液压阀及压力补偿方法、液压阀组、液压系统和工程机械
技术领域
本发明涉及液压技术领域,具体而言,涉及一种液压阀及其压力补偿方法,一种包括该液压阀的液压阀组,包括该液压阀组的液压系统以及包括该液压系统的工程机械。
背景技术
目前,多路换向阀的抗流量饱结构一般采用增设压力补偿元件,增设压力补偿元件就是通过将各联阀的控制油口相互连通,每一联阀的控制油口通过压力补偿元件与换向阀芯节流面后的油口连通,使得每一联阀都取取最大负载的压力,保证每联阀的换向阀芯节流面前后的压差相等,流量只有节流面积有关,与负载无关,从而实现抗流量饱和功能。
相关技术中一种抗流量饱和的多路阀采用了增设压力补偿阀芯的方法,阀体上共有8个油道,第一压力油口与第二压力油口之间串接一个压力补偿元件,压力补偿元件中间开有通孔,将第一压力油口与压力补偿阀芯的控制油口连通,且各联阀的控制油口相互连通,所以,控制油口可将获取的执行机构中最大负载的压力引入至每联阀的第一压力油口,因此,各联阀的换向阀阀芯节流面前后的压差都为进油口压力与最大负载压力之差,流量只与节流面积有关,与负载无关,实现了抗流量饱和功能。
上述抗流量饱和的多路阀中,各联阀实质为三位六通型的换向阀,阀体上设置有8个油道,因此,上述多路阀至少存在如下缺点:整体结构复杂,阀体尺寸大,占用空间大;油道多,油道错综复杂,工艺尺寸难以保证,加工难度大,加工成本高;结构复杂,拆卸装配难度大。
因此,需要设计出具有抗饱和功能的多路换向阀,整体结构简单,以降低加工难度和加工成本,是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种液压阀,具有抗流量饱和功能,整体结构简单,尺寸小,易于加工。本发明还提出了一种液压阀的压力补偿方法,一种应用该液压阀的液压阀组,应用该液压阀组的液压系统以及应用该液压系统的工程机械。
一方面,本发明提供了一种液压阀,设置有进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口,所述液压阀包括:第一压力补偿元件、第二压力补偿元件、第一单向阀、第二单向阀和换向阀;所述第一压力补偿元件的进油口和所述第一单向阀的出油口均与所述换向阀的第一油口连通,所述第一压力补偿元件的出油口和所述第一单向阀的进油口均与所述第一工作油口连通;所述第二压力补偿元件的进油口和所述第二单向阀的出油口均与所述换向阀的第二油口连通,所述第二压力补偿元件的出油口和所述第二单向阀的进油口均与所述第二工作油口连通;所述换向阀的第三油口与所述进油口连通,所述换向阀的第四油口与所述回油口连通;所述第一压力补偿元件的控制油口和第二压力补偿元件的控制油口连通,所述第一压力补偿元件可实现其进油口与控制油口的通断以及其进油口与出油口间的开度变化,所述第二压力补偿元件可实现其进油口与控制油口的通断以及其进油口与出油口间的开度变化。
在上述技术方案中,优选地,所述第一单向阀设置在所述第一压力补偿元件内,和/或,所述第二单向阀设置在所述第二压力补偿元件内。
在上述技术方案中,优选地,所述第一单向阀设置在所述第一压力补偿元件外,两者构成并联,和/或,所述第二单向阀设置在所述第二压力补偿元件外,两者构成并联。
在上述任一技术方案中,优选地,所述换向阀为三位四通换向阀。
在一种具体实施例中,所述三位四通换向阀的阀芯上设置有节流孔或节流槽。
在另一种具体实施例中,在所述第一压力补偿元件和第二压力补偿元件的阀芯上均设置有节流孔或节流槽。
优选地,在所述第一压力补偿元件和/或第二压力补偿元件的控制油口端,设置有复位弹簧。
在一种实施例中,所述换向阀为液控换向阀、电磁换向阀或者手动换向阀中的任一种或者三者的任意组合。
另一方面,本发明还提供了一种液压阀组,包括多个液压阀,至少一个如上任一方案所述的液压阀,所述液压阀组具有进油路、回油路和控制油路,所述液压阀的第一压力补偿元件的控制油口和第二压力补偿元件的控制油口均与所述控制油路连通,所述液压阀的进油口、回油口分别与所述进油路、回油路连通。
