CN103470815A - 平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平衡阀，包括第一油口、控制油口和第二油口，还包括：阀体，包括阀腔，阀腔包括与第一油口连通的第一区域和与第二油口连通的第二区域；单向阀座，活动地设置在阀腔内，单向阀座包括通孔和形成在通孔边缘的阀口；平衡阀芯，穿过单向阀座的通孔且活动地设置在阀腔内，平衡阀芯包括第一端、第二端、以及依次设置在第一端和第二端之间的缩径部和单向密封部；控制油口的液压油作用在平衡阀芯的第一端，阀口与单向密封部之间配合形成单向阀结构；调压装置，与阀体连接，平衡阀芯的第二端与调压装置的调压端相对地设置。本发明中单向阀座与平衡阀芯之间采用轴向配置，从而使得本发明具有结构紧凑的特点。

Description

平衡阀

技术领域

本发明涉及阀领域，更具体地，涉及一种平衡阀。

背景技术

如何提高混凝土泵车臂架系统安全作业性能，是一直致力研究的技术问题。目前，混凝土泵车展臂和收臂系统中，都是应用平衡阀进行液压锁紧，保证臂架能够在任意位置可靠停留，平衡阀是负载控制系统和液压承重系统的关键液压元件，平衡阀性能的优劣直接影响主机的运行质量。

随着混凝土泵车作业要求难度的加大，对平衡阀的密封性、自锁性、平稳性以及多功能性的要求越来越高，平衡阀自身的功率密度也越来越大。伴随作业高度的不断刷新，臂架系统的工作压力也不断攀升。

图1示出了现有技术中的一种平衡阀的结构示意图。如图1所示，该平衡阀包括第一油口A、第二油口B和控制油口Px。当第一油口A进油时，油液推开单向阀50，通过流道51从第二油口B流出，进入油缸的无杆腔，从而推动负载。

当负载到达指定位置时，单向阀50反向关闭，负载保持在指定位置。当负载下降时，油缸的有杆腔进油，同时油液经控制油口Px进入平衡阀芯30的左端，压力作用在平衡阀芯30的左端面上，从而推动平衡阀芯30向右运动。当平衡阀芯30与阀套52分开时，以致阀口打开，无杆腔的油液经第二油口B与流道51、流道53进入平衡阀芯的阀腔54，并从阀口处流向第一油口A，最终流回油箱T，负载下降。

发明内容

本发明旨在提供一种控制压力与通流面积具有良好的线性匹配、结构紧凑、成本低的平衡阀。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种平衡阀，包括第一油口、控制油口和第二油口，还包括：阀体，包括阀腔，阀腔包括与第一油口连通的第一区域和与第二油口连通的第二区域；单向阀座，活动地设置在阀腔内，单向阀座包括通孔和形成在通孔边缘的阀口；平衡阀芯，穿过单向阀座的通孔且活动地设置在阀腔内，平衡阀芯包括第一端、第二端、以及依次设置在第一端和第二端之间的缩径部和单向密封部，其中，第一端的直径小于第二端的直径；控制油口的液压油作用在平衡阀芯的第一端，阀口与单向密封部之间配合形成单向阀结构，缩径部与阀体之间形成第一区域；调压装置，与阀体连接，平衡阀芯的第二端与调压装置的调压端相对地设置，单向阀座与调压装置之间的位置形成有第二区域。

进一步地，单向密封部包括：多个第一凹槽，每个第一凹槽均沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与第一区域连通；多个第二凹槽，每个第二凹槽均沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与多个第一凹槽的第二端一一对应地连通，第二凹槽的第一端的底面向单向密封部的外表面延伸并终止于单向密封部的外表面。

进一步地，多个第一凹槽包括深度不同的两种槽，两种槽依次间隔地设置在单向密封部的外表面上。

进一步地，第二凹槽在单向密封部的轴向截面内沿弧形向单向密封部的外表面延伸并终止于外表面。

进一步地，弧形为圆弧。

进一步地，单向密封部包括：多个第一凹槽，沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与第一区域连通；多个油孔，开设在单向密封部的内部；多个阻尼孔，由单向密封部的外表面向内延伸，每个阻尼孔通过一个油孔与一个第一凹槽连通。

