CN103727245B - 液压阀、液压系统和工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压阀、液压系统和工程机械。液压阀包括：阀体、阀套、活塞和主阀芯；阀体和阀套设置有相互贯通的控制油口；活塞与主阀芯相连；活塞由头部至尾部依次包括：第一台阶段、中间段和第二台阶段；控制油口与中间段相对设置；阀套由头部至尾部依次包括：快速响应段和缓冲段，快速响应段的内径大于缓冲段的内径；并且，快速响应段的长度大于第一台阶段的长度；第一台阶段和第二台阶段与缓冲段间隙配合；第一台阶段和第二台阶段与缓冲段的间隙小于中间段与缓冲段的间隙。上述液压阀在无需设置阻尼孔的前提下达到上述节流效果，并且加工难度较低，有利于实现主阀芯动作平稳性能的提升。

Description

液压阀、液压系统和工程机械
技术领域
本发明涉及液压技术领域，特别涉及一种液压阀、液压系统和工程机械。
背景技术
目前，挖掘机、起重机等工程机械大多采用液压系统。相对于机械传动系统以及电气传递系统，液压系统具有设置方式灵活、重量轻、体积小、相应速度快、操纵控制方便等优点。
完整的液系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油组成。其中，控制元件用于控制和调节液压油的压力、流量和方向。控制元件即液压阀，其是液压系统的核心部件之一。液压阀通常包括阀体、阀套、活塞、主阀芯等。阀套、活塞和主阀芯设置于阀体内。阀体设置有进油及回油的控制油口，液压油从控制油口进入阀体内对活塞的端面产生压力，推动活塞以及主阀芯运动；回油时液压油从控制口排出；阀套主要对主阀芯起到导向作用。
在液压阀的主阀芯控制中，为了保证主阀芯的平稳动作，同时减小压力波动的影响，通常需要在控制口增加阻尼，用来控制液压油的流出量。一般的液压阀都是采用阻尼孔的形式。现有的液压阀的缺陷在于：节流效果与阻尼孔的孔径成反比，但阻尼孔的加工难度较高，小孔径的阻尼孔加工时容易产生堵塞，这严重限制了主阀芯动作平稳性的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种主阀芯运动平稳性优异且加工难度低的液压阀、液压系统和工程机械。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种液压阀，包括：阀体、阀套、活塞和主阀芯；所述阀体和阀套设置有相互贯通的控制油口；活塞与主阀芯相连；所述活塞由头部至尾部依次包括：第一台阶段、中间段和第二台阶段；所述控制油口与所述中间段相对设置；所述阀套由头部至尾部依次包括：快速响应段和缓冲段，所述快速响应段的内径大于缓冲段的内径；并且，所述快速响应段的长度大于所述第一台阶段的长度；所述第一台阶段和第二台阶段与缓冲段间隙配合；所述第一台阶段和第二台阶段与缓冲段的间隙小于中间段与缓冲段的间隙。
进一步地，所述第一台阶段与缓冲段的间隙为25μ～40μm。
进一步地，所述第二台阶与缓冲段的间隙为10μm～30μm。
进一步地，还包括安装于所述阀体头端的端盖，所述端盖上述设置有快速回油口，所述快速回油口通过单向阀与所述控制油口相通；所述单向阀的进油口与控制油口相通，出油口与控制油口相通。
进一步地，所述快速响应段的内壁设置有沿液压阀长度方向布置的凹槽。
进一步地，所述凹槽的个数为多个，至少一个所述凹槽与所述控制油口位于同一侧。
进一步地，所述活塞的头端端面设置有凹陷部。
进一步地，还包括复位弹簧组件，所述复位弹簧组件包括：安装于所述阀体尾端的弹簧筒；设置于所述弹簧筒内的外弹簧、内弹簧和弹簧座；所述弹簧座的个数为两个，分别设置于弹簧筒的头端和尾端；所述内弹簧的两端分别设置于所述两个弹簧座内，且所述内弹簧的一端与主阀芯的尾端抵压接触，另一端与所述弹簧筒的尾端抵压接触；所述外弹簧的两端分别由两个弹簧座的凸起部位限位。
另一方面，本发明还提供一种液压系统，设置有上述任意一项所述的液压阀。
本发明还提供一种工程机械，设置有上述的液压系统。
