀芯6目标位置的跟综控制。三通比例减压阀2的工作油口2a的出口压力作用于比例阀杆5下端的控制腔L1并与调节弹簧4的弹簧力相比较(忽略摩擦力)，根据虎克定律便可得知比例阀杆5的位置与控制腔L1的控制压力成比例，而控制腔L1的控制压力又与三通比例减压阀2的电信号成比例变化，因此比例阀杆5的位置与三通比例减压阀2的指令信号成正比。
比例阀杆5上开有与主阀芯6耦合的过流槽，过流槽与主阀芯6的上控制边形成阀口C，阀口C开口度的大小(也即主阀芯6上腔控制边与比例阀杆5过流槽的上控制边的相对位置)会根据主阀芯6上下腔的工作压力进行自动调整，当阀口C变大时，主阀芯6上端的控制腔L2的控制压力变低，主阀芯6在下腔液压力作用下向上运动，从而导致阀口C的开口度变小，阀口C开口度的变小引起控制腔L2的压力升高，如此循环调整主阀芯6便稳定地在比例阀杆5预设位置的附近工作，从而通过对比例阀杆5预设位置的控制就可以实现对主阀芯6目标节流位置的跟综控制。
3)快速驱动；
此时，电磁铁S1失电，先导高速开关阀11处于下位工作，其工作油口11a与回油口11t导通，控制腔L3为低压腔，常开式二位三通阀换向阀10在其下端弹簧力的作用下处于下位工作，控制腔L2通高压油，由于此时主阀芯6下腔为低压，因此主阀芯6在控制腔L2压力的作用下向下快速运动；当主阀芯6上腔阀口控制边到达比例阀杆5预设位置时，主阀芯6便在上、下控制腔的作用下实现动态平衡。由于主阀芯6的最终平衡位置与比例阀杆5的预设位置具有随动关系，因此通过调节比例阀杆5的位置便可实现对主阀芯6位置的控制，也即实现对目标节流位置的比例调节。
4)主阀关闭；
此时三通比例减压阀2失电，控制腔L1为低压，比例阀杆5在调节弹簧4的作用下向下运动至设定位置；先导高速开关阀11也处于失电状态，并处于下位工作，其工作油口11a与回油口11t导通，控制腔L3为低压，常开式二位三通阀换向阀10在弹簧力的作用下处于下位工作，控制腔L2通高压油，由于此时比例阀杆5向下运动到极限位置，比例阀杆5与主阀芯6间的阀口C被完全密封，因此主阀芯6在控制腔L2的高压油作用下使主阀保持完全关闭。
如图2所示，另一种大流量快速节流比例阀，包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
主级插装阀部件包括主阀芯6、主阀座7和复位弹簧8；主阀芯6与主阀座7配合，主阀芯6的下腔装有复位弹簧8与主阀座7连接，主阀芯6的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆5的下端配合，主阀芯6的下端面开有节流窗口C1；
先导控制阀块部件包括三通比例减压阀2、活塞缸3、调节弹簧4、比例阀杆5、单向阻尼阀9、先导高速开关阀11、二通减压阀12、蓄能器13和常闭式二位三通阀换向阀14；三通比例减压阀2的进油口2p、二通减压阀12的进油口12a、常闭式二位三通阀换向阀14的进油口14p与油源1相连，三通比例减压阀2的回油口2t、常闭式二位三通阀换向阀14的回油口14t、先导高速开关阀11的回油口11t与油箱相连，活塞缸3内装有调节弹簧4与比例阀杆5的上端连接，活塞缸3与比例阀杆5配合形成控制腔L1，三通比例减压阀2的工作油口2a与控制腔L1相连，二通减压阀12的出油口12b与先导高速开关阀11的进油口11p、蓄能器13相连接，先导高速开关阀11的工作油口11a与常闭式二位三通阀换向阀14的控制腔L4相连接，主阀座7与活塞缸3配合形成控制腔L2，常闭式二位三通阀换向阀14的工作油口14a与单向阻尼阀9的油口9a相连接，单向阻尼阀9的油口9b与控制腔L2相连接，比例阀杆5的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯6的上端控制边形成控制阀口C。
大流量快速节流阀能实现的功能动作可分为：复位、目标位置预设、快速驱动、主阀关闭，下面介绍其工作原理：
1)复位；
复位过程，也即主阀芯6全开的过程。在大流量快速节流阀不进行快速节流之前，为了使大流量快速节流阀对液流不对产生节流影响，要求主阀芯6全开。此时，电磁铁S1失电，先导高速开关阀11处于下位工作，其工作油口11a与回油口11t导通，此时控制腔L4为低压，常闭式二位三通阀换向阀14在弹簧力的作用下处于下位工作，控制腔L2为低压，主阀芯6在复位弹簧8及下腔压力油的作用下向上运动直至完全打开。
2)目标位置预设；
此过程的主要功能是对主阀芯6运动的目标位置进行提前设定，三通比例减压阀2控制比例阀杆5的位置从而间接实现对主阀芯6目标位置的跟综控制。三通比例减压阀2的工作油口2a的出口压力作用于比例阀杆5下端的控制腔L1并与调节弹簧4的弹簧力相比较(忽略摩擦力)，根据虎克定律便可得知比例阀杆5的位置与控制腔L1的控制压力成比例，而控制腔L1的控制压力又与三通比例减压阀2的电信号成比例变化，因此比例阀杆5的位置与三通比例减压阀2的指令信号成正比。
比例阀杆5上开有与主阀芯6耦合的过流槽，过流槽与主阀芯6的上控制边形成阀口C，阀口C开口度的大小(也即主阀芯6上腔控制边与比例阀杆5过流槽的上控制边的相对位置)会根据主阀芯6上下腔的工作压力进行自动调整，当阀口C变大时，主阀芯6上端的控制腔L2的控制压力变低，主阀芯6在下腔液压力作用下向上运动，从而导致阀口C的开口度变小，阀口C开口度的变小引起控制腔L2的压力升高，如此循环调整主阀芯6便稳定地在比例阀杆5预设位置的附近工作，从而通过对比例阀杆5预设位置的控制就可以实现对主阀芯6目标节流位置的跟综控制。
