CN102032232B - 比例控制式功率限制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种比例控制式功率限制阀，包括阀主体部分、右比例电磁铁驱动模块、控制器及检测单元，阀主体部分配置成具备液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分，液压系统压力反馈部分响应于液压系统压力的超限而驱使液压先导油控制部分向外部释放液压先导油以降低液压先导油的压力，使得液压泵的功率维持在限制范围，检测单元实时检测液压先导油控制部分的可溢流程度，检测单元耦合到控制器，控制器耦合到右比例电磁铁驱动模块，其中的右比例电磁铁耦合到液压先导油控制部分,控制器根据外部提供的功率调节信号和所述检测单元的实时检测结果控制右比例电磁铁的输出，可使液压先导油控制部分达到与功率调节信号相适应的可溢流程度。

Description

比例控制式功率限制阀

技术领域

本发明涉及液压系统的功率调节与控制设备，特别是一种比例控制式功率限制阀。

背景技术

液压系统工作过程中，由于系统负载的突变或其他原因会导致液压泵功率超过限定值，常规的解决方法是在液压泵出口处设置安全阀，防止系统压力过高，以此来限制液压泵的功率。当负载突变导致系统压力过高而引起液压泵功率超过限定值时，安全阀溢流，引起功率损失，系统效率下降。

目前有部分液压系统安装了常规的机械式功率限制阀，如Rexroth公司的LV06系列功率限制阀，还有一部分液压系统安装了由多个液压阀和复杂的变排量控制机构组成的可进行机械式功率控制的液压泵。这两种功率限制方式的缺点是：功率限定值只能进行手动调节不能自动地连续实时调节，功率限制范围窄，结构复杂、成本高，不适于多工况下不同功率限定值的大功率液压系统，无法保证系统在多工况下处于最佳工作状态。目前的大部分功率限制装置都针对单向变量泵，而对于效率更高的闭式液压系统的双向变量泵的功率限制装置较少，随着液压技术向超高压、大功率大流量、高精度、高效率、自动化方向发展，上述功率限制方式越来越不能满足液压系统的需求。

发明内容

本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种能够自动连续实时可调的比例控制式功率限制阀，其功率调节范围大，调节迅速可靠，自动化程度高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种比例控制式功率限制阀，包括阀主体部分，所述阀主体部分配置成具备液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分，所述液压系统压力反馈部分响应于液压系统压力的超限而驱使所述液压先导油控制部分向外部释放液压先导油以降低液压先导油的压力，使得液压泵的功率维持在限制范围，所述功率限制阀的特征在于，所述功率限制阀还包括右比例电磁铁驱动模块、控制器及检测单元，所述右比例电磁铁驱动模块包括右比例电磁铁，所述检测单元用于实时检测所述液压先导油控制部分的可溢流程度，所述检测单元耦合到所述控制器的输入端，所述控制器的输出端耦合到所述右比例电磁铁的控制端，所述右比例电磁铁耦合到所述液压先导油控制部分，所述控制器根据外部提供的功率调节信号和所述检测单元的实时检测结果控制所述右比例电磁铁的输出，以使所述液压先导油控制部分达到与所述功率调节信号相适应的可溢流程度。

优选地，所述右比例电磁铁驱动模块还包括右位移传感器和右比例电磁铁推杆，所述右比例电磁铁与所述右比例电磁铁推杆相连，所述右比例电磁铁推杆作用到所述液压先导油控制部分，所述右位移传感器连接所述控制器的输入端，所述控制器还根据所述右位移传感器的检测结果控制所述右比例电磁铁的输出。

