CN102588372B - 一种电液比例溢流阀 - Google Patents

Abstract

一种电液比例溢流阀是其采用双向比例电磁铁，通过连接件将比例电磁铁输出杆与先导阀芯轴向刚性连接，实现对先导阀芯的双向驱动，其弹簧是双向比例电磁铁线圈通过电流为零时处于预压缩状态，所产生的预紧力与比例电磁铁在相同方向的最大输出力之和与电液比例溢流阀所控制的最大控制压力相应，产生电液比例溢流阀的最大控制压力，该控制压力大于双向比例电磁铁的推力单独作用时所产生的控制压力，从而提高了电液比例溢流阀的最大控制压力。

Description

一种电液比例溢流阀

技术领域

本发明与一种电液比例溢流阀有关，特别是一种在液压控制系统中用于电液比例控制的电液比例溢流阀，包括先导阀部分和主阀部分。

技术背景

在液压控制系统中，特别是电液比例控制元件中，其电液比例溢流阀的作用是使它所控制的液压油压力与输入的电压信号或电流信号呈比例关系，电液比例溢流阀的控制电路通过接线端子连接到安装在比例电磁铁内部的比例电磁铁线圈，当有电流通过线圈时，比例电磁铁输出杆产生单方向推力，该推力与弹簧的压紧力产生合力，合力将先导阀芯压向先导阀进油口，当先导阀进油口压力在先导阀芯上产生的力低于上述合力时，先导阀阀芯被压紧在先导阀进油口上，先导阀进油口与先导阀回油口断开。相反，当先导阀进油口压力在先导阀芯上产生的力大于上述合力时，先导阀阀芯被推离先导阀进油口，先导阀进油口与先导阀回油口接通，并进一步控制主阀芯调整电液比例溢流阀的控制压力，直到先导阀进油口压力在先导阀芯上产生的力正好等于上述合力，实现控制液压控制系统压力的目的。

在上述这种现有的控制方法和结构中存在有两个缺点：其一是采用具有单向输出能力的比例电磁铁实现电—机械信号的转换，受线圈最高工作温度限制，线圈电流不能过大，电流过大会导致在给定条件下控制压力的最大值受到限制；其二是弹簧的预压紧力用于在电磁铁输出力为0时将先导阀芯压在进油口上，该弹簧的预压紧力应该尽量小，但又不能为0，使得电液比例溢流阀存在一个对应于弹簧预紧力的的最小控制压力。

在解决上述问题的已有技术中，对于第一个问题的解决办法是加大输入功率，以及增加比例电磁铁的体积，这种解决问题的方法不仅使得系统庞大复杂，而且会受到比例电磁铁安装空间的限制，也会受到电力供应的限制。另一种方法是采用更加高效的散热技术，提高线圈的最大允许电流，这种方法将大大增加电液比例溢流阀的复杂程度。针对第二个问题，其电液比例溢流阀的本体结构受到限制，本身并没有好的解决办法，只能改变其结构原理或在液压控制系统中采用其他方法补充解决。

上述已有解决问题的技术手段明显不足，要进一步提高电液比例溢流阀用电机械转换器的控制范围，本发明在现有技术的基础上，以不增加所需驱动能量以及不改变溢流阀主体结构的情况下，寻求一种提高电液比例溢流阀的压力控制范围和使电液比例溢流阀的最小控制压力为0的技术方案。 

发明内容

本发明的问题是在现有电液比例溢流阀主体结构的基础上，在电液比例溢流阀的所需驱动能量一定的情况下，通过改进电液比例溢流阀的内部结构，以进一步提高电液比例溢流阀的压力控制范围，其目的是提供一种电液比例溢流阀。