进一步地，多个阻尼孔在外表面上的开口位于单向密封部的不同的径向平面。

进一步地，单向密封部包括：本体，其径向截面具有多个直线段，多个直线段所在的平面形成多边形；多个油孔，开设在本体的内部；多个阻尼孔，由单向密封部的外表面向内延伸，每个阻尼孔通过一个油孔与一个直线段所在的表面连通。

进一步地，多个阻尼孔在外表面上的开口位于单向密封部的不同的径向平面。

进一步地，单向密封部的外表面与单向阀座的通孔的内表面间隙配合。

进一步地，平衡阀还包括：第一弹性元件，第一端相对固定地设置，第二端与单向阀座抵接。

进一步地，平衡阀还包括：垫圈，垫圈的一侧抵靠在阀体的台阶上，第一弹性元件的第一端与垫圈的另一侧抵接。

进一步地，调压装置包括：螺套，与阀体连接；弹簧座，活动地设置在螺套内，平衡阀芯的第二端位于螺套内且与弹簧座抵接；调压螺钉，与螺套螺纹连接；第二弹性元件，设置在螺套内，一端与弹簧座连接，另一端与调压螺钉连接。

进一步地，调压螺钉具有轴向通孔；螺套的侧壁上开设有油孔，第二油口依次通过轴向通孔和油孔与第二区域连通。

本发明中，单向阀座与平衡阀芯之间采用轴向配置，从而使得本发明具有结构紧凑的特点。另外，平衡阀芯采用阶梯渐变面积设计，面积变化梯度线性化，无开口面积突变的特点。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的一种平衡阀的结构示意图；