在上述技术方案中,优选地,所述多个液压阀的阀体通过螺栓连接在一起,或者所述液压阀组的阀体为整体式阀块。
再一方面,本发明还提供了一种液压系统,包含有上述的液压阀组。
又一方面,本发明还提供了一种工程机械,包含有上述的液压系统。
综上所述,本发明提供的液压阀,具有抗流量饱和功能,其整体结构简单,阀体尺寸小,易于加工制作。本发明提供的液压阀组,具有抗流量饱和功能,将多个液压阀加工成整体结构,其结构紧凑,便于拆卸装配。
此外,本发明还提供了一种液压阀的压力补偿方法,所述液压阀包括第一压力补偿元件、第二压力补偿元件、第一单向阀、第二单向阀和换向阀;在所述换向阀处于第一工作位置时,压力油经所述换向阀的第一油口和所述第一压力补偿元件,至所述液压阀的第一工作油口,回油经所述第二单向阀和所述换向阀的第二油口,至所述液压阀的回油口;当所述第一压力补偿元件的进油口的压力大于其控制油口的压力时,所述第一压力补偿元件的进油口与控制油口相通,使所述第一压力补偿元件的进油口的压力与控制油口的压力达到相等;当所述第一压力补偿元件的进油口的压力小于控制油口的压力时,所述第一压力补偿元件的进油口与出油口间的开度减小,使所述第一压力补偿元件的进油口的压力上升直至与控制油口的压力达到相等;在所述换向阀处于第二工作位置时,压力油经所述换向阀的第二油口、所述第二压力补偿元件至所述液压阀的第二工作油口,回油经所述第一单向阀和所述换向阀的第一油口至所述液压阀的回油口;当所述第二压力补偿元件的进油口的压力大于控制油口的压力时,所述第二压力补偿元件的进油口与控制油口相通,使所述第二压力补偿元件的进油口的压力与控制油口的压力达到相等;当所述第二压力补偿元件的进油口的压力小于控制油口的压力时,所述第二压力补偿元件的进油口与出油口的开度减小,使所述第二压力补偿元件的进油口的压力上升直至与控制油口的压力达到相等。
将上述液压阀的压力补偿方法应用于上述液压阀中,能够实现液压阀的抗流量饱和功能。
附图说明
图1是根据本发明所述液压阀的工作原理示意图;
图2是根据本发明所述液压阀组的工作原理示意图;
图3是根据本发明所述液压阀一实施例的结构示意图;
图4是图3所示液压阀第一工作状态的示意图;
图5是图3所示液压阀第二工作状态的示意图;
图6是根据本阀明所述液压阀另一实施例的结构示意图。
其中,图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
100液压阀
11第一压力补偿元件111第一压力补偿元件进油口
112第一压力补偿元件出油口113第一压力补偿元件控制油口
12第二压力补偿元件121第二压力补偿元件进油口
122第二压力补偿元件出油口123第二压力补偿元件控制油口
11’第一压力补偿阀芯12’第二压力补偿阀芯
13复位弹簧
21第一单向阀211第一单向阀的进油口212第一单向阀的出油口
22第二换向阀221第二单向阀的进油口222第二单向阀的出油口
3换向阀31第一油口32第二油口33第三油口
34第四油口35阀芯
LP油路LT油路Ls控制油路
P进油口T回油口A第一工作油口B第二工作油口
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1、图3至图6所示,本发明实施例提供的一种液压阀,设置有进油口P、回油口T、第一工作油口A和第二工作油口B;该液压阀包括:第一压力补偿元件11、第二压力补偿元件12、第一单向阀21、第二单向阀22和换向阀3,其中:
所述第一压力补偿元件11的进油口111和所述第一单向阀21的出油口212均与所述换向阀3的第一油口31连通,所述第一压力补偿元件11的出油口112和所述第一单向阀21的进油口211均与所述第一工作油口A连通;所述第二压力补偿元件12的进油口121和所述第二单向阀22的出油口222均与所述换向阀3的第二油口32连通,所述第二压力补偿元件12的出油口122和所述第二单向阀22的进油口221均与所述第二工作油口B连通;所述换向阀3的第三油口33与所述进油口P连通,所述换向阀3的第四油口34与所述回油口T连通;