为了实现上述目的，本发明所采取的措施是一种电液比例溢流阀，包括比例电磁铁、比例电磁铁输出杆、连接件和弹簧；其构成在于：

所述比例电磁铁是双向比例电磁铁，其输出力的大小和方向与其线圈通过电流的大小和方向相应；

所述比例电磁铁输出杆是通过连接件与先导阀芯轴向刚性连接，实现对先导阀芯的双向驱动；

所述连接件是将比例电磁铁输出杆和先导阀芯轴向刚性连接；

所述弹簧是双向比例电磁铁线圈通过电流为零时处于预压缩状态，所产生的预紧力与电液比例溢流阀所控制的初始控制压力相应；或者

与比例电磁铁在相同方向的最大输出力之和与电液比例溢流阀所控制的最大控制压力相应；或者

与所述比例电磁铁在相反方向的最大输出力之差与电液比例溢流阀所控制的最小控制压力相应。

实现本发明上述技术方案的进一步的技术特征在于：所述双向比例电磁铁是一个动圈式直线电机，或者是一个动铁式双向比例电磁铁；所述最小控制压力是电液比例溢流阀所控制的最小控制压力，或者是0；所述初始控制压力是电液比例溢流阀所控制的初始控制压；所述输出力的大小是与其线圈通过电流的大小呈正比关系。

本发明所提供的一种电液比例溢流阀，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果如下： 

（1）给双向比例电磁铁的线圈施加不同方向的电流，能够使双向比例电磁铁通过双向比例电磁铁输出杆对先导阀芯施加推力或拉力，双向比例电磁铁对先导阀芯的拉力能够部分或全部抵消弹簧对先导阀芯的推力，从而大幅度降低电液比例溢流阀的最小控制压力，或者为0。

(2) 双向比例电磁铁对先导阀芯的最大推力与弹簧的预压紧力之和，产生电液比例溢流阀的最大控制压力，该控制压力大于双向比例电磁铁的推力单独作用时所产生的控制压力，从而提高了电液比例溢流阀的最大控制压力。

(3) 当设计的电液比例溢流阀的最大工作压力给定后，利用弹簧可降低电液比例溢流阀的最大输出力的绝对值的大小，即可以减小电液比例溢流阀线圈最大电流的绝对值，从而减少线圈的发热量。因此利用本发明可以降低电液比例溢流阀对电源的能量消耗，同时可以减少电液比例溢流阀的线圈的总体积，也就减小了所需要的比例电磁铁的体积。

附图说明

图1是本发明电液比例溢流阀的驱动原理结构示意图。

图中：1：双向比例电磁铁；2：双向比例电磁铁输出杆；3：中间件；4：连接件；5：密封圈；6：先导阀体；7：弹簧预紧力调整片；8：弹簧；9：先导阀芯；10：先导阀进油口；11：先导阀回油腔；12：先导阀回油口；13：双向比例电磁铁接线端子。

F _k0 —— 弹簧（8）的预紧力，正方向指向是先导阀芯（9）关闭的方向；

F _t  —— 双向比例电磁铁（1）的输出力，正方向与F _k0一致，F _t经过双向比例电磁铁输出杆（2）和连接件（4）作用到先导阀芯（9）上。

I _t  —— 双向比例电磁铁（1）的线圈中的电流，I _t的方向这样确定：I _t的正值产生的F _t为正值，对于比例电磁铁而言，F _t ≈ K _i·I _t；K _i是与比例双向比例电磁铁（1）有关的常数；

F _c  —— 先导阀芯（9）受到的具有关闭先导阀芯（9）作用的力，即F _t与F _k0的合力，F _c = F _t + F _k0。

A _x  —— 先导阀进油口（10）的横截面积；

P _c  —— 先导阀进油口（10）处的压力值；

F _xc —— P _c作用到先导阀芯（9）上的具有打开开先导阀芯作用的开启力，F _xc的大小为 F _xc = P _c·A _x， F _xc的正方向指向打开先导阀芯（9）的方向；