优选地，所述阀主体部分包括位于左端的阀体和装接在所述阀体右端的盖体，所述阀体内从左到右依次设置有锥阀阀座、锥阀阀芯和具有贯通油道的阶梯阀芯，所述盖体内设置有内滑套和外滑套，所述外滑套固定在所述盖体上，所述内滑套可滑动地套在所述外滑套内且从所述盖体右侧穿出，所述锥阀阀芯通过预紧的第一弹性件与所述阶梯阀芯的一端连接，所述阶梯阀芯在所述阀体内可滑动，所述阶梯阀芯的另一端通过第二弹性件与所述外滑套连接，所述阶梯阀芯的另一端还通过第三弹性件与所述内滑套连接，所述阀体上开设有液压先导油控制油口、溢流口以及液压系统压力反馈油口，所述锥阀阀座内开设有与所述液压先导油控制油口连通的活动腔，所述锥阀阀芯在所述活动腔内可滑动以增大或是减小液压先导油的压力，且当其滑出到一定程度时使所述活动腔连通所述溢流口而向外部油路溢流，液压系统的压力通过所述液压系统压力反馈油口施加到所述阶梯阀芯上而减小所述第一弹性件的预紧程度，所述右比例电磁铁耦合到所述内滑套以驱动所述阶梯阀芯，所述检测单元设置在所述阀体上，用于检测所述锥阀阀芯的受压状况。

优选地，所述锥阀阀座以在所述阀体内可滑动的方式设置，所述功率限制阀还包括左比例电磁铁驱动模块，所述左比例电磁铁驱动模块包括左比例电磁铁，所述控制器的输出端还耦合到所述左比例电磁铁的控制端，所述左比例电磁铁耦合到所述锥阀阀座上，所述控制器分别控制所述左、右比例电磁铁的输出，以使得所述锥阀阀芯达到与所述功率调节信号相适应的受压状况。

优选地，所述左比例电磁铁驱动模块还包括左位移传感器和左比例电磁铁推杆，所述左比例电磁铁与所述左比例电磁铁推杆相连，所述左比例电磁铁推杆作用到所述锥阀阀座上，所述左位移传感器连接所述控制器的输入端，所述控制器根据所述检测单元、所述左位移传感器的检测结果以及外部提供的功率调节信号控制所述左比例电磁铁的输出。

优选地，所述检测单元为检测所述阶梯阀芯的位移的位移传感器。

优选地，所述外滑套外侧有螺纹，所述外滑套的左端拧入所述阀体，所述外滑套的右端拧入所述盖体。

优选地，所述阀体上还开设有穿孔，所述穿孔将所述外滑套和所述阀体界定的腔体与外部连通，所述穿孔上装配有螺钉。

优选地，所述锥阀阀座包括与所述第一弹性件相连的主体和位于所述活动腔内的端部，所述主体具有往右渐宽的锥形部，所述端部配置成阻尼活塞，所述阻尼活塞上开设有过油孔。

优选地，，所述控制器为电控单元。

本发明有益的技术效果是：

当液压泵的功率上升到一定范围时，液压泵的功率与液压先导油的压力和液压系统压力的乘积存在特定关联，当液压系统压力增大时，使液压先导油的压力减小即可限制液压泵的功率。本发明的功率限制阀通过引入变排量液压泵的液压先导油的压力和液压系统压力，且可根据外部提供的功率调节信号例如用户输入的功率限定值来实现对液压泵的功率限制。

引入的变排量液压泵的液压先导油的油压与变排量液压泵的排量相关，引入的液压系统压力与变排量液压泵的输出压力相关。当液压系统压力达到某一设定值时，液压系统压力反馈部分响应于液压系统压力的超限，驱使液压先导油控制部分向外部释放液压先导油，变排量液压泵由于液压先导油溢流而降低至且保持某一较低压力，从而实现对变排量液压泵的功率限制。检测单元实时检测所述液压先导油控制部分的可溢流程度，将检测信号反馈给控制器，控制器则根据外部提供的功率调节信号并结合检测单元的反馈信号，经处理后发出控制信号控制比例电磁铁的输出，以使液压先导油控制部分达到与设定的功率调节信号相适应的可溢流程度，从而，实现了对液压泵的功率限制范围的连续实时调节，具有功率调节范围大、调节迅速可靠、调节自动化程度高、适应性广等显著优点，还具有使用维护成本低、体积小、易与液压系统其他部件实现自动控制匹配等优点。