所述第一压力补偿元件11的控制油口113和第二压力补偿元件12的控制油口123连通,所述第一压力补偿元件11可实现其进油口111与控制油口113的通断以及其进油口111与出油口112间的开度变化,所述第二压力补偿元件12可实现其进油口121与控制油口123的通断以及其进油口121与出油口122间的开度变化。
上述实施例所述的液压阀,设置两个压力补偿元件和两个单向阀,实现了液压阀的抗流量饱和功能;整体结构简单,阀体尺寸减小,占用空间小;油道简单,布置设计合理,易于加工,降低了加工难度和加工成本。
进一步,两所述单向阀和两所述压力补偿元件间的关系,可以是所述第一单向阀21设置在所述第一压力补偿元件11内,和/或,所述第二单向阀22设置在所述第二压力补偿元件12内;也可以是所述第一单向阀21设置在所述第一压力补偿元件11外,两者构成并联,和/或,所述第二单向阀22设置在所述第二压力补偿元件12外,两者构成并联。
在实际应用中,单向阀的设置位置比较灵活,如上述实施例所述,可以设置在压力补偿元件内,也可以设置在压力补偿元件外;在具体设计时,通过设置单向阀能够起到进油时压力油只能通过压力补偿元件到达工作油口,回油时仅通过所述单向阀回油的基本功能。
在优选实施例中,所述换向阀3为三位四通换向阀。相对于背景技术中具有抗流量饱和功能的三位六通型的换向阀,本发明实施例中,整个液压阀为四通型的换向阀,并且具有压力补偿功能,使得该四通型的压力补偿换向阀的整体结构大为简化、整体尺寸小、便于加工和装配。
在具体设计时,所述三位四通换向阀的阀芯35上设置有节流孔或节流槽。在阀芯35上设置节流孔或节流槽,可以进一步提高阀芯35对流量的控制精度。
进一步地,在所述第一压力补偿元件11和第二压力补偿元件12的阀芯上均设置有节流孔或节流槽。同样,在压力补偿元件的阀芯上设置节流孔或节流槽,可以进一步精确控制第一压力油口至第二压力油口的流量。
如图5所示,在所述第一压力补偿元件11和/或第二压力补偿元件12的控制油口端,设置有复位弹簧13,从而可以对压力补偿元件预设控制力,使得压力补偿元件的动作更平稳。
上述实施例中,所述换向阀3可以为液控换向阀、电磁换向阀或者手动换向阀中的任一种或者三者的任意组合。
如图2所示,本发明提供了一种液压阀组,包括多个液压阀,至少一个所述液压阀为上述任一实施例所述的液压阀100,所述液压阀组具有进油路LP、回油路LT和控制油路Ls,所述液压阀100的第一压力补偿元件11的控制油口113和第二压力补偿元件12的控制油口123均与所述控制油路Ls连通,所述液压阀100的进油口P、回油口T分别与所述进油路LP、回油路LT连通。
上述实施例所述的液压阀组,包括多个液压阀,优选每个液压阀均为上述的所述液压阀100,形成多路换向阀,每个液压阀形成上述多路换向阀的一联阀;上述多路换向阀的每一联阀均为四通型的换向阀,具有抗流量饱和功能,其整体结构紧凑,便于拆卸装配。
在优选实施例中,多个所述液压阀100的阀体通过螺栓连接在一起,或者所述液压阀组的阀体为整体式阀块。该技术方案,可以将上述的多路换向阀做成一个整体,或者通过螺栓等紧固件连接在一起,其整体结构紧凑。
将上述液压阀组应用于液压系统,即得到本发明所述液压系统的实施例;将该液压系统应用于工程机械,即得到本发明所述工程机械的实施例。显而易见,该液压系统和工程机械,均具有上述液压阀和液压阀组的全部有益效果。
另一方面,本发明提供了一种液压阀的压力补偿方法,所述液压阀100包括第一压力补偿元件11、第二压力补偿元件12、第一单向阀21、第二单向阀22和换向阀3。
在所述换向阀3处于第一工作位置时,压力油经所述换向阀3的第一油口31和所述第一压力补偿元件11,至所述液压阀100的第一工作油口A,回油经所述第二单向阀22和所述换向阀3的第二油口32,至所述液压阀100的回油口T;
