CN103663296B - 叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀 - Google Patents

Abstract

叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，包括升降部分、倾斜部分、转向部分和控制部分，所有阀采用螺纹插装的形式安装在一个整体阀块上，阀块上加工孔洞，将各个阀通过流道连接起来，适用于高压高精度控制场所，并提出用于三位四通换向阀的驱动方式，从而改进现有螺纹式换向阀的结构及控制方法，提高了控制精度，降低了成本。

Description

叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀

技术领域

本发明涉及叉车系统多路阀技术领域，具体涉及叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀。

背景技术

工程机械广泛使用液压传动技术的主要原因是其功率密度高，响应速度快。因为工程机械中需要控制的执行机构较多，而且这些机构一般不同时工作但共用同一泵源，因此如何合理的设计液压系统来驱动执行机构就成为一个难题。如果采用单独的阀控系统来分别控制每个执行机构，则会使管路结构非常复杂。因此作为一个高度集成的执行机构控制部件，多路阀应运而生。它具有结构紧凑，管路连接简单的特点，可以使工程机械的布局结构紧凑，十分适合工程机械的要求，因而在工程机械行业得到广泛的应用。近年来我国大力发展基础设施项目建设，大部分的项目建设都是需要工程机械来完成，因此存在着巨大的市场。在这样一个背景下，我国的工程机械得到了迅猛的发展，但与此同时作为液压系统核心部件的多路阀的发展却与主机发展有着相当大的差距，尤其是高压，高流量，高性能的元件更是如此。现在我国生产的工程机械中重要元件大部分都由国际知名企业所垄断，主机发展也受制于国外企业，严重制约了我国工程机械的发展速度。目前，我国在高性能多路阀，尤其是在高压大流量场合中使用的多路阀，与国外发展水平还存在着不小的差距，同时对多路阀在液压系统中的各种工作特性研究也不够深入。

液压多路换向阀简称多路阀，是一种能控制多个液压执行机构(液压缸、液压马达)的换向阀的组合。工程机械的液压系统对其整体性能起着决定性的作用，而工程液压系统的可靠性、安全性、舒适性等性能又取决于液压主控制阀——多路换向阀的性能。目前市场上常见的多路换向阀是利用手动直接改变滑阀位置来实现换向，改变工作状态，手动多路阀由于具有流量微调特性且操作简单的优点，因而广泛应用于工程机械。但同时也存在许多问题，机械结构、流道结构复杂；元件寿命及可靠性差；进出口联动控制，系统柔性差；负载变化时不稳定，易受压差影响；中位回油压力损失较大且能耗大，很难实现负载压力补偿或负载敏感功能；操作强度大。且多路阀操作时，在换向瞬间容易造成压力突变对执行机构的动态响应不够理想，采用伺服阀控制并设计闭环回路精确控制换向阀芯位置可以很好的解决这个问题。

其中，电磁伺服换向阀是多路插装阀中的核心部件，而电气—机械转换装置是电磁伺服阀的核心部件，为伺服阀阀芯动作提供了必要的动力。其性能直接影响到多路阀的整体性能，因此，研究高性能的电气—机械转换装置一直是业界的一个重要方向。目前在伺服阀中应用的电气—机械转换装置主要有：动圈式或动铁式马达、力矩马达、步进电机、伺服电机、功能材料如压电陶瓷等。该类产品主要被国外一些大公司所垄断，如美国MOOG公司的D633、D634系列直动式伺服阀。针对现阶段国内外主要的电磁直驱式电液伺服阀的技术特点与常规电液伺服阀、电液比例阀进行对比后见，相较于常规伺服阀和比例阀，直驱阀在电-机械转换器的选择上更加多样，而且频响高、滞环小，无零位死区，体积适宜，对加工精度和使用环境的要求不高，有着较大的竞争优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，适用于高压高精度控制场所，并提出用于三位四通换向阀的新的驱动方式，从而改进现有螺纹式换向阀的结构及控制方法，提高控制精度，降低成本。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，包括升降部分、倾斜部分、转向部分和控制部分，控制部分包括三通调节阀1、第一溢流阀2、第一节流阀3、第二节流阀4，转向部分包括第一电磁二位二通阀5、第一单向阀6、第二电磁二位二通阀7、第二单向阀8、第三单向阀9，升降部分包括第一三位四通换向阀10、第一梭阀11、第一平衡阀12、第二平衡阀13、第四单向阀14，倾斜部分包括第二三位四通换向阀15、第二溢流阀16、第三溢流阀17、第二梭阀18、第五单向阀19，各个换向阀与平衡阀接在各部分的主油路上，单向阀接在每部分的回路上，在控制部分比较梭阀返回的控制油压，所有阀采用螺纹插装的形式安装在一个整体阀块上，阀块上加工孔洞，将各个阀通过流道连接起来；