与以往的功率限制装置相比，本发明功率限制阀体积小、结构紧凑、自动化程度高、安装方式无特殊要求，可用一个功率限制阀同时限制多台单向或双向变量液压泵的功率，实现对其功率的连续实时限制，是一种有效的液压系统功率限制装置。

根据优选的实施例，左比例电磁铁从左端控制锥阀阀座移位，右比例电磁铁从右端控制阶梯阀芯位移，控制器采集左位移传感器、右位移传感器和中间的位移传感器的检测信号，在实现液压系统压力响应的基础上达到对锥阀阀芯溢流压力的闭环精确动态控制，更有利于实施对液压泵功率限制范围的连续实时调节。相比单个比例电磁铁从一端调节的方式，左、右两端比例电磁铁同时可调，还具有可调量程更宽的优点。同时，左、右比例电磁铁从两端调节，有利于采用小型化的比例电磁铁装置。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的比例控制式功率限制阀的结构示意图。

图中所示部件与其标号对应如下：

左位移传感器1，左比例电磁铁2，左比例电磁铁推杆3，锥阀阀座4，锥阀阀芯5，第一弹性件6，阶梯阀芯7，油道8，螺钉9，第二弹性件10，第三弹性件11，外滑套12，右比例电磁铁13，右位移传感器14，右比例电磁铁推杆15，内滑套16，旋盖17，密封圈18、控制器19，位移传感器20，阀体21和阻尼活塞22

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

请参阅图1，根据一个实施例，比例控制式功率限制阀包括阀主体部分、右比例电磁铁驱动模块、控制器19及检测单元，阀主体部分配置成具备液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分，液压系统压力反馈部分响应于液压系统压力的超限而驱使液压先导油控制部分向外部释放液压先导油以降低液压先导油的压力，使得液压泵的功率维持在限制范围，检测单元用于实时检测液压先导油控制部分的可溢流程度，检测单元耦合到控制器19的输入端，控制器的输出端耦合到右比例电磁铁驱动模块的控制端，右比例电磁铁驱动模块包括右比例电磁铁13，右比例电磁铁13耦合到液压先导油控制部分，控制器根据外部提供的功率调节信号和所述检测单元的实时检测结果控制右比例电磁铁13的输出，以使液压先导油控制部分达到与功率调节信号相适应的可溢流程度。其中，外部提供功率调节信号可以是用户输入实时调节信号，也可以是控制器调用事先存储的或从外部导入的预定配置信号等。

应说明，本文中的“左”、“右”完全是为对照附图方便描述而引入，仅表示方位上的相对性，相当于“第一”、“第二”，可以是但并非限制为现实意义下的左、右方位。例如，若图1中的功率限制阀竖直地摆放，此时竖直方向的两端即分别对应于本文中的“左”、“右”。

如图1所示，根据优选的实施例，阀主体部分包括位于左端的阀体21和装接在阀体21右端的盖体17。阀体21内沿纵向从左到右依次设置有锥阀阀座4、锥阀阀芯5和具有贯通油道8的阶梯阀芯7。

盖体17内设置有内滑套16和外滑套12，外滑套12固定在盖体17上，内滑套16可滑动地套在外滑套12内且从盖体17右侧穿出。盖体17可在右侧具有开孔的挡板，则内滑套16的右端从挡板的开孔穿出并支撑在挡板上。

外滑套12可在外侧有螺纹，阀体21和盖体的对应端也有内螺纹，外滑套12的左端拧入阀体21，外滑套12的右端拧入盖体17。这种配置方式使得外滑套12拧入阀体21的深度可调，进而也使第二弹性件10(下文将介绍)的预紧力可调。阀体21与盖体17之间优选设置有密封圈18密封。

阀体21上优选还开设有穿孔，该穿孔将外滑套12和阀体21界定的腔体与外部连通，穿孔上装配有螺钉9。螺钉9可以穿过阀体21而伸入外滑套12内设的导槽中。通过该穿孔可以向腔体内添加或导出油液，螺钉9则保证油液不外漏。