当所述第一压力补偿元件11的进油口111的压力大于其控制油口113的压力时,所述第一压力补偿元件11的进油口111与控制油口113相通,使所述第一压力补偿元件11的进油口111的压力与控制油口113的压力达到相等;
当所述第一压力补偿元件11的进油口111的压力小于控制油口113的压力时,所述第一压力补偿元件11的进油口111与出油口112间的开度减小,使所述第一压力补偿元件11的进油口111的压力上升直至与控制油口113的压力达到相等。
在所述换向阀3处于第二工作位置时,压力油经所述换向阀3的第二油口32、所述第二压力补偿元件12至所述液压阀100的第二工作油口B,回油经所述第一单向阀21和所述换向阀3的第一油口31至所述液压阀100的回油口T;
当所述第二压力补偿元件12的进油口121的压力大于控制油口123的压力时,所述第二压力补偿元件12的进油口121与控制油口123相通,使所述第二压力补偿元件12的进油口121的压力与控制油口123的压力达到相等;
当所述第二压力补偿元件12的进油口121的压力小于控制油口123的压力时,所述第二压力补偿元件12的进油口121与出油口122的开度减小,使所述第二压力补偿元件12的进油口121的压力上升直至与控制油口123的压力达到相等。
通过上述控制方法,可以始终保持第一油口31或第二油口32的压力与压力补偿元件控制油口的压力相等,而每一压力补偿元件的控制油口均与控制油道Ls连通,即全部压力补偿元件的控制油口的压力相等,从而每联阀的第一油口31或第二油口32的压力相等,又每联阀的第三油口33的压力与进油口P的压力相等,从而使得第三油口33和第一油口31或第二油口32间的压差相等,导致从第三油口33流向第一油口31或者第二油口32的流量只与换向阀3的阀负载压力芯35的开度有关而与负载无关,实现了液压阀的抗流量饱和功能。
下面结合附图对本发明所述液压阀的具体实施方式作简要说明,以下是发明所提供的液压阀的不同实施例:
实施例一:
如图3所示,为本发明所述液压阀的一实施例的结构示意图。
该实施例中,液压阀100设置有一个进油口P、两个回油口T、一个第一工作油口A和一个第二工作油口B,且P口设置在两个T口之间;
该液压阀100包括:作为第一压力补偿元件11的第一压力补偿阀芯11’,作为第二压力补偿元件12的第二压力补偿阀芯12’、第一单向阀21、第二单向阀22和换向阀3;
第一压力补偿阀芯11’的进油口111和单向阀21的出油口211均与所述换向阀3的第一油口31连通,第一压力补偿阀芯11’的出油口112和单向阀21的进油口211均与所述第一工作油口A连通;
所述第二压力补偿阀芯12’的进油口121和第二单向阀22的出油口222均与所述换向阀3的第二油口32连通,所述第二压力补偿阀芯12’的出油口122和所述第二单向阀22的进油口221均与所述第二工作油口B连通;
所述换向阀3的第三油口33与所述进油口P连通,所述换向阀3的第四油口34与所述回油口T连通;
第一压力补偿阀芯11’的控制油口113和第二压力补偿阀芯12’的控制油口123连通,第一压力补偿阀芯11’可实现其进油口111与控制油口113的通断以及其进油口111与出油口112间的开度变化,第二压力补偿阀芯12’可实现其进油口121与控制油口123的通断以及其进油口121与出油口122间的开度变化。
图3为换向阀3的阀芯35处于中位,即处于不工作状态的示意图;图4为换向阀3的阀芯35向右移动的工作状态示意图;图5为换向阀阀3的阀芯35向左移动的工作状态示意图。本文此处所述“左”、“右”就是读者面对纸面时,处于读者的左侧和右侧。
在图3所述状态,换向阀3的阀芯35位于中位。此时,换向阀3的第一油口31、第二油口32、第三油口33和第四油口34互不连通,第一压力补偿阀芯11’和第二压力补偿阀芯12’也处于断开位置,即两压力补偿阀芯的进油口和出油口断开、进油口和控制油口也断开。