所述控制部分包括三通调节阀1，三通调节阀1的三条通路分别与油泵P、油箱T及控制油路M相连，第一节流阀3设在三通调节阀1控制油路和第一溢流阀2的进油口油路之间，第二节流阀4与第一溢流阀2并联，第一溢流阀2、第二节流阀4出油口和油箱T连通；

所述转向部分包括第一电磁二位二通阀5，第一电磁二位二通阀5一端通过第一单向阀6和转向系统连接接口A连接，第一电磁二位二通阀5的另一端通过第三单向阀9和油泵P连接，第二电磁二位二通阀7的两条通路分别与油箱T及转向系统连接接口A连接，第二单向阀8串接在第一电磁二位二通阀5出口处与三通调节阀1的控制油路M之间；

所述升降部分包括第一三位四通换向阀10，第一三位四通换向阀10的四条通路分别与油泵P、油箱T、第一平衡阀12及第二平衡阀13的入口相接，第一平衡阀12与第二平衡阀13出口分别与升降油缸进口A1与升降油缸出口B1相连，第一平衡阀12与第二平衡阀13均由一个顺序阀与一个单向阀并联组成，第一梭阀11的两个输入口分别接在第一平衡阀12、第二平衡阀13与第一三位四通换向阀10之间的油路上，另一个输出口通过第四单向阀14与三通调节阀1的控制油路M相连；

所述倾斜部分包括第二三位四通换向阀15，第二三位四通换向阀15的四条通路分别与油泵P、油箱T、倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2相连接，第二溢流阀16与第三溢流阀17方向相反地并联在倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2之间，第二梭阀18的两个输入口分别接于倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2上，另一个输出口通过第五单向阀19与三通调节阀1的控制油路M相连。

所述第一三位四通换向阀10与第二三位四通换向阀15具有相同的结构，采用圆筒式直线电机直驱螺纹式换向阀，具体包括阀芯21，阀芯21置于阀套20与阀盖22构成的阀体内，阀套20与阀盖22通过螺纹连接，阀芯21上部通过销轴23与直线电机动子铁芯28相连，阀芯21与直线电机动子铁芯28间直线电机动子铁芯28的阶梯结构上安装第一挡圈24、第二挡圈26，用于安装弹簧25，直线电机动子铁芯28两端安装有第一直线轴承27、第二直线轴承32，第一直线轴承27与阀盖22内壁配合，第二直线轴承32与电机端盖31内壁配合，直线电机动子铁芯28槽内放置线圈绕组，直线电机定子29部分由永磁磁极与定子铁轭组成，并与电机外壳30胶合固定，电机外壳30两端加工有内螺纹，一端通过螺纹与阀盖22连接，一端通过螺纹与电机端盖31连接，电机端盖31置于直线电机末端。

该多路阀阀组系统具有以下优点：

1)油泵开始工作后，三通调节阀1会对油压进行测定，若超过设定油压，可能会损坏到阀组后部的元件，因而直接对液压油溢流回油箱。保证系统压力平衡，启动平稳，冲击小。同时，在执行机构开始工作之后，作为负载敏感系统中的重要元件，它还发挥着调节系统流量的作用。三通调节阀与多个单向阀组成的负载敏感系统能够感受系统压力—流量的需求，根据负载的变化提供相应的压力和流量。三通调节阀1作为一个调节元件使得系统工作期间流量与变化的负载需求相匹配。其工作原理是三通调节阀1的一侧持续地作用着的负载信号和弹簧力，而另一侧则作用着系统压力，根据负载变化将泵提供的压力与弹簧力相互作用，以实现三通调节阀1阀芯的浮动位置的确定。当通往执行元件的流量通过动作滑阀的节流口时，就会产生一个所需要的与弹簧力平衡的剩余压力。三通调节阀1的阀芯随着节流口面积变化而变化，用这种方法来改变旁通回油箱的流量。

