CN103089737A - 一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀 - Google Patents

Abstract

一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，由平衡阀和二级保护溢流阀及一个压力流量补偿器组合连通构成。平衡阀的特征在于：单向阀芯(6)套装在主阀芯(5)的孔内，构成控制主阀芯(5)右端弹簧腔是连通A腔还是连通B腔的液控单向阀；主阀芯(5)右端大圆柱体上开有几条均布的轴向小槽，连通A腔与主弹簧座(10)和阀体(3)之间的容腔。二级溢流阀的特征在于：其节流口由一个固定节流孔和一个可变节流口串连组合而成；在溢流阀芯(14)的左腔设置了一个压力流量补偿器。其的开启压差保护的控制原理是：在溢流阀芯(14)的开启，由B腔的冲击压力与油缸的举升压力的差值控制。它有助于臂架在释放由动载引发的冲击压力后回位，并抑制臂架可能出现的振摆。

Description

一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀

一、  技术领域：

本发明涉及一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀。这种平衡阀尤其适应于高精度、高压力和高密封寿命和可靠性要求的混凝土泵车，也适应于其它的各类重型机械装备。

二、背景技术：

随着重型机械装备的发展，对平衡阀的性能提出一些新的要求，如混凝土泵车为了保护其臂架在动载作用下的结构安全，它采用的进口平衡阀配件就对其二级溢流阀的开启压力和关闭压力有15%左右的差异要求。而这些是目前国产平衡阀所不具备的，这样致使了该类产品长期依赖进口配件，阻碍了我国主机装备的发展。另外，其二级溢流阀的开启压差一般设定为额定工作压力的1.15倍。这种设计在使用中带来两个问题：一是额定工作压力1.15倍的开启压力减去很低的回油压力，节流口的压差太大，节流口的很小开口都会导致油缸支撑腔内的油液快速失压，引发臂架失控下落。二是随着主机轻量化的进程，液压系统的额定工作压力随之提高，开启压力的提高就需要更大的弹簧刚度和预压缩量来平衡溢流阀芯。大刚度弹簧的响应惯性更大，引发的超调量也会加大，这对于节流口压差巨大的溢流阀来讲，起源于臂架的动载的冲击压力，会随臂架结构的弹性呈波浪形变化，对其动态稳定性极为不利，可能引发臂架的上下振摆，损害臂架的强度。为了缓解这一弊端，进口配件就只好在油缸至平衡阀的油路上增设了一个单向节流阀，以极强的固定节流产生的液阻来防止臂架在此过程中可能的失控下滑。这种做法虽然能在一定的条件下缓解因溢流阀稳定较差致使的臂架失控下滑，但是在正常收臂工况，给系统带来了巨大的压力损失和能耗，造成系统发热，损害了工作介质和液压系统的密封性能。

三、  发明内容：

本发明的目的就是要研发出一种性能可靠的、结构相对简单的、采用由油缸支撑压力与在动载作用下产生的冲击压力的压差来控制二级溢流阀开启、由充压气室吸纳冲击压力和液体并在油缸的油压低于支撑压力时对其进行流量和压力补偿的泵车用平衡阀。

