CN101852222A - 平衡阀及应用该平衡阀的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平衡阀，其阀体的控制油口与阀芯端部的腔室之间具有两个控制油道，控制油液经前述两个控制油道作用于阀芯上，以实现阀芯换向；封堵部件与第一油道的孔隙配合以关闭第一油道，在封堵部件的与孔隙相配合的的端部配合面上具有节流槽，且节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，使得该配合面在与该孔隙逐渐接近至封堵过程中，经该孔隙的通流量缓和地递减，因此，在关闭第一油道的时刻不会产生较大的压力冲击。优选地，在阀芯换向控制回路上具有由溢流阀和阻尼构成的液压半桥，由于压力和流量是耦合作用的，针对流量增益或者压力增益输出的信号都可以很平缓的过度到稳态值。在此基础上，本发明还提供一种应用该平衡阀的起重机。

Description

平衡阀及应用该平衡阀的起重机

技术领域

本发明涉及一种液压控制元件，具体涉及一种平衡阀及应用该平衡阀的起重机。

背景技术

起重机在各类工程施工中得到了广泛的应用。目前，随着技术的发展和用户对于起重机操作要求的提高，起重机的优化设计除了应当满足基本的主要功能之外，越来越侧重于起重机作业的安全可靠性要求以及操作的舒适性要求。

在现有起重机的起升、变幅和伸缩等主要功能的控制系统中，均采用平衡阀进行液压锁紧，以保证负载能够可靠地保持在任意位置，避免由于液压元件的内部泄漏产生位移。通常地，平衡阀正向开启时液压油液直接推开阀内的单向阀流过阀体，在反向开启的时候则需要阀芯换向，由控制油液进入平衡阀的控制盖板，并推动阀芯移动进行换向。如图1所示，现有的平衡阀的阀芯换向采用钢珠式单向阀。控制油从控制油口进入，经过滤油器10和入口阻尼20后进入调节阀芯30内部，顺着顶杆40推动主阀芯50移动(控制油液的流向如图2中箭头所示)，进行平衡阀的换向操作。在此方案中，控制油的关闭是通过钢珠60与油道之间形成的单向阀来实现的，转而使控制油从另一装有阻尼的油道推动阀芯继续完成换向(控制油液的流向如图3中箭头所示)。然而，由于在弹簧力推动钢球进行封闭通道的时候没有过渡阶段，控制油突然被封停，故管路内流动的液体会形成一个很高的压力峰值而产生液压冲击，使得平衡芯的阀芯换向过程不能平稳地进行。

众所周知，液压冲击会给液压元件造成损害，甚至带来不可预料的液压故障和安全隐患；此外，在使用过程中液压冲击引起的结构件颤动和噪声，给使用者带来了诸多不适。

有鉴于此，亟待研制开发出一种可平稳地进行阀芯换向的平衡阀，以避免产生液压冲击，以符合起重机作业的安全可靠性要求以及操作的舒适性要求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种可平稳地进行阀芯换向的平衡阀，以避免在使用过程中产生液压冲击。在此基础上，本发明还提供一种应用该平衡阀的起重机。

本发明提供的平衡阀，其阀体的控制油口与阀芯端部的腔室之间具有两个控制油道，第一油道中具有封堵部件和与所述阀芯联动的顶杆；控制油液经所述顶杆与第一油道之间的孔隙进入所述腔室，该封堵部件随着顶杆移动且其端部封堵所述孔隙，同时控制油液经第二油道进入所述腔室；与该孔隙相配合的所述封堵部件的端部配合面上具有节流槽，且所述节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，使得该配合面在与该孔隙逐渐接近至封堵过程中，经该孔隙的通流量缓和地递减。

优选地，所述第二油道内设置有阻尼；所述阀体上嵌装有溢流阀，该溢流阀的进、出油口分别与阀芯端部的腔室和系统回油油路连通，该溢流阀的控制油口与所述平衡阀的控制油口连通。

优选地，所述封堵部件的端部为由小至大变径段。

优选地，所述封堵部件的端部为锥台状。

优选地，所述节流槽为沿周向均布的多个。

优选地，所述封堵部件与顶杆固连为一体。

优选地，所述阀体内腔容置有调节部件，所述调节部件封隔阀体的控制油口与阀芯端部的腔室，且，所述调节部件与阀体螺纹连接以调整其与阀芯之间的轴向距离；所述调节部件的与阀芯相对的端面上开设有阶梯盲孔，且该阶梯盲孔的根部大径段的侧壁上具有径向通孔；所述顶杆的一端与置于阶梯盲孔大径段内的封堵部件相抵，其另一端经该阶梯盲孔的端部小径段伸出后与所述阀芯连接；且控制油口至阀芯端部腔室之间的第一油道为：所述调节部件的径向通孔至顶杆与阶梯盲孔小径段之间间隙所形成的通路。