2)在控制系统流量时，此处的第一单向阀6和第一节流阀3用于压力平衡的预压和阻尼阀，减少振荡和快速卸压，同时慢速地和阻尼地进行空循环。第一溢流阀2上的节流孔限制着接口处的控制油的油量，第一溢流阀2处于关闭状态，如果压力较高，多余的油则通过第一溢流阀2溢流回油箱。另外每一部分都有一个单向阀与控制油路M连接，其作用在于立即密封住压力平衡。

3)转向系统连接接口A与车体的转向机构相连接，通过转向器和转向油缸的作用，实现车体的转向工作。前端设置有一个转向安全阀。

4)升降部分、倾斜部分结构比较相似，都包括三位四通阀和梭阀的组合，其中升降部分的回路有两个平衡阀，起锁定载荷，平稳调节油缸动作的作用，倾斜部分的回路有两个双向溢流阀，起保护液压缸，防止过载的作用。梭阀能在它不相通的两条通路中，给压力较大的一侧开启通路而关闭另一侧压力较小的通路。

5)每一部分都有从执行元件同路中引出的LS信号，然后组成一个公共的LS通路，并且保证只是从某一侧获得的控制压差P作用于三通调节阀1。这些信号油与三通调节阀1之间连接控制系统的压力，由于梭阀的作用，可以保证最高的压力决定着公共控制元件的压力。

6)其主要的核心换向阀三位四通换向阀采用圆筒式直线电机直驱螺纹式换向阀，利用圆筒式直线电机原理与螺纹式换向插装阀结合，直线电机动子直接带动阀芯运动运动，简化了阀芯驱动方式，提高了控制精度。

7)所有的阀采用螺纹插装的形式安装在一个整体阀块上，阀块上加工纵横交错的孔洞，将各个阀通过流道连接起来。这种将各个阀集成插装在同一个阀块上的集成插装形式，相比液压管式连接有很多优点，结构紧凑、安装方便、密封可靠及占用空间小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明多路阀控制部分示意图。

图3为本发明多路阀转向部分示意图。

图4为本发明多路阀升降部分示意图。

图5为本发明多路阀倾斜部分示意图。

图6为本发明三位四通换向阀结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，包括控制部分、转向部分、升降部分和倾斜部分，其中，控制部分包括三通调节阀1、第一溢流阀2、第一节流阀3、第二节流阀4，转向部分包括第一电磁二位二通阀5、第一单向阀6、第二电磁二位二通阀7、第二单向阀8、第三单向阀9，升降部分包括第一三位四通换向阀10、第一梭阀11、第一平衡阀12、第二平衡阀13、第四单向阀14，倾斜部分包括第二三位四通换向阀15、第二溢流阀16、第三溢流阀17、第二梭阀18、第五单向阀19，各个换向阀与平衡阀接在各部分的主油路上，单向阀接在每部分的回路上，在控制部分比较梭阀返回的控制油压，所有阀采用螺纹插装的形式安装在一个整体阀块上，阀块上加工孔洞，将各个阀通过流道连接起来；

如图2所示，所述控制部分包括三通调节阀1，三通调节阀1的三条通路分别与油泵P、油箱T及控制油路M相连，第一节流阀3设在三通调节阀1控制油路和第一溢流阀2的进油口油路之间，第二节流阀4与第一溢流阀2并联，第一溢流阀2、第二节流阀4出油口和油箱T连通；

如图3所示，所述转向部分包括第一电磁二位二通阀5，第一电磁二位二通阀5一端通过第一单向阀6和转向系统连接接口A连接，第一电磁二位二通阀5的另一端通过第三单向阀9和油泵P连接，第二电磁二位二通阀7的两条通路分别与油箱T及转向系统连接接口A连接，第二单向阀8串接在第一电磁二位二通阀5出口处与三通调节阀1的控制油路M之间；