Q _xc —— 通过先导阀进油口（10）的流量；

P _s—— 电液比例溢流阀的控制压力值。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出说明：

如图1所示，实施本发明的一种电液比例溢流阀，包括先导阀部分和主阀部分。先导阀部分包括双向比例电磁铁1、双向比例电磁铁输出杆2、连接件4和弹簧8，其中：

在本发明方案中采用的双向比例电磁铁1是一个动圈式直线电机，或者是一个动铁式双向比例电磁铁，其输出力的方向与其线圈中通过的电流的方向相应，其输出力的大小与其线圈中通过的电流的大小呈比例关系。当输入到线圈的电流为某一正值时，双向比例电磁铁1向电液比例溢流阀的先导阀芯施加一个与电流大小呈比例的推力（假设电流的正值对应于双向比例电磁铁1的推力方向），该推力加弹簧预紧力共同产生一个电液比例溢流阀的控制压力，而该控制压力大于上述推力单独作用时所产生的控制压力；当输入到线圈的电流为某一负值时，双向比例电磁铁1向电液比例溢流阀的先导阀芯施加一个与电流大小呈比例的拉力，该推力抵消部分弹簧预紧力后产生一个电液比例溢流阀的控制压力，而该控制压力小于弹簧预紧力单独作用时所产生的控制压力，当拉力的大小接近弹簧的预紧力时，电液比例溢流阀的最小控制压力接近0值。由于线圈中电流的发热功率与电流的方向无关，因此利用本发明可实现在动圈式直线电机或者动铁式双向比例电磁铁的发热功率受限时提高电液比例溢流阀的压力控制范围，或者在电液比例溢流阀的压力控制范围给定后，减小动圈式直线电机或者动铁式双向比例电磁铁所需要的发热功率。

本发明方案中所采用的双向比例电磁铁输出杆2是通过连接件4与电液比例电磁铁先导阀芯9轴向刚性连接，所述刚性连接是采用机械连接，如销轴连接、螺纹连接和插接连接等。

本发明方案中所采用的连接件4是其一端与双向比例电磁铁输出杆2轴向刚性连接，另一端与电液比例电磁铁先导阀芯10轴向刚性连接，实现双向比例电磁铁输出杆2与电液比例电磁铁先导阀芯10的轴向刚性连接，使得动圈式直线电机或者动铁式双向比例电磁铁既可对先导阀芯施加推力，也可对先导阀芯施加拉力。

本发明方案中所采用的弹簧8是其初始状态为预压缩状态，弹簧8预压缩状态所具有的推力是预压紧力，即在双向比例电磁铁1线圈中无电流通过时处于预压缩状态，其预压缩状态所产生的预压紧力的大小使电液比例溢流阀产生一个初始控制压力，用于电液比例溢流阀的最常用的控制压力。在典型情况下，双向比例电磁铁所产生的两个方向最大力的大小相等，弹簧的预紧力也等于上述最大力。预压紧力与最大力之和缩产生电液比例溢流阀的最大控制压力，预压紧力与最大力之差为0，使得电液比例溢流阀的最小控制压力为0，预压紧力单独作用产生电液比例溢流阀的初始控制压力，或者是最常用的控制压力，这种情况下所设计的电液比例溢流阀最能体现本发明的特点。

在上述本发明的一种电液比例溢流阀的构成关系中，通过其结构原理对其具体的实施方式作出进一步的说明，如图1所示：

1、当I _t = 0时，F _t = 0，先导阀芯9受到的关闭力F _c = F _t + F _k0 = F _k0。

（1）当电液比例溢流阀的被控制压力P _s比较大，使得F _xc > F _c，即先导阀芯9受到的开启力大于关闭力时，先导阀芯9被推离先导阀进油口10，先导阀进油口10与先导阀回油口12打开，先导阀进油口10处的液体经过先导阀回油腔11向先导阀回油口12流动，稳定流量为Q _xc0，Q _xc0进一步通过主阀部分使电液比例溢流阀处于溢流状态，从而调整电液比例溢流阀被控制压力P _s，直到先导阀进油口10处的液压油压在先导阀芯9上产生的力F _xc正好等于F _c，使电液比例溢流阀的被控制压力值P _s始终稳定在某个数值P _s0处。