优选地，在封堵部件与阶梯盲孔的孔底之间设置有预压缩的弹性部件。

优选地，所述弹性部件为螺旋弹簧。

本发明提供的起重机，具有液压控制系统，所述液压控制系统的平衡阀采用如前所述的平衡阀。

本发明提供的平衡阀在控制阀芯进行换向的过程中，控制油经阀体的控制油口进入后，封堵部件与第一油道之间的孔隙进入阀芯端部的腔室，并推动阀芯移动，所述封堵部件与顶杆一同随阀芯移动至该封堵部件与该孔隙的内缘相抵，即，封堵第一油道；同时，控制油液经第二油道进入阀芯端部的腔室，继续推动阀芯移动，直至完成阀芯换向。

与现有技术相比，本发明技术方案中与该孔隙相配合的所述封堵部件的端部配合面上具有节流槽，且所述节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，这样，随着封堵部件的位移，所述封堵部件的配合面与该孔隙之间的间隙在逐渐递减；也就是说，在与该孔隙逐渐接近至封堵过程中，经该孔隙的通流量缓和地递减，从而在关闭第一油道的时刻不会产生较大的压力冲击。进一步地，应用本发明所述平衡阀的液压系统，符合起重机作业的安全可靠性要求以及操作的舒适性要求等优化设计的发展趋势。

本发明所述平衡阀的优选方案中，所述第二油道内设置有阻尼；所述阀体上嵌装有溢流阀，该溢流阀的进、出油口分别与控制油液作用于阀芯的腔室和系统回油油路连通，该溢流阀的控制油口与所述平衡阀的控制油口连通。理论上，在阀芯换向的控制油路中，第二油道内的阻尼为固定液阻，溢流阀为可变液阻，两者形成一个液压半桥；由于压力和流量是耦合作用的，因此，控制油路的变化调整时，输出的信号无论是流量增益还是压力增益都可以很平缓的过度到稳态值，从而避免瞬间冲击的产生。

附图说明

图1是现有平衡阀的阀芯换向结构的局部剖视图；

图2和图3分别示出现有平衡阀的阀芯换向过程中控制油液的两种流向；

图4是本发明所提供平衡阀的局部结构剖视图；

图5是示出了本发明在阀芯换向过程中控制油液经第一油道的流向；

图6是示出了本发明在阀芯换向过程中控制油液经第二油道的流向；

图7是本发明中封堵部件的整体结构示意图；

图8是图7的A-A剖面图；

图9是本发明所述平衡阀的控制油路中液压半桥的工作原理图；

图10是本发明所述起重机的整体结构示意图。

图4至图9中：

阀芯1、顶杆2、封堵部件3、节流槽31、调节部件4、大径段41、径向通孔42、小径段43、弹性部件5、第一阻尼61、第二阻尼62、溢流阀7；

控制油口X、主阀体8、控制阀盖9。

具体实施方式

基于现有技术，本发明所提供平衡阀的阀体的控制油口与阀芯端部的腔室之间具有两个控制油道，第一油道中具有封堵部件和与所述阀芯联动的顶杆；控制油液经所述顶杆与第一油道之间的孔隙进入所述腔室，该封堵部件随着顶杆的移动且其端部封堵所述孔隙后，控制油液经第二油道进入所述腔室；其设计要点是，与该孔隙相配合的所述封堵部件的端部配合面上具有节流槽，且所述节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，使得该配合面在与该孔隙逐渐接近至封堵过程中，经该孔隙的通流量缓和地递减，以避免第一油道关闭时产生液压冲击。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

参见图4，该图是本发明所提供平衡阀的局部结构剖视图。

如图4所示，平衡阀的阀体主要由主阀体8和控制阀盖9两部分构成，阀体采用为分体式结构，具有较好的制造工艺性。其中，阀芯1置于主阀体8内，在控制油液的作用下，阀芯1在主阀体8内滑动以实现换向。需要说明的是，本发明所述平衡阀的阀芯1和主阀体8等部件与现有技术完全相同，故图4中仅示出本中请发明点所在的局部视图。