如图4所示，所述升降部分包括第一三位四通换向阀10，第一三位四通换向阀10的四条通路分别与油泵P、油箱T、第一平衡阀12及第二平衡阀13的入口相接，第一平衡阀12与第二平衡阀13出口分别与升降油缸进口A1与升降油缸出口B1相连，第一平衡阀12与第二平衡阀13均由一个顺序阀与一个单向阀并联组成，第一梭阀11的两个输入口分别接在第一平衡阀12、第二平衡阀13与第一三位四通换向阀10之间的油路上，另一个输出口通过第四单向阀14与三通调节阀1的控制油路M相连；

如图5所示，所述倾斜部分包括第二三位四通换向阀15，第二三位四通换向阀15的四条通路分别与油泵P、油箱T、倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2相连接，第二溢流阀16与第三溢流阀17方向相反地并联在倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2之间，第二梭阀18的两个输入口分别接于倾斜油缸进口A2与倾斜油缸出口B2上，另一个输出口通过第五单向阀19与三通调节阀1的控制油路M相连。

如图6所示，所述第一三位四通换向阀10与第二三位四通换向阀15具有相同的结构，采用圆筒式直线电机直驱螺纹式换向阀，具体包括阀芯21，阀芯21置于阀套20与阀盖22构成的阀体内，阀套20与阀盖22通过螺纹连接，阀芯21上部通过销轴23与直线电机动子铁芯28相连，阀芯21与直线电机动子铁芯28间直线电机动子铁芯28的阶梯结构上安装第一挡圈24、第二挡圈26，用于安装弹簧25，直线电机动子铁芯28两端安装有第一直线轴承27、第二直线轴承32，第一直线轴承27与阀盖22内壁配合，第二直线轴承32与电机端盖31内壁配合，直线电机动子铁芯28槽内放置线圈绕组，直线电机定子29部分由永磁磁极与定子铁轭组成，并与电机外壳30胶合固定，电机外壳30两端加工有内螺纹，一端通过螺纹与阀盖22连接，一端通过螺纹与电机端盖31连接，电机端盖31置于直线电机末端。

阀口关闭时，三位四通换向阀处于中位，图6中的a、b与p口均不联通，此时直线电机接电正转，直线电机动子铁芯28向下移动，通过销轴23将直线运动传递给阀芯21，阀芯移动距离从而使a口与p口相连通，此时弹簧25被向下压缩，当电机断电，则通过弹簧力使得阀芯21回到中位，当直线电机接电反转时，直线电机动子铁芯28向上运动，从而阀芯28向上运动一段距离，使得b口与p口相连通，此时弹簧25被向上压缩，同样，当电机断电，阀芯21通过弹簧力回到中位，至此实现了三个位置的切换，通过直线电机完成了三位四通换向阀的换向功能。

本发明工作原理为：

三通调节阀1使得系统所提供的压力总能随负载压力的变化而变化，第一节流阀3在三通调节阀1和第一溢流阀2之间进行流量调节。

多路阀转向部分负责液压流向转向油缸，对叉车转向起辅助作用，其中第一电磁二位二通阀5与第二电磁二位二通阀7分别控制着辅助转向油路中多路阀的通断。与汽车的助力转向系统类似，当叉车转向时，换向阀通电，阀芯开启，油液流向辅助转向油路，当叉车不转向时，换向阀断电，阀芯关闭，辅助转向油路中没有油液流入。第一单向阀6、第二单向阀8、第三单向阀9分别控制三条油路上的油液流向正确且不回流。

多路阀升降部分的第一平衡阀12、第二平衡阀13起到锁定载荷，平稳调节升降油缸动作的作用，并防止货物突然下落对油缸和液压系统造成冲击等意外情况。第一梭阀11用于比较两侧进油路和回油路的压力，将压力大的一侧油路反馈给控制油路M，从而控制三通流量调节阀1的开启大小，进而调节系统的压力。第四单向阀14构成安全回路，防止油液回流。

多路阀倾斜部分，其中第二三位四通换向阀15的动作控制倾斜油缸的工作，第二三位四通换向阀15两端分别连接倾斜油缸的进口和出口，进油路和回油路上的第二溢流阀16、第三溢流阀17以及第五单向阀19对负载进行敏感控制。

Claims (2)