图2示意性示出了本发明中的平衡阀的结构示意图；

图3示意性示出了本发明中的单向阀结构的示意图；

图4示意性示出了本发明中的负载处于保持状态时的液压原理图；

图5示意性示出了本发明中单向阀结构处于关闭状态时的局部放大图；

图6示意性示出了本发明中单向阀结构处于临界状态时的局部放大图；

图7示意性示出了本发明中单向阀结构处于打开状态时的局部放大图；

图8示意性示出了本发明中的负载处于下降状态时的液压原理图；

图9示意性示出了本发明中的负载处于上升状态时的液压原理图；

图10示意性示出了第一个实施例中的平衡阀芯的结构示意图；

图11示意性示出了图10的A-A剖视图；

图12示意性示出了单向阀座的结构示意图；

图13示意性示出了控制油口的压力与通流面积之间的关系图；

图14示意性示出了第二个实施例中的平衡阀芯的结构示意图；

图15示意性示出了图14的B-B剖视图；

图16示意性示出了图14的C-C剖视图；

图17示意性示出了图14的D-D剖视图；

图18示意性示出了第三个实施例中的平衡阀芯的结构示意图；

图19示意性示出了图18的E-E剖视图；

图20示意性示出了图18的F-F剖视图；以及

图21示意性示出了图18的G-G剖视图。

图中附图标记：10、阀体；11、第一区域；12、第二区域；13、控制油流道；20、单向阀座；21、通孔；22、阀口；23、第一弹性元件；24、垫圈；30、平衡阀芯；31、第一凹槽；32、第二凹槽；33、油孔；34、阻尼孔；35、本体；36、直线段；40、调压装置；41、螺套；42、弹簧座；43、调压螺钉；44、第二弹性元件；45、锁紧螺钉；46、油孔；47、油孔；48、轴向通孔；50、单向阀；51、流道；52、阀套；53、流道；54、阀腔；60、换向阀；70、油缸；71、无杆腔；72、有杆腔；80、泵；90、负载；91、螺堵；A、第一油口；Px、控制油口；B、第二油口。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图2和图3，本发明提供了一种平衡阀，包括第一油口A、控制油口Px和第二油口B，还包括：阀体10，该阀体10包括阀腔，阀腔包括与第一油口A连通的第一区域11和与第二油口B连通的第二区域12；单向阀座20，活动地设置在阀腔内，单向阀座20包括通孔21和形成在通孔21边缘的阀口22；平衡阀芯30，穿过单向阀座20的通孔21且活动地设置在阀腔内，平衡阀芯30包括第一端30a、第二端30b、以及依次设置在第一端30a和第二端30b之间的缩径部30c和单向密封部30d，其中，第一端30a的直径小于第二端30b的直径，请参考图3，第二端30b与第一端30a之间具有环状的面积差S（图3中位于两条虚线之间的部分）；控制油口Px的液压油作用在平衡阀芯30的第一端，阀口22与单向密封部之间配合形成单向阀结构，缩径部与阀体10之间形成第一区域11；调压装置40，与阀体10连接，平衡阀芯30的第二端与调压装置40的调压端相对地设置，单向阀座20与调压装置40之间的位置形成有第二区域12。

请参考图4和图5，当换向阀60位于中位时，平衡阀的第一区域11所在的腔室锁住油缸70的无杆腔71的压力，负载90保持在设定位置。请参考图3，来自无杆腔71的压力油通过第一油口A作为在平衡阀芯30的面积差S上。此时，单向阀结构处于图5所示的关闭状态。

当受到不可预测的外力作用在负载90上时，会使无杆腔71的压力升高，即会引起第一油口A的压力升高，该压力所用在面积差S上。当该压力达到调压装置40的设定压力时，平衡阀芯30向右移动，平衡阀经过图6所示的临界状态，变成图7所示的打开状态，此时，平衡阀起安全阀的作用。

请参考图7和图8，当换向阀60切换到下位时，来自泵80的压力油经过换向阀60进入油缸70的有杆腔72，并同时经过控制油口Px和控制油流道13作用到平衡阀芯30的第一端。当压力升高时，克服调压装置40的作用，推动单向阀座20及平衡阀芯30一起向右运动。当运动到图6所示的位置时，单向阀座20与调压装置40的左端抵接，从而阻止单向阀座20继续跟随平衡阀芯30一起向右运动。当控制油口Px的压力继续升高时，请参考图7，平衡阀芯30继续向右运动，并与单向阀座20分离。于是，平衡阀芯30与单向阀座20的阀口之间的通道被打开，来自无杆腔71的液压油经过第一油口A后，由此通道流出。

请参考图9，当换向阀60切换到上位时，来自泵80的压力油经过换向阀60进入第二油口B，并通过第二区域12作用在单向阀座20的右端，于是，油液推动单向阀座20向左运动。同时，平衡阀芯30也向左运动。当平衡阀芯30的第一端与螺堵91接触后，限制了平衡阀芯30向左的运动，于是，平衡阀芯30不再向左运动。然而，单向阀座20继续向左运动，并与平衡阀芯30分离，从而使第二油口B与第一油口A通过第二区域12和第一区域11而连通，经第一油口A流向无杆腔71，以推动负载90向上运动。

本发明中，单向阀座20与平衡阀芯30之间采用轴向配置，从而使得本发明具有结构紧凑的特点。

请参考图1，现有技术中的该平衡阀的平衡阀芯30采用锥面与尖角密封，阀口打开时流量突变较大，无法有效实现不同流量的控制。为解决这个问题，优选地，本发明的单向密封部的外表面与单向阀座20的通孔21的内表面间隙配合，从而提高了平衡阀芯30与单向阀座20多次来回运动的重复精度。

下面对本发明中的平衡阀芯30的结构进行详细说明。

优选地，请参考图2、图10和图11，本发明中的平衡阀芯30的单向密封部包括：多个第一凹槽31，沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与第一区域11连通；多个第二凹槽32，沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与多个第一凹槽31的第二端一一对应地连通，第二凹槽32的第一端的底面向所述单向密封部的外表面延伸并终止于单向密封部的外表面。例如，请参考图10和图11，多个第一凹槽31包括深度不同的两种槽，两种槽依次间隔地设置单向密封部的外表面上。采用这种深浅不同的槽结构，一方面，可以提高过流面积（流量），另一方面在满足流量的前提下，也保证了整个平衡阀芯30具有较好的强度和刚性。