在控制阀盖9与主阀体8相对侧的表面上开设有用于容置控制组件的内孔，该内孔与阀芯1同轴设置；控制油口X设置在控制阀盖9上。装配完成后，控制组件与置于主阀体8内的阀芯1之间形成腔室d，以容纳控制油液。

控制组件包括顶杆2、封堵部件3、调节部件4和弹性部件5。

如图所示，调节部件4置于前述内孔中，并将与控制油口X连通的a腔与阀芯端部的b腔封隔；且该调节部件4的与阀芯1相对的端面上开设有阶梯盲孔，该阶梯盲孔的根部大径段41的侧壁上开设有径向通孔42；弹性部件5和封堵部件3依次置于该阶梯盲孔的根部大径段41内；顶杆2的一端与封堵部件3与弹性部件5相抵压，其另一端经该阶梯盲孔的端部小径段43穿出后插装在阀芯1端部的顶杆安装孔2内。具体地，弹性部件5为螺旋弹簧，封堵部件3与该螺旋弹簧的配合端插装在弹簧内孔中，起导向作用。装配完成后，弹性部件5处于预压缩状态，当阀芯1在控制油液的作用下移动时，弹性部件释放能量并封堵部件3，确保封堵部件3一并移动。控制油口X至阀芯端部的b腔之间的第一油道为：调节部件4的径向通孔42至顶杆3与阶梯盲孔小径段43之间间隙所形成的通路。

如图所示，调节部件4一侧的控制阀盖9上具有c腔，c腔与a腔之间设置有第一阻尼61，c腔与b腔之间设置有第二阻尼。控制油口X至阀芯端部的b腔之间的第二油道为：经第一阻尼61、控制阀盖的c腔至第二阻尼62所形成的通路。

换向过程中，经控制油口X进入b腔的控制油液推动阀芯1右移，顶杆2也随着阀芯1右移，且封堵部件3在弹性部件5的作用下一并向右移动，此时，控制油液进入控制阀盖后经阀内第一油道的流向如图5中箭头所示，即：控制油口X-a腔-径向通孔42-顶杆2与小径段43之间的孔隙-b腔；阀芯1继续向右移动至该阶梯盲孔台阶面的内沿时，第一油道关闭。与此同时，控制油液经第二油道进入阀芯端部的b腔，继续推动阀芯1右移，此时，控制油液经控制油口X进入控制阀盖后经阀内第二油道的流向如图6中箭头所示，即：控制油口X-a腔-第一阻尼61-c腔-第二阻尼62-b腔。当阀芯开度达到最大时，控制油液通过阀芯内部阻尼流回油箱。

参见图7和图8，图7是封堵部件3的整体结构示意图，图8是图7的A-A剖面图。

封堵部件3的端部为由小至大变径段，图7中所示为锥台状。实际上，其与调节部件4阶梯盲孔的台阶面的配合面也可以是变径的内凹或外凸状，只要其端部满足由小至大的渐变要求均可满足使用需要。如图8所示，在封堵部件3的端部配合面上的节流槽31为四个，且四个节流槽31的横截面积沿轴向逐渐递减，以使得在第一油道封闭过程中，经过该孔隙的通流量缓和地递减，从而可以有效地避免产生液压冲击。

与现有平衡阀相比，在本方案中封堵部件3关闭第一油道的瞬间不会产生液压冲击，也就是说，作用于阀芯1的控制油液的压力波动较小，阀芯的移动较为平稳，开度不会忽大忽小的变化。因此，采用本发明所述平衡阀的控制系统在工作过程中，没有抖动，具有较高的操作舒适性和安全可靠性。

需要说明的是，图7中所示四个节流槽31沿周向均布，这样，控制油液能够均匀地从孔隙中流动，确保阀芯动作的平稳性。实际上，根据平衡阀的参数要求，该节流槽可以设置为多个。

此外，如图所示，控制阀盖9上嵌装有溢流阀7，该溢流阀7的进、出油口分别与控制油液作用于阀芯的b腔和系统回油油路连通，该溢流阀7的控制油口与平衡阀的控制油口连通，当b腔油压过高时，溢流阀7的主阀芯打开泄压。在阀芯换向的控制油路中，溢流阀7为可变液阻，而第二油道内的第一阻尼61和第二阻尼62为固定液阻，两者形成一个液压半桥，如图9所示的工作原理图；由于压力和流量是耦合作用的，因此，在控制油路的变化调整时，输出的信号为流量增益或者压力增益均可以很平缓的过度到稳态值，从而避免瞬间冲击的产生。也就是说，在先导级和功率级之间液压半桥作为级间反馈回路，进一步可提高平衡阀的精度。