锥阀阀芯5通过预紧的第一弹性件6与阶梯阀芯7的一端连接，阶梯阀芯7左端可以配置成具有孔口，弹簧7的右端一部分位于阶梯阀芯7的孔口中。阶梯阀芯7在阀体21内可滑动，阶梯阀芯7的另一端通过第二弹性件10与外滑套12连接，阶梯阀芯7的另一端还通过第三弹性件11与内滑套16连接。第一至三弹性件7、22、23优选采用弹簧。

阀体21上开设有液压先导油控制油口Pst、溢流口R(或称R腔)以及液压系统压力反馈油口Phd，锥阀阀座4内开设有与液压先导油控制油口Pst连通的活动腔，锥阀阀芯5在所述活动腔内可滑动以增大或是减小液压先导油的压力，且当其滑出到一定程度时使所述活动腔连通溢流口R而向外部油路溢流。

更优地，锥阀阀座4包括与第一弹性件6相连的主体和位于所述活动腔内的端部，所述主体具有往右渐宽的锥形部，所述端部配置成阻尼活塞22，阻尼活塞22上开设有过油孔。

阀体21的溢流口R通过阶梯阀芯7的油道8与安置外滑套12、内滑套16的前述腔体相通，使阶梯阀芯7的泄露油液顺利导出同时也改善了第二、三弹性件22、23的工作环境。

工作时，液压系统的压力通过液压系统压力反馈油口Phd施加到阶梯阀芯7上而减小第一弹性件6的预紧程度，从而使锥阀阀芯5相应调整在锥阀阀座4中的位置，进而调整锥阀阀芯5允许溢流液压先导油的程度。

可以看到，液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分各自体现在阀主体部分的上述具体结构总成中。然而，除了上述优选实施例所描述的多种结构总成，对于以其他方式实现其液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分的功率限制阀，本发明的调控原理也是适用的，在这些部分上的具体变型或替换并不脱离本发明的基本构思。

如图1所示，功率限制阀还包括右比例电磁铁驱动模块、控制器19及检测单元，右比例电磁铁驱动模块优选包括右比例电磁铁13、右位移传感器14和右比例电磁铁推杆15，右比例电磁铁13与右比例电磁铁推杆15相连，右比例电磁铁推杆15作用到内滑套16上以驱动阶梯阀芯7，右比例电磁铁13连接控制器19的输出端，右位移传感器14连接控制器19的输入端，检测单元设置在阀体21上，用于检测锥阀阀芯5的受压状况，控制器根据检测单元、右位移传感器14的检测结果以及用户输入的功率调节信号相应调整右比例电磁铁的输出而形成闭环控制。控制器19可以采用电控单元ECU。

在更优的实施例中，锥阀阀座4以在阀体21内可滑动的方式设置，功率限制阀还包括左比例电磁铁驱动模块，左比例电磁铁驱动模块包括左比例电磁铁2、左位移传感器1和左比例电磁铁推杆3，左比例电磁铁2与左比例电磁铁推杆3相连，左比例电磁铁推杆3作用到锥阀阀座4上，左比例电磁铁2连接控制器19的输出端，左位移传感器1连接控制器19的输入端，控制器根据检测单元、左、右位移传感器的检测结果以及用户输入的功率调节信号，分别控制左比例电磁铁和右比例电磁铁的输出，以使得锥阀阀芯5达到与功率调节信号相适应的受压状况。

检测单元可以是设置在阀体上的位移传感器20，位移传感器20检测阶梯阀芯7的位移。因此，在这个实施例中，液压先导油控制部分当前的可溢流程度，具体来说即锥阀阀芯5当前的受压状况，就反映在阶梯阀芯7的位移状态信息中。