请参考图11，在一个优选的实施例中，第二凹槽32的深度与第一凹槽31中的深度较浅的那个槽的深度一致。另外，第一凹槽31的宽度也明显大于第二凹槽32的宽度，这是因为第一凹槽31主要起到过流的作用，而第二凹槽32起到阻尼的作用。优选地，第二凹槽32具有弧形的径向截面，而第一凹槽31的径向截面则大致为矩形。优选地，这两个深度不同的槽以间隔的方式，依次沿周向均匀分布。

图12示出了本发明中的单向阀座20的结构示意图。如图12所示，单向阀座20具有通孔21，该通孔21包括第一段和第二段，其中，第一段的直径大于第二段的直径。单向密封部具有与通孔21的第二段相配合的形状，例如，第二段为圆柱形，相应地，单向密封部的基体为圆柱体，第一凹槽31和第二凹槽32开设在该圆柱体的表面。通过这种方式，可以实现单向阀座20与单向密封部之间的间隙配合，从而避免了现有技术中利用锥面与尖角密封时，会使锥面容易受损而导致密封效果不好的问题。优选地，在第二段所在的侧壁上，还设置有密封槽，在该密封槽内设置密封件，以实现单向阀座20与阀体10的内壁之间的密封。

优选地，请参考图2，第二凹槽32在单向密封部的轴向截面内沿弧形向上延伸并终止于外表面。优选地，弧形为圆弧，例如，如图7所示，其半径为R。采用圆弧设计，在打开时，可以使流量变化更加缓和，比较容易控制流量变化的梯度，同时也便于加工。

下面结合图13，对本发明中的平衡阀芯30与单向阀座20所构成的单向阀结构，随着控制油口Px的压力变化时，该单向阀结构的通流面积的变化过程进行详细说明。

在图13中，给出了四个不同截面位置时的平衡阀芯30与单向阀座20之间的结合关系。例如，在0所对应的位置处，单向阀座20的通孔21被平衡阀芯30完全封闭，单向阀结构处于完全封闭的状态。在S1、S2、S3所对应的位置处，由于第二凹槽32是倾斜设置的，因此，这三个位置时，第二凹槽32的打开程度是不同的。如图13可以看出，从S1至S3变化时，第二凹槽32的打开面积也依次增大。

可见，本发明中的单向阀结构，在不同的控制油口Px的压力时，平衡阀芯30与单向阀座20之间存在一对应的平衡点。在不同的平衡点处，其通流面积是不同的，由于通流面积的变化，实现了通流截面与控制油口Px压力的相互适应，从而能够更加精确地控制阀口22的开度，防止流量的突变，实现了对流量的精确控制。

在上述实施例中，请参考图3，由于材料的性质，平衡阀芯30在铣第二凹槽32时，在加工时很难保证第二凹槽32于斜面X根部（即图3中斜面X与第二凹槽32接触的一端）处的尺寸大小，且容易伤到斜面X，并影响斜面X处的密封性能，因而，也就无法确定平衡阀芯30刚开时的通流面积。为此，请参考图14至图17，单向密封部包括：多个第一凹槽31，沿单向密封部的轴向延伸，其第一端与第一区域11连通；多个油孔33，开设在单向密封部的内部（例如钻孔等）；多个阻尼孔34，由单向密封部的外表面向内径向延伸，每个阻尼孔34可通过任意一个油孔33与该油孔33相对应的第一凹槽31连通。通过这种结构，其采用通流槽（例如第一凹槽31）与阻尼孔相结合形式，可以更精确的保证小开口时的通流面积。

优选地，多个阻尼孔34在单向密封部的外表面上的开口位于单向密封部的不同的径向平面，即采用阶梯形布置。这样，在需要较小的开度时，利用阶梯形布置的阻尼孔来控制通流面积，例如，位于不同径向平面内的阻尼孔的面积朝向调压装置的方向逐渐增大，以防止面积发生突变。