本发明的解决方法是：一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，平衡阀主要由节流塞1、阀体3、控制活塞4、主阀芯5、单向阀芯6、小弹簧7、小弹簧座8、主弹簧9、主弹簧座10等组成；二级保护溢流阀主要由阀体3、阻尼塞11、溢流阀芯14、溢流阀弹簧15、溢流阀弹簧座16、盖座24、螺帽盖17、锁紧螺母18、气室座19、气囊垫21、钢球27和小弹簧26等组成；其中由螺帽盖17、气室座19、气囊垫21、钢球27和小弹簧26等构成一个流量压力补偿器,在安装使用前充入与油缸支撑压力相等的惰性气体；在它们之间设有一个由弹簧座25、小弹簧26和钢球27与阀体3等组成的单向阀；还有一个由阀体3、弹簧28、钢球22和弹簧座29组成的小溢流阀,其溢流压力高于油缸支撑压力；四者组合连通构成了本发明；平衡阀的特征在于：单向阀芯6套装在主阀芯5的孔内，其外锥面与主阀芯5的内孔直角组成了一个密封副，并与小弹簧7、小弹簧座8组成控制主阀芯5右端弹簧腔是连通A腔还是连通B腔的液控单向阀；主阀芯5右端大圆柱体上开有几条均布的轴向小槽，连通B腔与主弹簧座10和阀体3之间的容腔，主弹簧座10左端凸台的外圆与主阀芯5右端的内孔为动配合。二级保护溢流阀的特征在于：节流口由二个串连的节流口组合而成，它们分别是设置在溢流阀芯14中心部位的固定节流小孔和设置在溢流阀芯14左端靠近其密封锥面的几个径向节流小孔，它们沿轴线分几个断面设置，并分别与中心部位的节流小孔连通，它们随溢流阀芯14的向左移动而逐步开启，是一可变节流口；B腔通过设置在溢流阀芯14中间部位的径向小孔与其中心位置的固定节流孔连通；溢流阀芯14中心位置的固定节流孔还通过阻尼塞11连通了它右端的容腔；在溢流阀芯14的左端还设有一个由盖座24和小弹簧26与钢球27组成的补油单向阀。二级保护溢流阀的压差控制开启和关闭原理是：溢流阀芯14的左腔通过单向阀与A腔相同，在油缸的举升过程中就充满了与举升压力相等的压力油并被封闭保存在内，当由动载引起的B腔压力冲击值减去举升压力的差值乘以溢流阀芯14的截面积所产生的力大于溢流阀弹簧15的弹簧力，溢流阀芯14被推向左移，B腔的压力油从溢流阀芯14中心部位的轴向固定节流小孔流经左端的径向节流小孔流到溢流阀芯14的左腔，并同时推动了气囊隔膜21压缩已充入的压缩空气向左移动，吸纳了B腔由动载引发的压力冲击波和被排出的液体；在此过程中，溢流阀芯14被打开的力是B腔的冲击压力减去举升压力的差值乘以溢流阀芯14的截面积所产生的力，冲击力越大，溢流阀芯14的开口就越大，其可变节流口的液阻就越小， B腔的冲击压力就释放得越多。随着B腔冲击压力的释放，原有的力平衡被打破，溢流阀芯14在溢流阀弹簧15和由气囊隔膜21隔开的气室储存的压力的作用下向右移动；在溢流阀芯14的这个移动关闭过程中，若出现B腔压力低于由气囊隔膜21隔开的气室储存的压力时，油缸下腔在这个释压过程中排出的、被气囊隔膜21隔开的气体压缩后吸纳的液体，会经盖座24推开钢球27排回油缸下腔。这样就能保证臂架在释放由动载引发的冲击压力后仍然能回到原来的位置，并抑制了臂架可能出现的振摆。平衡阀的工作原理是：密封工况：B腔的高压油通过主阀芯５上靠右端的小孔，与主阀芯５右端的弹簧腔连通，单向阀芯6与主阀芯5都在高压油和各自的弹簧的作用下与其密封座锁紧，关闭了B腔的高压油向A腔的流动通道，且该密封力随B腔的压力增高而加大。液压油从A腔流向B腔工况，单向阀芯6在小弹簧７的作用下，处于关闭状态，主阀芯5的右腔处于与B腔连通，A腔的液压油推动主阀芯5连同单向阀芯6一起压缩主弹簧9向右移动，主阀芯5左端小圆柱套上的节流孔打开，液压油流经该节流口从A腔流向B腔。液压油从B腔流向A腔工况：Ｃ腔供给压力油，经节流塞1上的节流孔推动活塞４右移，先推动单向阀芯6并关闭主阀芯5上靠右端的小孔，使主阀芯5的右端弹簧腔与A腔连通，继而推动主阀芯5连同单向阀芯6一起向右移动，主阀芯5左端小圆柱套上的节流孔逐步打开，液压油从B腔流向A腔，在此过程中，主阀芯5节流口的开度由Ｃ腔的液压油控制,主阀芯5节流口节流建立起的B腔压力与液压油缸负载压力匹配，保障负载可控下降。