参照图1，在控制器19的输出信号控制下，左比例电磁铁2驱使左比例电磁铁推杆3推动锥阀阀座4产生一定位移，右比例电磁铁13驱使右比例电磁铁推杆15推动内滑套16产生一定位移，从而设定该功率限制阀所要限制的功率。位移传感器20检测阶梯阀芯7的位移并将其检测结果传送到控制器19，控制器19根据位移传感器20、左、右位移传感器1、14的检测结果和外界的输入信号经计算后分别输出信号控制左比例电磁铁2和右比例电磁铁13。

除了检测阶梯阀芯7的位移，液压先导油控制部分当前的可溢流程度还可以通过其他方式检测，例如检测锥阀阀芯5的位移及感测有关的溢流压力大小等。优选地，可以对阶梯阀芯7和锥阀阀芯5的位移都进行检测。

以下结合图1进一步描述根据优选实施例的功率限制阀的工作原理。

当液压系统压力反馈油口Phd的压力达到某一设定值时，阶梯阀芯7产生向右的位移，压缩弹簧10、弹簧11，当阶梯阀芯7达到平衡状态时液压系统对阶梯阀芯产生的液压力与弹簧10、弹簧11的压力相平衡。阶梯阀芯7产生位移，使弹簧7的预紧力相应减小，当液压系统的压力达到某一值时，液压先导油控制油口Pst的液压泵先导油从锥阀阀芯处溢流，液压泵先导油压力维持在某一设定值，从而实现了对变排量液压泵的功率限制。引入的变排量液压泵的液压先导油的油压Pst与变排量液压泵的排量相关，引入的液压系统压力与液压泵的输出压力相关。当液压系统压力达到某一设定值时，阶梯阀芯产生位移，锥阀阀芯的弹簧6预紧力减小，当液压系统压力达到与之对应的功率限定值时，锥阀阀芯产生位移，变排量液压泵的液压先导油溢流并保持某一压力，从而实现对变排量液压泵的功率限制。

控制器19对用户输入信号、左位移传感器1、右位移传感器14和位移传感器23的反馈信号进行计算后，输出信号分别控制左比例电磁铁2和右比例电磁铁13，可连续实时地调节该功率限制阀的功率限定值。具体来说，传感器将检测信号反馈给控制器，控制器根据用户的输入信号并结合传感器的反馈信号经处理后发出信号分别控制功率限制阀左右两端的比例电磁铁，通过引入与左、右比例电磁铁配合工作的左、右位移传感器、和功率限制阀中间的位移传感器20的检测信号，实现了左、右比例电磁铁对锥阀阀芯5的溢流压力、阶梯阀芯的位移及液压系统压力响应的闭环精确动态控制。通过改变功率限制阀左、右比例电磁铁的控制信号可以实现对功率限制范围的连续实时调节。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种比例控制式功率限制阀，包括阀主体部分，所述阀主体部分配置成具备液压系统压力反馈部分和液压先导油控制部分，所述液压系统压力反馈部分响应于液压系统压力的超限而驱使所述液压先导油控制部分向外部释放液压先导油以降低液压先导油的压力，使得液压泵的功率维持在限制范围，其特征在于,所述功率限制阀还包括右比例电磁铁驱动模块、控制器（19）及检测单元，所述右比例电磁铁驱动模块包括右比例电磁铁，所述检测单元用于实时检测所述液压先导油控制部分的可溢流程度，所述检测单元耦合到所述控制器（19）的输入端，所述控制器的输出端耦合到所述右比例电磁铁的控制端，所述右比例电磁铁耦合到所述液压先导油控制部分,所述控制器根据外部提供的功率调节信号和所述检测单元的实时检测结果控制所述右比例电磁铁的输出，以使所述液压先导油控制部分达到与所述功率调节信号相适应的可溢流程度。

2.如权利要求1所述的功率限制阀，其特征在于,所述右比例电磁铁驱动模块还包括右位移传感器（14）和右比例电磁铁推杆（15），所述右比例电磁铁（13）与所述右比例电磁铁推杆（15）相连，所述右比例电磁铁推杆（15）作用到所述液压先导油控制部分，所述右位移传感器（14）连接所述控制器（19）的输入端，所述控制器还根据所述右位移传感器（14）的检测结果控制所述右比例电磁铁的输出。