在这个实施例中，平衡阀芯30的圆周上铣第一凹槽31与阶梯布置的阻尼孔34的组合，以使通流面积的变化与控制油口Px的控制压力线性匹配，实现了开口的精确匹配，从而实现对流量精确控制，防止流量突变，提高了平衡阀开启稳定性。

在一个可替换在实施例中，如图18至图21，单向密封部包括：本体35，其径向截面具有多个直线段36，多个直线段36形成多边形形状，例如三角形；多个油孔33，开设在本体35的内部；多个阻尼孔34，由单向密封部的外表面向内延伸，每个阻尼孔34通过一个油孔33与一个直线段36所在的表面连通。通过将多个直线段36设计成多边形，与图14至图17所示的实施例相比，本实施例可以提供更大的通流面积。特别地，请参考图19，多个直线段36之间通过多个未被切割的圆弧面连接，这些圆弧面可以与单向阀座20的通孔21的内表面配合，实现二者之间的面接触。

优选地，多个阻尼孔34在外表面上的开口位于单向密封部的不同的径向平面，即为阶梯形布置。这样，可以达到通流面积变化与控制油口Px的控制压力线性匹配，实现开口精确匹配，从而实现对流量精确控制，防止流量突变，提高了平衡阀开启稳定性。

优选地，请参考图2，平衡阀还包括：第一弹性元件23，第一端相对阀体10固定地设置，第二端与单向阀座20抵接。例如，可以在单向阀座20内设置一个用于止挡第一弹性元件23的台阶等，当然也可以利用专门的止挡元件。特别地，第一弹性元件23的第二端插入单向阀座20的通孔21的直径较大的第一段内，并抵接在第一段与第二段过渡处的台阶上。平衡阀还包括：垫圈24，垫圈24的一侧抵靠在阀体10的台阶上，第一弹性元件23的第一端与垫圈24的另一侧抵接。

优选地，请参考图2，调压装置40包括：螺套41，与阀体10连接；弹簧座42，活动地设置在螺套41内，平衡阀芯30的第二端位于螺套41内且与弹簧座42抵接；调压螺钉43，与螺套41螺纹连接；第二弹性元件44，设置在螺套41内，一端与弹簧座42连接，另一端与调压螺钉43连接。优选地，调压装置40还包括锁紧螺钉45。当需要调节设定的压力时，可以将调压螺钉43向图2的左方或右方移动，当移动到合适的位置后，通过锁紧螺钉45将其锁定在该位置。

优选地，调压螺钉43具有轴向通孔48；螺套41的侧壁上开设有油孔47，第二油口B依次通过轴向通孔48和油孔47与第二区域12连通。优选地，为了增大通流面积，调压螺钉43的端部上围绕轴向通孔48，还设置有至少一个油孔46。优选地，油孔47相对于螺套41的轴线倾斜地设置，且沿螺套41的周向均匀分布。

本发明中的平衡阀在打开和关闭的过程中重复精度高，稳定性增强，且在打开和关闭的过程中，流量均匀变化，避免了流量突变时压力冲击的产生，使压力变化平稳，从而有效的控制负载在负载方向运动时失控的加速运动，或者防止执行元件以高于设定的速度运动。

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。

Claims (14)

1.一种平衡阀，包括第一油口（A）、控制油口（Px）和第二油口（B），其特征在于，还包括：

阀体（10），包括阀腔，所述阀腔包括与所述第一油口（A）连通的第一区域（11）和与所述第二油口（B）连通的第二区域（12）；

单向阀座（20），活动地设置在所述阀腔内，所述单向阀座（20）包括通孔（21）和形成在所述通孔（21）边缘的阀口（22）；

平衡阀芯（30），穿过所述单向阀座（20）的通孔（21）且活动地设置在所述阀腔内，所述平衡阀芯（30）包括第一端、第二端、以及依次设置在所述第一端和所述第二端之间的缩径部和单向密封部，其中，所述第一端的直径小于所述第二端的直径；所述控制油口（Px）的液压油作用在所述平衡阀芯（30）的第一端，所述阀口（22）与所述单向密封部之间配合形成单向阀结构，所述缩径部与所述阀体（10）之间形成所述第一区域（11）；