1.叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，其特征在于：包括升降部分、倾斜部分、转向部分和控制部分，控制部分包括三通调节阀(1)、第一溢流阀(2)、第一节流阀(3)、第二节流阀(4)，转向部分包括第一电磁二位二通阀(5)、第一单向阀(6)、第二电磁二位二通阀(7)、第二单向阀(8)、第三单向阀(9)，升降部分包括第一三位四通换向阀(10)、第一梭阀(11)、第一平衡阀(12)、第二平衡阀(13)、第四单向阀(14)，倾斜部分包括第二三位四通换向阀(15)、第二溢流阀(16)、第三溢流阀(17)、第二梭阀(18)、第五单向阀(19)，各个换向阀与平衡阀接在各部分的主油路上，单向阀接在每部分的回路上，在控制部分比较梭阀返回的控制油压，所有阀采用螺纹插装的形式安装在一个整体阀块上，阀块上加工孔洞，将各个阀通过流道连接起来；

所述控制部分包括三通调节阀(1)，三通调节阀(1)的三条通路分别与油泵(P)、油箱(T)及控制油路(M)相连，第一节流阀(3)设在三通调节阀(1)控制油路M和第一溢流阀(2)的进油口油路之间，第二节流阀(4)与第一溢流阀(2)并联，第一溢流阀(2)、第二节流阀(4)出油口和油箱(T)连通；

所述转向部分包括第一电磁二位二通阀(5)，第一电磁二位二通阀(5)一端通过第一单向阀(6)和转向系统连接接口(A)连接，第一电磁二位二通阀(5)的另一端通过第三单向阀(9)和油泵(P)连接，第二电磁二位二通阀(7)的两条通路分别与油箱(T)及转向系统连接接口(A)连接，第二单向阀(8)串接在第一电磁二位二通阀(5)出口处与三通调节阀(1)的控制油路(M)之间；

所述升降部分包括第一三位四通换向阀(10)，第一三位四通换向阀(10)的四条通路分别与油泵(P)、油箱(T)、第一平衡阀(12)及第二平衡阀(13)的入口相接，第一平衡阀(12)与第二平衡阀(13)出口分别与升降油缸进口(A1)与升降油缸出口(B1)相连，第一平衡阀(12)与第二平衡阀(13)均由一个顺序阀与一个单向阀并联组成，第一梭阀(11)的两个输入口分别接在第一平衡阀(12)、第二平衡阀(13)与第一三位四通换向阀(10)之间的油路上，另一个输出口通过第四单向阀(14)与三通调节阀(1)的控制油路(M)相连；

所述倾斜部分包括第二三位四通换向阀(15)，第二三位四通换向阀(15)的四条通路分别与油泵P、油箱T、倾斜油缸进口(A2)与倾斜油缸出口(B2)相连接，第二溢流阀(16)与第三溢流阀(17)方向相反地并联在倾斜油缸进口(A2)与倾斜油缸出口(B2)之间，第二梭阀(18)的两个输入口分别接于倾斜油缸进口(A2)与倾斜油缸出口(B2)上，另一个输出口通过第五单向阀(19)与三通调节阀(1)的控制油路(M)相连。

2.根据权利要求1所述的叉车用圆筒直线电机驱动电液比例换向螺纹式插装多路阀，其特征在于：所述第一三位四通换向阀(10)与第二三位四通换向阀(15)具有相同的结构，采用圆筒式直线电机直驱螺纹式换向阀，具体包括阀芯(21)，阀芯(21)置于阀套(20)与阀盖(22)构成的阀体内，阀套(20)与阀盖(22)通过螺纹连接，阀芯(21)上部通过销轴(23)与直线电机动子铁芯(28)相连，阀芯(21)与直线电机动子铁芯(28)间直线电机动子铁芯(28)的阶梯结构上安装第一挡圈(24)、第二挡圈(26)，用于安装弹簧(25)，直线电机动子铁芯(28)两端安装有第一直线轴承(27)、第二直线轴承(32)，第一直线轴承(27)与阀盖(22)内壁配合，第二直线轴承(32)与电机端盖(31)内壁配合，直线电机动子铁芯(28)槽内放置线圈绕组，直线电机定子(29)部分由永磁磁极与定子铁轭组成，并与电机外壳(30)胶合固定，电机外壳(30)两端加工有内螺纹，一端通过螺纹与阀盖(22)连接，一端通过螺纹与电机端盖(31)连接，电机端盖(31)置于直线电机末端。