当阀芯右移,即处于图4所述工作状态时,换向阀3的第一油口31和第三油口33连通、第二油口32和第四油口34连通,压力油经第三油口33进入第一油口31,到达第一压力补偿阀芯11’的进油口,因单向阀21的限制,压力油只能推动第一补压力偿阀芯11’移动,连通第一压力补偿阀芯11’的进油口111和出油口113,所述出油口113与液压阀100的A口连通,A口与执行元件连接,则压力油经P口、换向阀3的第三油口33、第一油口31、第一压力补偿阀芯11’的进油口111、出油口113到达A口,控制执行元件动作;执行元件的回油经B口,推动第二单向阀21进入换向阀3的第二油口32、在换向阀3的第二油口32至第四油口34,最后通过T口回流至回油箱或者回油道中,构成一个完整的回流、实现执行元件一个方向的动作。
在上述工作状态中,若第一压力补偿阀芯11’的进油口111的压力持续大于其控制油口113的压力,则第一压力补偿阀芯11’持续移动,至预定位置后,所述进油口111和所述控制油口113连通,使得换向阀3的第一油口31的压力与控制油口113的压力相等,又因控制油口113与控制油道Ls连通,从而控制口113的压力即为使控制油道Ls中的压力,使得换向阀3的第三油口33和第一油口31之间的压差(即进油压力和控制油道内的压力之差)保持不变,此时流量只与阀芯35的开度有关。
当负载发生变化,使得控制油道Ls内的压力小于换向阀3的第一油口31的压力,使得第一压力补偿阀11’向开度增大的方向移动,使得第一油口31的压力减小,直至与控制油道Ls中的压力再次达到相等,同理,此时流量也只于阀芯35的开度有关。
当负载发生变化,使得控制油道Ls内的压力小于换下阀3的第一油口31的压力,使得第一压力补偿阀11’向开度减小的方向移动,使得第一油口31的压力增大,直至与控制油道Ls中的压力再次得到相等,同理,此时流量也只与阀芯35的开度有关。
当阀芯35左移,即处于图5所述工作状态时,换向阀3的第三油口33与第二油口32连通、第一油口31与第四油口34连通,此时的进油流向和回油流向与上述图4所示状态相反,即压力油从P口进入换向阀3的第三油口33,再经第二油口32,到达第二压力补偿阀12’的进油口121,在第二单向阀22的限制下,压力油只能推动第二压力补偿阀12’移动,连通第二压力补偿阀芯12’的进油口121和出油口123,所述出油口123与液压阀100的B口连通,B口与执行元件连接,即压力油经P口、换向阀3的第三油口33、第二油口32、第二压力补偿阀芯12’的进油口121、出油口123到达B口,控制执行元件动作;执行元件的回油经A口、推动第一单向阀21后进入换向阀3的第一油口31,在经第四油口34至液压阀100的T口,回流至回油箱或者回油道中。
该种状态保持换向阀3的第三油口33和第二油口32的压差一定的原理,与上述图4所示状态相同,抗流量饱和的原理也相同,不再赘述。
本实施所述的换向阀100为三位四通型的抗流量饱和换向阀,整体结构简单,阀体尺寸减小,占用空间小;油道简单,布置设计合理,易于加工,降低了加工难度和加工成本。
实施例二:
如图6所示,为本发明所述液压阀的另一实施例的结构示意图。
该实施例中,液压阀100的结构与上述实施例一基本相同,所述不同之处在于:在所述第一压力补偿阀芯11’和第二压力补偿阀芯12’的控制油口端,均设置有复位弹簧13。设置复位弹簧13可以使得换向阀3的阀芯35处于中位时,让压力补偿阀芯回到初始位置,即压力补偿阀芯的进油口和出油口关闭的位置,并使得在工作过程中,压力补偿阀芯随着工作压力的上升慢慢打开,减小冲击,使得压力补偿阀芯的移动更平稳和更准确,从而提高液压阀的工作稳定性。
本实施例的液压阀的工作原理和工作过程与上述实施例一也基本相同,不同之处在于:换向阀3的第一油口31或者第二油口32的压力,为控制油道Ls内的压力和弹簧13的弹力之和(压缩弹簧的情况)或者之差(为拉伸弹簧的情况)。
本实施所述的换向阀100为三位四通型的抗流量饱和换向阀,整体结构简单,阀体尺寸减小,占用空间小;油道简单,布置设计合理,易于加工,降低了加工难度和加工成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。