调压装置（40），与所述阀体（10）连接，所述平衡阀芯（30）的第二端与所述调压装置（40）的调压端相对地设置，所述单向阀座（20）与所述调压装置（40）之间的位置形成有所述第二区域（12）。

2.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述单向密封部包括：

多个第一凹槽（31），每个所述第一凹槽（31）均沿所述单向密封部的轴向延伸，其第一端与所述第一区域（11）连通；

多个第二凹槽（32），每个所述第二凹槽（32）均沿所述单向密封部的轴向延伸，其第一端与所述多个第一凹槽（31）的第二端一一对应地连通，所述第二凹槽（32）的第一端的底面向所述单向密封部的外表面延伸并终止于所述单向密封部的外表面。

3.根据权利要求2所述的平衡阀，其特征在于，所述多个第一凹槽（31）包括深度不同的两种槽，所述两种槽依次间隔地设置在所述单向密封部的外表面上。

4.根据权利要求3所述的平衡阀，其特征在于，所述第二凹槽（32）在所述单向密封部的轴向截面内沿弧形向所述单向密封部的外表面延伸并终止于所述外表面。

5.根据权利要求4所述的平衡阀，其特征在于，所述弧形为圆弧。

6.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述单向密封部包括：

多个第一凹槽（31），沿所述单向密封部的轴向延伸，其第一端与所述第一区域（11）连通；

多个油孔（33），开设在所述单向密封部的内部；

多个阻尼孔（34），由所述单向密封部的外表面向内延伸，每个所述阻尼孔（34）通过一个所述油孔（33）与一个所述第一凹槽（31）连通。

7.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述多个阻尼孔（34）在所述外表面上的开口位于所述单向密封部的不同的径向平面。

8.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述单向密封部包括：

本体（35），其径向截面具有多个直线段（36），所述多个直线段（36）所在的平面形成多边形；

多个油孔（33），开设在所述本体（35）的内部；

多个阻尼孔（34），由所述单向密封部的外表面向内延伸，每个所述阻尼孔（34）通过一个所述油孔（33）与一个所述直线段（36）所在的表面连通。

9.根据权利要求8所述的平衡阀，其特征在于，所述多个阻尼孔（34）在所述外表面上的开口位于所述单向密封部的不同的径向平面。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的平衡阀，其特征在于，所述单向密封部的外表面与所述单向阀座（20）的通孔（21）的内表面间隙配合。

11.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述平衡阀还包括：

第一弹性元件（23），第一端相对固定地设置，第二端与所述单向阀座（20）抵接。

12.根据权利要求11所述的平衡阀，其特征在于，所述平衡阀还包括：

垫圈（24），所述垫圈（24）的一侧抵靠在所述阀体（10）的台阶上，所述第一弹性元件（23）的第一端与所述垫圈（24）的另一侧抵接。

13.根据权利要求1所述的平衡阀，其特征在于，所述调压装置（40）包括：

螺套（41），与所述阀体（10）连接；

弹簧座（42），活动地设置在所述螺套（41）内，所述平衡阀芯（30）的第二端位于所述螺套（41）内且与所述弹簧座（42）抵接；

调压螺钉（43），与所述螺套（41）螺纹连接；

第二弹性元件（44），设置在所述螺套（41）内，一端与所述弹簧座（42）连接，另一端与所述调压螺钉（43）连接。

14.根据权利要求13所述的平衡阀，其特征在于，

所述调压螺钉（43）具有轴向通孔（48）；

所述螺套（41）的侧壁上开设有油孔（47），所述第二油口（B）依次通过所述轴向通孔（48）和所述油孔（47）与所述第二区域（12）连通。

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