3.如权利要求1或2所述的功率限制阀，其特征在于,所述阀主体部分包括位于左端的阀体（21）和装接在所述阀体（21）右端的盖体（17），所述阀体（21）内从左到右依次设置有锥阀阀座（4）、锥阀阀芯（5）和具有贯通油道（8）的阶梯阀芯（7），所述盖体（17）内设置有内滑套（16）和外滑套（12），所述外滑套（12）固定在所述盖体（17）上，所述内滑套（16）可滑动地套在所述外滑套（12）内且从所述盖体（17）右侧穿出，所述锥阀阀芯（5）通过预紧的第一弹性件（6）与所述阶梯阀芯（7）的一端连接，所述阶梯阀芯（7）在所述阀体（21）内可滑动，所述阶梯阀芯（7）的另一端通过第二弹性件（10）与所述外滑套（12）连接，所述阶梯阀芯（7）的另一端还通过第三弹性件（11）与所述内滑套（16）连接，所述阀体（21）上开设有液压先导油控制油口（Pst）、溢流口（R）以及液压系统压力反馈油口（Phd），所述锥阀阀座（4）内开设有与所述液压先导油控制油口（Pst）连通的活动腔，所述锥阀阀芯（5）在所述活动腔内可滑动以增大或是减小液压先导油的压力，且当其滑出到一定程度时使所述活动腔连通所述溢流口（R）而向外部油路溢流，液压系统的压力通过所述液压系统压力反馈油口（Phd）施加到所述阶梯阀芯（7）上而减小所述第一弹性件（6）的预紧程度，所述右比例电磁铁耦合到所述内滑套（16）以驱动所述阶梯阀芯（7），所述检测单元设置在所述阀体（21）上，用于检测所述锥阀阀芯（5）的受压状况。

4.如权利要求3所述的功率限制阀，其特征在于,所述锥阀阀座（4）以在所述阀体（21）内可滑动的方式设置，所述功率限制阀还包括左比例电磁铁驱动模块，所述左比例电磁铁驱动模块包括左比例电磁铁（2），所述控制器（19）的输出端还耦合到所述左比例电磁铁（2）的控制端，所述左比例电磁铁（2）耦合到所述锥阀阀座（4）上，所述控制器分别控制所述左、右比例电磁铁的输出以使得所述锥阀阀芯（5）达到与所述功率调节信号相适应的受压状况。

5.如权利要求4所述的功率限制阀，其特征在于,所述左比例电磁铁驱动模块还包括左位移传感器（1）和左比例电磁铁推杆（3），所述左比例电磁铁（2）与所述左比例电磁铁推杆（3）相连，所述左比例电磁铁推杆（3）作用到所述锥阀阀座（4）上，所述左位移传感器（1）连接所述控制器（19）的输入端，所述控制器根据所述检测单元、所述左位移传感器的检测结果以及外部提供的功率调节信号控制所述左比例电磁铁的输出。

6.如权利要求3所述的功率限制阀，其特征在于,所述检测单元为检测所述阶梯阀芯（7）的位移的位移传感器（20）。

7.如权利要求3所述的功率限制阀，其特征在于,所述外滑套（12）外侧有螺纹，所述外滑套（12）的左端拧入所述阀体（21），所述外滑套（12）的右端拧入所述盖体（17）。

8.如权利要求3所述的功率限制阀，其特征在于,所述阀体（21）上还开设有穿孔，所述穿孔将所述外滑套（12）和所述阀体（21）界定的腔体与外部连通，所述穿孔上装配有螺钉（9）。

9.如权利要求3所述的功率限制阀，其特征在于,所述锥阀阀座（4）包括与所述第一弹性件（6）相连的主体和位于所述活动腔内的端部，所述主体具有往右渐宽的锥形部，所述端部配置成阻尼活塞（22），所述阻尼活塞（22）上开设有过油孔。

10.如权利要求1或2所述的功率限制阀，其特征在于,所述控制器（19）为电控单元。

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