由上述内容可知，本发明提供的液压阀的阀套的内径和活塞的外径均为变径结构。液压阀初始状态下，活塞的第一台阶段位于阀套的快速响应段，二者之间间隙较大，控制油口进油时有助于实现液压阀的快速响应；而后，第一台阶段运动至阀套的缓冲段，此时二者之间间隙较小，利用第一台阶段与缓冲段的间隙阻尼实现液压油的节流，保证活塞及主阀芯的平稳运动。相对于现有技术，本发明提供的液压阀在无需设置阻尼孔的前提下达到上述节流效果，并且加工难度较低，有利于实现主阀芯动作平稳性能的提升。另外，本领域技术人员可以通过调整快速响应段的长度来控制快速响应的行程；还可以通过调整第一台阶段的长度来控制间隙阻尼的行程，因此本发明提供的液压阀还具有控制方式灵活的优点。
附图说明
构成本发明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为本发明实施例一提供的液压阀在初始状态的剖面示意图；
图2为本发明实施例一提供的液压阀在缓冲阶段的剖面示意图；
图3为本发明实施例二提供的液压阀的剖面示意图。
附图标记说明：
1端盖2阀体
3活塞31第一台阶段
32第二台阶段33中间段
4阀套41快速响应段
42缓冲段5主阀芯
6弹簧座7外弹簧
8内弹簧9弹簧筒
10单向阀
x控制油口A第一工作油口
B第二工作油口T快速回油口
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明。需要说明的是，除特别声明外，本申请关于液压阀中构件位置关系均是以活塞完全收回时的状态为准进行描述的。
本发明实施例提供一种液压阀，请参见图1，该液压阀包括：
阀体2、阀套4、活塞3和主阀芯5；其中，
阀体2和阀套4设置有相互贯通的控制油口x；
活塞3与主阀芯5相连；
上述活塞3由头部至尾部依次包括：第一台阶段31、中间段33和第二台阶段32；上述控制油口x与中间段33相对设置；
上述阀套4由头部至尾部依次包括：快速响应段41和缓冲段42，快速响应段41的内径大于缓冲段42的内径；并且，快速响应段41的长度大于上述第一台阶段31的长度；
第一台阶段31和第二台阶段32与阀套4的缓冲段42间隙配合；
第一台阶段31和第二台阶段32与缓冲段42的间隙小于中间段33与缓冲段42的间隙。
本实施例提供的液压阀中，阀体2起到类似外壳的作用，用于支撑以及保护内部构件。主阀芯5在活塞3的作用下进行移动，实现油路的连通和切断。上述阀体2和主阀芯5可以采用本领域技术人员熟知的结构，主阀芯5和活塞3也可以按照本领域技术人员熟知的方式连接。
主阀芯5的动作由活塞3带动实现，而活塞3运动的动力源是由进入阀体2内部的液压油的压力提供的。为了实行主阀芯5和活塞3的平稳运动，同时降低构件的加工难度，本发明对阀套4和活塞3的结构进行改进，使得改进后的液压阀不需要设置阻尼孔也可实现节流的效果，进而实现主阀芯5和活塞3的平稳运动。具体而言，现有的阀套的内径和活塞的外径通常为直径均一的结构，而本实施例中，阀套4和活塞3均为变径结构：
阀套4包括快速响应段41和缓冲段42，快速响应段41的内径大于缓冲段42的内径；活塞3包括第一台阶段31、中间段33和第二台阶段32。并且，快速响应段41的长度大于上述第一台阶段31的长度，由此液压阀的初始状态时，活塞3的第一台阶段31位于阀套4的快速响应段41内；相对于活塞3的中间段33，其第一台阶段31和第二台阶段32为凸出的结构，第一台阶段31和第二台阶段32与阀套4的缓冲段42为间隙配合，进一步地，第一台阶段32与缓冲段42的间隙优选不超过40μm。为了降低液压油压力损失，第一台阶段31与中间段33之间优选为平滑过渡。类似的，第二台阶段32与中间段33之间也优选为平滑过渡。
上述液压阀进行节流控制的原理如下：
液压阀初始状态下（图1），活塞3的第一台阶段31位于阀套4的快速响应段41；液压油源提供的液压油通过控制油口x进入到阀套4内，由于活塞3的中间段33与阀套4的间隙较大，因此液压油可以很快的沿着中间段33和缓冲段42之间的间隙向活塞3的头部流动，到达活塞3的第一台阶段31处，由于第一台阶段31与阀套4的快速响应段41的间隙较大，液压油又可以很快的沿着第一台阶段31和快速响应段41的间隙流入到活塞3的端面，由此液压油推动活塞开始移动，活塞3开始向着液压阀3尾部移动。在活塞3的第一台阶段31未移动至离开快速响应段41时，液压油均可以较快的沿着间隙流到活塞3的端面，活塞3带动主阀芯5快速移动，此过程为快速响应阶段。快速响应阶段的实现有利于在温度较低时，保证动作不会产生滞后。