（2）当溢流阀被控制压力P _s比较小，使得F _xc < F _c，即先导阀芯9受到的开启力小于关闭力时，先导阀芯9关闭从先导阀进油口10到先导阀回油口12的通道，电液比例溢流阀不溢流。因此，电液比例溢流阀被控制压力P _s始终被控制在初始设定值P _s0以下，P _s0的大小决定于Q _xc0以及主阀部分的结构参数。

2、当I _t > 0时，F _t > 0，先导阀芯9受到的压紧力F _c = F _t + F _k0 > F _k0。

（1）：当电液比例溢流阀被控制压力P _s比较大，使得F _xc > F _c，即先导阀芯9受到的开启力大于关闭力时，先导阀芯9被推离先导阀进油口10，先导阀进油口10与先导阀回油口12打开，先导阀进油口10处的液体经过先导阀回油腔11向先导阀回油口12流动，稳定流量为Q _xc1，Q _xc1进一步通过主阀部分使电液比例溢流阀处于溢流状态，从而调整电液比例溢流阀被控制压力，直到先导阀进油口10处的液压油压在先导阀芯9上产生的力F _xc正好等于F _c，使被控制压力稳定在某个数值P _s1处。

（2）当电液比例溢流阀被控制压力P _s比较小，使得F _xc < F _c，即先导阀芯9受到的开启力小于关闭力时，先导阀芯9关闭从先导阀进油口10到先导阀回油口12的通道，电液比例溢流阀不溢流。因此，电液比例溢流阀被控制压力P _s始终被控制在某个P _s1以下，P _s1的大小决定于Q _xc1主阀部分的结构参数。当I _t取到线圈的允许最大电流I _t1m时，此时双向比例电磁铁1输出最大正向推力F _t1m、合力F _c1m = F _t1m + F _k0也达到最大，溢流阀被控制压力P _s被控制在P _s1m以下，P _s1m就是电液比例溢流阀的最大控制压力，当电液比例溢流阀和双向比例电磁铁1的结构参数确定后，P _s1m决定于双向比例电磁铁1的线圈最大允许电流I _t1m和弹簧8的预压紧力F _k0。

3、当I _t < 0时，F _t < 0，先导阀芯10受到的压紧力F _c = F _t + F _k0 < F _k0。

（1）：当电液比例溢流阀被控制压力P _s比较大，使得F _xc > F _c，即先导阀芯9受到的开启力大于关闭力时，先导阀芯9被推离先导阀进油口10，先导阀进油口10与先导阀回油口12打开，先导阀进油口10处的液体经过先导阀回油腔11向先导阀回油口12流动，稳定流量为Q _xc2，进一步通过主阀部分使电液比例溢流阀处于溢流状态，从而调整电液比例溢流阀被控制压力P _s，直到先导阀进油口10处的液压油压在先导阀芯9上产生的力F _xc正好等于F _c，使被控制压力稳定在某个数值P _s2处。

（2）：当溢流阀被控制压力P _s比较小，使得F _xc < F _c，即先导阀芯9受到的开启力小于关闭力时，先导阀芯9关闭从先导阀进油口10到先导阀回油口12的通道，电液比例溢流阀不溢流。因此，电液比例溢流阀被控制压力P _s始终被控制在某个P _s2以下，P _s2的大小决定于Q _xc2以及主阀部分的结构参数。当设计满足要求时，线圈电流I _t取到某个负向电流 –I _t2m时，合力F _c2m = 0，电液比例溢流阀被控制压力P _s被控制在0压附近。

利用本发明设计电液比例溢流阀，除按照现有技术对电液比例溢流阀进行设计外，需要确定F _k0和双向比例电磁铁的最大允许电流I _tm。

(1) F _k0的确定方法

选择所设计的电液比例溢流阀的应用环境中被控压力P _s出现最多的工作压力P _s0作为初始设定的被控压力值，根据主阀部分的结构参数确定控制P _s0所需要的流量Q _xc0，根据Q _xc0和先导阀部分的结构尺寸确定弹簧8的预压紧力F _k0。