本发明的从B腔到A腔所有密封副均采用了机械线密封，其密封的可靠性和密封副寿命均比现有技术的密封件密封强。本发明的二级溢流阀的开启和关闭压力差由B腔压力冲击值减去举升压力的差值控制，控制更合理和可控，阻尼塞11上的节流孔可有效抑制溢流阀芯14的响应超调量，而在溢流阀芯14关闭时建立了一个阻尼缓冲，有利于提高它的稳定性。本发明的二级保护溢流阀的溢流阀芯14左端靠近其密封锥面的几个径向节流小孔可以轴向节流槽的结构形式设置在溢流阀芯14的外圆上。本发明的阻尼塞11还可用单向阻尼阀来代替。本发明的阻尼塞11还可用阻尼盖来代替。

本发明的二级保护溢流阀的溢流阀芯14的回位弹簧可用两支。

四、  附图说明：

附图1是本发明的结构图。

五、  具体实施方式：

本发明平衡阀的具体实施方式是： 密封工况：B腔的高压油通过主阀芯５上靠右端的小孔，与主阀芯５右端的弹簧腔连通，单向阀芯6与主阀芯5都在高压油和各自的弹簧的作用下与其密封座锁紧，关闭了B腔的高压油向A腔的流动通道。液压油从A腔流向B腔工况，单向阀芯6在小弹簧７的作用下，处于关闭状态，主阀芯5的右腔处于与B腔连通，A腔的液压油推动主阀芯5连同单向阀芯6一起压缩主弹簧9向右移动，主阀芯5左端小圆柱套上的节流孔打开，液压油流经该节流口从A腔流向B腔。液压油从B腔流向A腔工况：Ｃ腔供给压力油，经节流塞1上的节流孔推动活塞４右移，先推动单向阀芯6并关闭主阀芯5上靠右端的小孔，使主阀芯5的右端弹簧腔与A腔连通，继而推动主阀芯5连同单向阀芯6一起向右移动，主阀芯5左端小圆柱套上的节流孔逐步打开，液压油从B腔流向A腔。

二级保护溢流阀的工作过程是：溢流阀芯14的左腔通过单向阀与A腔相同，在油缸的举升过程中就充满了与举升压力相等的压力油并被封闭保存在内；当由动载引起的B腔压力冲击值减去举升压力的差值乘以溢流阀芯14的截面积所产生的力大于溢流阀弹簧15的弹簧力，溢流阀芯14被推向左移，B腔的压力油从溢流阀芯14中心部位的轴向固定节流小孔流经左端的径向节流小孔流到溢流阀芯14的左腔，并同时推动了气囊隔膜21压缩已充入的压缩空气向左移动，吸纳了B腔由动载引发的压力冲击波和被排出的液体；随着B腔冲击压力的释放，原有的力平衡被打破，溢流阀芯14在溢流阀弹簧15和由气囊隔膜21隔开的气室储存的压力的作用下向右移动；在溢流阀芯14的这个移动关闭过程中，若出现B腔压力低于由气囊隔膜21隔开的气室储存的压力时，油缸下腔在这个释压过程中排出的、被气囊隔膜21隔开的气体压缩时吸纳的液体，会经盖座24推开钢球27排回油缸下腔。这样就能保证臂架在释放由动载引发的冲击压力后仍然能回到原来的位置，并抑制了臂架可能出现的振摆。

Claims (5)