活塞3的第一台阶段31运动至离开阀套4的快速响应段41时（图2），由于此时活塞3的第一台阶段31位于阀套4的缓冲段42内，而第一台阶段31与缓冲段42的间隙较小，因此液压油较难通过第一台阶段31与缓冲段42的间隙到达活塞3的端面，此时，单位时间内，达到活塞3端面的液压油流量较小（相对于快速响应阶段），由此利用间隙阻尼起到了节流的效果，活塞3及主阀芯5运动趋于平缓，此过程为缓冲阶段，有利于避免活塞3高速运动至到达最大行程时与阀套发生剧烈碰撞。
由上述原理可知，本实施例中的阀套4不仅对活塞3起到导向作用，其通过设置快速响应段41、缓冲段42，以及与活塞3间隙的配合，还可实现对液压油起到节流作用，实现活塞3和主阀芯5的快速响应和平稳运动。相对于加工阻尼孔，对于活塞3和阀套4之间的间隙控制较为简便，由此在降低部件加工难度的同时保证了节流效果，实现了活塞和主阀芯的平稳运动。
具体而言，快速响应段41的内径比缓冲段42的内径大，相应的其与活塞3的第一台阶段31的间隙也大，为实现活塞3运动的快速响应提供了前提；缓冲段42对液压油的节流是通过第一台阶段31与缓冲段42的间隙控制来实现的。为了实现节流效果，第一台阶段31与缓冲段42的间隙不易过大，但间隙过小又会造成动作加速时间过长，由此本实施例中优选设置第一台阶段31与缓冲段42的间隙为20μm～40μm，更优选为25μm～30μm。第二台阶段32与缓冲段42的间隙可以小于第一台阶段31与缓冲段42的间隙，具体的可以为10μm～30μm。
为了提高阀套4的快速响应段41对活塞3的导向作用的相应速度，本实施例中优选在快速响应段41内壁设置有沿液压阀长度方向布置的凹槽，用于增加通油量。进一步地，上述凹槽的个数为多个，且至少一个凹槽与上述控制油口x位于同一侧，优点在于：缩短油液从控制油口x到活塞端面的时间，进一步提高响应速度。
当液压油流道到活塞3的端面后，液压油对活塞3的端面施压，实现活塞3的移动。活塞3端面处的液压油越多，活塞3受到的推动力越大，推动力越大液压阀的响应速度越快。由此，本实施例中为了提高响应速度而在活塞的头端端面设置有凹陷部，进而增加活塞3端面处的容油量，增加活塞3端面处的油压，提高响应速度。
此外，本领域技术人员可以理解的是，本实施例提供的液压阀还可以包括有现有液压阀常设的其它结构，如设置于阀体2上的第一工作油口A和第二工作油口B。上述第一工作油口A和第二工作油口B的设置位置可以与现有技术相同，本发明兹不赘述。
又如，本实施例提供的液压阀还可以包括复位弹簧组件，该复位弹簧组件可以包括：
安装于阀体2尾端的弹簧筒9；
设置于弹簧筒9内的外弹簧7、内弹簧8和弹簧座6；弹簧座6的个数为两个，分别设置于弹簧筒9的头端和尾端；内弹簧8的两端分别设置于两个弹簧座6内，且内弹簧8的一端与主阀芯5的尾端抵压接触，另一端与弹簧筒9的尾端抵压接触；外弹簧7的两端分别由两个弹簧座6的凸起部位限位。设置上述弹簧组件的作用在于：有利于实现活塞3及主阀芯5的复位。
此外，本实施例提供的液压阀还可以设置有安装于阀体2头端的端盖1，起到密封的作用。
图3示出了本发明实施例二提供的液压阀结构，该液压阀与实施例一的区别在于：端盖1上设置有快速回油口T，快速回油口T通过单向阀10与控制油口x相通；该单向阀10的进油口与快速回油口T相通，出油口与控制油口x相通。
上述端盖不仅起到密封作用，在该端盖1上开设快速回油口T，并使该快速回油口T通过单向阀10与控制油口x相通，由此可起到快速回油的作用。具体而言，在活塞3及主阀芯5收回状态，在未设置上述快速回油口时，液压油需要先通过活塞3的第一台阶段31与阀套4的缓冲段的较小间隙流到中间段33，而后再通过控制油口x实现回油。当设置快速回油口T后，液压油可以直接通过快速回油口T进行回油，并且由于单向阀10的作用，使得进油口时液压油不会通过快速回油口T进入阀体内影响液压阀的正常工作。
需要说明的是，上述实施例中是在主阀芯尾端设置上述复位弹簧组件，也可以在主阀芯尾端设置与其头端对称的阀套和活塞，实现主阀芯的左右运动均可控，其具体实施方式与上述方案类似，故兹不赘述。