图中所示，封堵部件3与顶杆2为分体式结构，在换向过程中，当封堵部件3关闭第一油道后，顶杆2随阀芯1继续右移。应当说明的是，封堵部件3也可以与顶杆2固连为一体(图中未示出)，这样，当封堵部件3关闭第一油道后，顶杆2将不再随阀芯1一并右移。

特别说明的是，本发明所述平衡阀的阀芯1与主阀体8的配合关系不是本申请的发明点所在，其基本结构与现有平衡阀完全相同。由于本领域的普通技术人员基于现有技术可以实现，故在此不予赘述。

如图10所示，在前述平衡阀的基础上，本发明还提供一种起重机，具有液压控制系统，所述液压控制系统的平衡阀采用如前所述的平衡阀。对于应用于起升控制回路的平衡阀来说，当开始进行重物下放的时候，下降侧的压力油从控制油口X进入平衡阀并推动阀芯换向。

特别说明的是，本发明所提供起重机的底盘、转台、动力系统、卷扬系统及吊臂装置等主要功能部件，与现有履带式起重机完全相同，故本文中不再赘述。

综上，本发明技术方案中封堵部件的端部配合面上具有节流槽，且所述节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，这样，随着封堵部件的位移，所述封堵部件的配合面与该孔隙之间的间隙在逐渐递减，经该孔隙的通流量缓和地递减，从而在关闭第一油道的时刻不会产生较大的压力冲击。此外，在阀芯换向的控制油路中，第二油道内的阻尼为固定液阻，溢流阀为可变液阻，两者形成一个液压半桥；由于压力和流量是耦合作用的，因此，控制油路的变化调整时，输出的信号无论是流量增益还是压力增益都可以很平缓的过度到稳态值，从而避免瞬间冲击的产生。

应当理解，对于负载控制回路中采用平衡阀防止液压缸或液压马达等执行元件的运动失去控制的工程机械来说，本实施方式提供的平衡阀均能够适用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.平衡阀，其阀体的控制油口与阀芯端部的腔室之间具有两个控制油道，第一油道中具有封堵部件和与所述阀芯联动的顶杆；控制油液经所述顶杆与第一油道之间的孔隙进入所述腔室，该封堵部件随着顶杆移动且其端部封堵所述孔隙，同时控制油液经第二油道进入所述腔室；其特征在于，与该孔隙相配合的所述封堵部件的端部配合面上具有节流槽，且所述节流槽的横截面积沿轴向逐渐递减，使得该配合面在与该孔隙逐渐接近至封堵过程中，经该孔隙的通流量缓和地递减。

2.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述第二油道内设置有阻尼；所述阀体上嵌装有溢流阀，该溢流阀的进、出油口分别与阀芯端部的腔室和系统回油油路连通，该溢流阀的控制油口与所述平衡阀的控制油口连通。

3.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述封堵部件的与端部为由小至大变径段。

4.根据权利要求3所述的平衡阀，其特征在于，所述封堵部件的端部为锥台状。

5.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述节流槽为沿周向均布的多个。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的平衡阀，其特征在于，所述封堵部件与顶杆固连为一体。

7.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述阀体内腔容置有调节部件，所述调节部件封隔阀体的控制油口与阀芯端部的腔室，且，所述调节部件与阀体螺纹连接以调整其与阀芯之间的轴向距离；所述调节部件的与阀芯相对的端面上开设有阶梯盲孔，且该阶梯盲孔的根部大径段的侧壁上具有径向通孔；所述顶杆的一端与置于阶梯盲孔大径段内的封堵部件相抵，其另一端经该阶梯盲孔的端部小径段伸出后与所述阀芯连接；且控制油口至阀芯端部腔室之间的第一油道为：所述调节部件的径向通孔至顶杆与阶梯盲孔小径段之间间隙所形成的通路。

8.根据权利要求7所述的平衡阀，其特征在于，在封堵部件与阶梯盲孔的孔底之间设置有预压缩的弹性部件。

9.根据权利要求8所述的平衡阀，其特征在于，所述弹性部件为螺旋弹簧。

10.起重机，具有液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统的平衡阀采用如权利要求1至9中任一项所述的平衡阀。

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