3)快速驱动；
此时，电磁铁S1得电，先导高速开关阀11处于上位工作，其工作油口11a与进油口11p导通，控制腔L4为高压腔，常闭式二位三通阀换向阀14在控制腔L4高压油的作用下处于上位工作，控制腔L2通高压油，由于此时主阀芯6下腔为低压，因此主阀芯6在控制腔L2压力的作用下向下快速运动；当主阀芯6上腔阀口控制边到达比例阀杆5预设位置时，主阀芯6便在上、下控制腔的作用下实现动态平衡。由于主阀芯6的最终平衡位置与比例阀杆5的预设位置具有随动关系，因此通过调节比例阀杆5的位置便可实现对主阀芯6位置的控制，也即实现对目标节流位置的比例调节。
4)主阀关闭；
此时三通比例减压阀2失电，控制腔L1为低压，比例阀杆5在调节弹簧4的作用下向下运动至设定位置；先导高速开关阀11也处于得电状态，并处于上位工作，其工作油口11a与进油口11p导通，控制腔L4为高压，常闭式二位三通阀换向阀14在控制腔L4高压油的作用下处于上位工作，控制腔L2通高压油，由于此时比例阀杆5向下运动到极限位置，比例阀杆5与主阀芯6间的阀口C被完全密封，因此主阀芯6在控制腔L2的高压油作用下使主阀保持完全关闭。
Claims (2)
1、一种大流量快速节流比例阀，其特征在于：包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
1)主级插装阀部件：包括主阀芯(6)、主阀座(7)和复位弹簧(8)；主阀芯(6)与主阀座(7)配合，主阀芯(6)的下腔装有复位弹簧(8)与主阀座(7)连接，主阀芯(6)的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆(5)的下端配合，主阀芯(6)的下端面开有节流窗口(C1)；
2)先导控制阀块部件：包括三通比例减压阀(2)、活塞缸(3)、调节弹簧(4)、比例阀杆(5)、单向阻尼阀(9)、常开式二位三通换向阀(10)、先导高速开关阀(11)和二通减压阀(12)；三通比例减压阀(2)的进油口(2p)、二通减压阀(12)的进油口(12a)、常开式二位三通阀换向阀(10)的进油口(10p)与油源(1)相连，三通比例减压阀(2)的回油口(2t)、常开式二位三通阀换向阀(10)的回油口(10t)、先导高速开关阀(11)的回油口(11t)与油箱相连，活塞缸(3)内装有调节弹簧(4)与比例阀杆(5)的上端连接，活塞缸(3)与比例阀杆(5)配合形成控制腔(L1)，三通比例减压阀(2)的工作油口(2a)与控制腔(L1)相连，二通减压阀(12)的出油口(12b)与先导高速开关阀(11)的进油口(11p)相连接，先导高速开关阀(11)的工作油口(11a)与常开式二位三通阀换向阀(10)的控制腔(L3)相连接，主阀座(7)与活塞缸(3)配合形成控制腔(L2)，常开式二位三通阀换向阀(10)的工作油口(10a)与单向阻尼阀(9)的油口(9a)相连接，单向阻尼阀(9)的油口(9b)与控制腔(L2)相连接，比例阀杆(5)的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯(6)的上端控制边形成控制阀口(C)。
2、一种大流量快速节流比例阀，其特征在于：包括主级插装阀部件和先导控制阀块部件，其中：
1)主级插装阀部件：包括主阀芯(6)、主阀座(7)和复位弹簧(8)；主阀芯(6)与主阀座(7)配合，主阀芯(6)的下腔装有复位弹簧(8)与主阀座(7)连接，主阀芯(6)的上端与先导控制阀块部件中的比例阀杆(5)的下端配合，主阀芯(6)的下端面开有节流窗口(C1)；
2)先导控制阀块部件：包括三通比例减压阀(2)、活塞缸(3)、调节弹簧(4)、比例阀杆(5)、单向阻尼阀(9)、先导高速开关阀(11)、二通减压阀(12)、蓄能器(13)和常闭式二位三通阀换向阀(14)；三通比例减压阀(2)的进油口(2p)、二通减压阀(12)的进油口(12a)、常闭式二位三通阀换向阀(14)的进油口(14p)与油源(1)相连，三通比例减压阀(2)的回油口(2t)、常闭式二位三通阀换向阀(14)的回油口(14t)、先导高速开关阀(11)的回油口(11t)与油箱相连，活塞缸(3)内装有调节弹簧(4)与比例阀杆(5)的上端连接，活塞缸(3)与比例阀杆(5)配合形成控制腔(L1)，三通比例减压阀(2)的工作油口(2a)与控制腔(L1)相连，二通减压阀(12)的出油口(12b)与先导高速开关阀(11)的进油口(11p)、蓄能器(13)相连接，先导高速开关阀(11)的工作油口(11a)与常闭式二位三通阀换向阀(14)的控制腔(L4)相连接，主阀座(7)与活塞缸(3)配合形成控制腔(L2)，常闭式二位三通阀换向阀(14)的工作油口(14a)与单向阻尼阀(9)的油口(9a)相连接，单向阻尼阀(9)的油口(9b)与控制腔(L2)相连接，比例阀杆(5)的下端开有过流槽，过流槽与主阀芯(6)的上端控制边形成控制阀口(C)。
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2009
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