由上述实施例内容可知，本发明提供的液压阀的阀套4的内径和活塞3的外径均为变径结构。液压阀初始状态下，活塞3的第一台阶段31位于阀套4的快速响应段41，二者之间间隙较大，控制油口进油时有助于实现液压阀的快速响应；而后，第一台阶段31运动至阀套4的缓冲段42，此时二者之间间隙较小，利用第一台阶段31与缓冲段42的间隙阻尼实现液压油的节流，保证活塞3及主阀芯5的平稳运动。相对于现有技术，本发明在无需设置阻尼孔的前提下达到上述节流效果，并且加工难度较低，有利于实现主阀芯动作平稳性能的提升。本领域技术人员可以通过调整快速响应段的长度（沿液压阀长度方向）来控制快速响应的行程。另外，还可以通过调整第一台阶段的长度来控制间隙阻尼的行程，因此本发明提供的液压阀还具有控制方式灵活的优点。
本发明实施例还提供一种液压系统，该液压系统设置有上述任意一个实施例提供的液压阀。由于上述任一种液压阀具有上述技术效果，因此，设有该液压阀的液压系统也相应具备工作平稳，控制方式灵活的优点。
本发明实施例还提供了一种工程机械，例如起重机，该工程机械设有上述任一种液压系统，由于上述任一种液压系统具有上述技术效果，因此，设有该液压系统的工程机械也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种液压阀，包括：阀体(2)、阀套(4)、活塞(3)和主阀芯(5)；所述阀体(2)和阀套(4)设置有相互贯通的控制油口(x)；活塞(3)与主阀芯(5)相连；其特征在于，
所述活塞(3)由头部至尾部依次包括：第一台阶段(31)、中间段(33)和第二台阶段(32)；所述控制油口(x)与所述中间段(33)相对设置；
所述阀套(4)由头部至尾部依次包括：快速响应段(41)和缓冲段(42)，所述快速响应段(41)的内径大于缓冲段(42)的内径；并且，所述快速响应段(41)的长度大于所述第一台阶段(31)的长度；
所述第一台阶段(31)和第二台阶段(32)与缓冲段(42)间隙配合；
所述第一台阶段(31)和第二台阶段(32)与缓冲段(42)的间隙小于中间段(33)与缓冲段(42)的间隙。
2.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，所述第一台阶段(31)与缓冲段(42)的间隙为25μm～40μm。
3.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，所述第二台阶段(32)与缓冲段(42)的间隙为10μm～30μm。
4.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，还包括安装于所述阀体(2)头端的端盖(1)，所述端盖(1)上设置有快速回油口(T)，所述快速回油口(T)通过单向阀(10)与所述控制油口(x)相通；所述单向阀(10)的进油口与快速回油口(T)相通，出油口与控制油口(x)相通。
5.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，所述快速响应段(41)的内壁设置有沿液压阀长度方向布置的凹槽。
6.根据权利要求5所述的液压阀，其特征在于，所述凹槽的个数为多个，至少一个所述凹槽与所述控制油口(x)位于同一侧。
7.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，所述活塞(3)的头端端面设置有凹陷部。
8.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，还包括复位弹簧组件，所述复位弹簧组件包括：
安装于所述阀体(2)尾端的弹簧筒(9)；
设置于所述弹簧筒(9)内的外弹簧(7)、内弹簧(8)和弹簧座(6)；所述弹簧座(6)的个数为两个，分别设置于弹簧筒(9)的头端和尾端；所述内弹簧(8)的两端分别设置于所述两个弹簧座(6)内，且所述内弹簧(8)的一端与主阀芯(5)的尾端抵压接触，另一端与所述弹簧筒(9)的尾端抵压接触；所述外弹簧(7)的两端分别由两个弹簧座(6)的凸起部位限位。
9.一种液压系统，其特征在于，设置有权利要求1至8任意一项所述的液压阀。
10.一种工程机械，其特征在于，设置有权利要求9所述的液压系统。
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