(2) I _tm的确定方法

确定I _t1m：确定好电液比例溢流阀的最高控制压力P _s1m，根据主阀部分的结构参数确定控制P _s1m所需要的流量Q _xc1m，根据Q _xc1m和先导阀部分的结构尺寸确定先导阀芯9所需要的最大压紧力F _c1m，即双向比例电磁铁1的最大正向输出力与弹簧8的预压紧力F _k0之和。根据K _i·I _t1m + F _k0 = F _c1m，计算出I _t1m。

确定I _t2m：根据K _i·I _t2m = F _k0，计算出I _t2m。

I _tm取I _t1m和I _t2m二者中的最大者。

下面通通过具体实施例进一步详细说明本发明的具体实施方式：

实施例1

如图1是根据本发明设计的电液比例溢流阀的结构示意图，电液比例溢流阀包括比例电磁铁1、比例电磁铁输出杆2、连接件4和弹簧8。

所设计的电液比例溢流阀指标包括：最大溢流流量Q _mm、压力控制范围0-P _sm，根据本发明的特点，给出所设计电液比例溢流阀的预设控制压力P _s0。

利用本发明设计电液比例溢流阀，除按照现有电液比例溢流阀进行设计外，需要确定F _k0和双向比例电磁铁1的最大允许电流I _tm。

F _k0的确定方法

选择所设计的电液比例溢流阀的应用环境中被控压力P _s出现时间最多的压力作为初始设定的被控压力值P _s0，根据主阀部分的结构参数确定控制P _s0所需要的流量Q _xc0，根据Q _xc0和先导阀部分的结构尺寸确定弹簧8的预压紧力F _k0。

I _tm的确定方法

确定I _t1m：确定好电液比例溢流阀的最高控制压力P _s1m，根据主阀部分的结构参数确定控制P _s1m所需要的流量Q _xc1m，根据Q _xc1m和先导阀部分的结构尺寸确定先导阀芯（9）所需要的最大压紧力F _c1m，即双向比例电磁铁1的最大正向输出力与弹簧8的预压紧力F _k0之和。根据K _i·I _t1m + F _k0 = F _c1m，计算出I _t1m。

确定I _t2m：根据K _i·I _t2m = F _k0，计算出I _t2m。

I _tm取I _t1m和I _t2m二者的绝对值的最大者，但I _tm不能超过双向比例电磁铁1的线圈的最大允许电流。 

Claims (5)

1.一种电液比例溢流阀，包括比例电磁铁、比例电磁铁输出杆、连接件和弹簧；其中比例电磁铁是双向比例电磁铁，其输出力的大小和方向与其线圈通过电流的大小和方向相应；其特征在于：

所述比例电磁铁输出杆（2）是通过连接件（4）与先导阀芯（9）轴向刚性连接，实现对先导阀芯（9）的双向驱动；

所述连接件（4）是将比例电磁铁输出杆（2）和先导阀芯（9）轴向刚性连接；

所述弹簧（8）是双向比例电磁铁线圈通过电流为零时处于预压缩状态，所产生的预紧力与电液比例溢流阀所控制的初始控制压力相应；或者

与比例电磁铁（1）在相同方向的最大输出力之和与电液比例溢流阀所控制的最大控制压力相应；或者

与所述比例电磁铁（1）在相反方向的最大输出力之差与电液比例溢流阀所控制的最小控制压力相应。

2.如权利要求1所述的电液比例溢流阀；其所述双向比例电磁铁（1）是一个动圈式直线电机，或者是一个动铁式双向比例电磁铁。

3.如权利要求1所述的电液比例溢流阀；其所述最小控制压力是电液比例溢流阀所控制的最小控制压力，或者是0。

4.如权利要求1所述的电液比例溢流阀；其所述初始控制压力是电液比例溢流阀所控制的初始控制压。

5.如权利要求1所述的电液比例溢流阀；其所述输出力的大小是与其线圈通过电流的大小呈正比关系。