1.一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，平衡阀主要由节流塞（1）、阀体（3）、控制活塞（4）、主阀芯（5）、单向阀芯（6）、小弹簧（7）、小弹簧座（8）、主弹簧（9）、主弹簧座（10）等组成；二级保护溢流阀主要由阀体（3）、阻尼塞（11）、溢流阀芯（14）、溢流阀弹簧（15）、溢流阀弹簧座（16）、盖座（24）、螺帽盖（17）、锁紧螺母（18）、气室座（19）、气囊垫（21）、钢球（27）和小弹簧（26）等组成；其中由螺帽盖（17）、气室座（19）、气囊垫（21）、钢球（27）和小弹簧（26）等构成一个流量压力补偿器,在安装使用前充入与油缸支撑压力相等的惰性气体；在它们之间设有一个由弹簧座（25）、小弹簧（26）、钢球（27）与阀体（3）等组成的单向阀；还有一个由阀体（3）、弹簧（28）、钢球（22）和弹簧座（29）组成的小溢流阀，其溢流压力高于油缸支撑压力；四者组合连通构成了本发明；平衡阀的特征在于：单向阀芯（6）套装在主阀芯（5）的孔内，其外锥面与主阀芯（5）的内孔直角组成了一个密封副，并与小弹簧（7）、小弹簧座（8）组成液控单向阀；主阀芯（5）右端大圆柱体上开有几条均布的轴向小槽，连通B腔与主弹簧座（10）和阀体（3）之间的容腔；二级保护溢流阀的特征在于：节流口由二个串连的节流口组合而成；B腔通过设置在溢流阀芯（14）中间部位的径向小孔与其中心位置的固定节流孔连通；溢流阀芯（14）中心位置的固定节流孔还通过阻尼塞（11）连通了它右端的容腔；在溢流阀芯（14）的左端还设有一个由盖座（24）和小弹簧（26）与钢球（27）组成的补油单向阀；在溢流阀芯（14）的左端还设有一个由螺帽盖（17）、气室座（19）、气囊垫（21）、钢球（27）和小弹簧（26）等构成一个流量压力补偿器；二级保护溢流阀的压差控制开启和关闭原理是：溢流阀芯（14）的左腔通过单向阀与A腔相同，在油缸的举升过程中就充满了与举升压力相等的压力油并被封闭保存在内，当由动载引起的B腔压力冲击值减去举升压力的差值乘以溢流阀芯（14）的截面积所产生的力大于溢流阀弹簧（15）的弹簧力，溢流阀芯（14）被推向左移，B腔的压力油从溢流阀芯（14）中心部位的轴向固定节流小孔流经左端的径向节流小孔流到溢流阀芯（14）的左腔，并同时推动了气囊隔膜（21）压缩已充入的压缩空气向左移动，吸纳了B腔由动载引发的压力冲击波和被排出的液体；随着B腔冲击压力的释放，原有的力平衡被打破，溢流阀芯（14）在溢流阀弹簧（15）和由气囊隔膜（21）隔开的气室储存的压力的作用下向右移动；在溢流阀芯（14）的这个移动关闭过程中，若出现B腔压力低于由气囊隔膜（21）隔开的气室储存的压力时，油缸下腔在这个释压过程中排出的、被气囊隔膜（21）隔开的气体压缩后吸纳的液体，会经盖座（24）推开钢球（27）排回油缸下腔；这样就能保证臂架在释放由动载引发的冲击压力后仍然能回到原来的位置，并抑制了臂架可能出现的振摆；本发明平衡阀的工作原理是：密封工况：B腔的高压油通过主阀芯（５）上靠右端的小孔，与主阀芯（５）右端的弹簧腔连通，单向阀芯（6）与主阀芯（5）都在高压油和各自的弹簧的作用下与其密封座锁紧，关闭了B腔的高压油向A腔的流动通道，且该密封力随B腔的压力增高而加大；液压油从A腔流向B腔工况，单向阀芯（6）在小弹簧（７）的作用下，处于关闭状态，主阀芯（5）的右腔处于与B腔连通，A腔的液压油推动主阀芯（5）连同单向阀芯（6）一起压缩主弹簧（9）向右移动，主阀芯（5）左端小圆柱套上的节流孔打开，液压油流经该节流口从A腔流向B腔；液压油从B腔流向A腔工况：Ｃ腔供给压力油，经节流塞（1）上的节流孔推动活塞（４）右移， 先推动单向阀芯（6）并关闭主阀芯（5）上靠右端的小孔，使主阀芯（5）的右端弹簧腔与A腔连通，继而推动主阀芯（5）连同单向阀芯（6）一起向右移动，主阀芯（5），左端小圆柱套上的节流孔逐步打开，液压油从B腔流向A腔，在此过程中，主阀芯（5）节流口的开度由Ｃ腔的液压油控制,主阀芯（5）节流口节流建立起的B腔压力与液压油缸负载压力匹配，保障负载稳定可控下降。

2.根据权利要求1所述的一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，其

特征在于： 二级保护溢流阀的阻尼塞（11）用单向节流阀代替。

3.根据权利要求1所述的一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，其

特征在于： 溢流阀芯（14）的节流口以轴向节流槽的结构形式设置在溢流阀芯（14）靠密封锥面端的外圆上。

4.根据权利要求1所述的一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，其特征在于：阻尼塞（11）用阻尼盖来代替。

5.根据权利要求1所述的一种动载压差保护和流量压力气室补偿的平衡阀，其特征在于：溢流阀芯（14）用两支回位弹簧。

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