CN103912692A - 液压先导结构及用该结构的旋转电机驱动独立负载多路阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压先导结构及用该结构的旋转电机驱动独立负载多路阀，其中，液压先导结构包括液压半桥先导结构和液压全桥先导结构两种，各由带斜向直线槽的先导阀芯，先导阀套，套筒等部件构成。上述方案，先导阀芯上设置了斜向直线槽，通过设置斜向直线槽降低了加工难度，提高了加工的便利性及一致性，先导放大系数大，可靠性强。此外，采用上述先导结构的旋转电机驱动独立负载多路阀结构简单，便于加工，通过双阀芯控制技术打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统具有两个自由度，各自独立控制流量和压力，可以很好地适应不同的负载和工况，让运动变得更加快速平稳，提高系统效率。

Description

液压先导结构及用该结构的旋转电机驱动独立负载多路阀
技术领域
本发明涉及液压与气动技术领域，尤其涉及一种液压先导结构及用该结构的旋转电机驱动独立负载多路阀。
背景技术
在液压与气动控制技术领域，液压阀是液压控制技术的关键部件，由于液动力的存在，使大流量的液压阀阀芯推动需要很大的作动力，目前的电机械转换器在合理的体积、功率前提下很难直接推动，所以大流量阀普遍采用液压两级或三级控制。传统的喷嘴挡板或射流管阀采用喷嘴挡板和射流管二级液压放大，解决了大流量阀的设计的问题，但其缺点是加工困难，价格很高，对油液要求高，可靠性低，由于反馈杆刚度影响，二级喷嘴挡板阀无法实现很大的流量，更大的流量需要采用三级结构，造价更高。
在工程机械液压与气动领域，多路阀是液压与气动控制技术的关键部件，由于负载工况的复杂性和提升系统效率等原因，独立负载多路阀成为工程机械领域的研究热点，它将传统的三位四通换向阀两个负载口分开，各自独立控制流量与压力，解除了两者之间的耦合，目前独立负载多路阀仍处于发展初期，相关技术尚不成熟。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本发明提供一种液压先导结构及用该结构的旋转电机驱动独立负载多路阀，提高了液压先导级的驱动能力和可靠性，便于加工，还用以解决现有独立负载多路阀的不足，加快独立负载多路阀产业化步伐。
本发明提供一种液压先导结构，包括先导阀套，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述先导阀套的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔。该液压先导结构具有结构简单，便于加工，先导放大系数大，可靠性强的优点。
本发明还提供一种液压先导结构，包括套筒及先导阀套，所述先导阀套设置于所述套筒内，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述先导阀套的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔，所述套筒上设置有两个固定阻尼节流孔，两个所述固定阻尼节流孔分别与所述通油孔连通。该液压先导结构具有结构简单，便于加工，先导放大系数大，可靠性强的优点。
本发明另提供一种采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，包括多个独立负载阀，所述独立负载阀包括阀体，所述阀体内设置有两个阀腔，所述阀体上设置有供油口和回油口，所述供油口和所述回油口分别与所述阀腔连通，各所述阀腔均连通有控制油口，各所述阀腔内均设置有阀芯，所述阀芯的一端连接先导阀芯具有斜向直线槽的液压先导结构、另一端压接复位弹簧，各所述独立负载阀的所述供油口和所述回油口分别相连通；
所述液压先导结构包括与所述阀芯固定连接的先导阀套，所述先导阀套内设置有所述先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述阀芯的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔；或者，
所述液压先导结构包括套筒及与所述阀芯固定连接的先导阀套，所述先导阀套设置于所述套筒内，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述阀芯的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔，所述套筒上设置有两个固定阻尼节流孔，两个所述固定阻尼节流孔分别与所述通油孔连通。
本发明提供的上述方案，其液压先导结构的先导阀芯上设置了斜向直线槽，通过设置斜向直线槽采用直线开槽加工，降低了加工难度，提高了加工的便利性及一致性。且其通过双阀芯控制技术打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统具有两个自由度，各自独立控制流量和压力，可以很好地适应不同的负载和工况，让运动变得更加快速平稳，提高系统效率。
附图说明
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
图1为本发明实施例提供的液压先导结构的原理图；
图2为发明实施例提供的先导阀芯的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一液压先导结构的原理图；
图4为本发明实施例提供的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀的立体图；
图5为本发明实施例提供的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
图1为本发明实施例提供的液压先导结构的原理图；图2为发明实施例提供的先导阀芯的结构示意图。如图1、图2所示，本发明实施例提供的液压先导结构，包括先导阀套302，所述先导阀套302内设置有先导阀芯301，所述先导阀芯301的侧壁上设置有两个斜向直线槽304，所述先导阀套302上设置有能与所述斜向直线槽304连通的两组通油孔303。
本文所指的斜向直线槽是指，该槽是采用直线开槽的方式加工，且槽的长度方向与先导阀芯的轴线具有一定的夹角，也即槽的长度方向相对于先导阀芯的轴线相互倾斜。
该实施例提供的液压先导结构为液压阻尼半桥结构，其具体介绍及工作过程参见下文采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明提供的上述方案，先导阀芯301上设置了斜向直线槽304，通过设置斜向直线槽304采用直线开槽加工方式，降低了加工难度，提高了加工的便利性及一致性。该液压先导结构还具有先导放大系数大，结构简单，便于加工，降低了对油液清洁程度的要求，可靠性强的优点。
实际使用中，先导阀芯301的一端连接有旋转电机，通过旋转电机来控制先导阀芯301的转动，具有利于控制及控制精度高的优点。
图3为本发明实施例提供的另一液压先导结构的原理图；如图3所示，本发明另一实施例提供的液压先导结构，包括套筒306及先导阀套302，所述先导阀套302设置于所述套筒306内，所述先导阀套302内设置有先导阀芯301，所述先导阀芯301的轴线与所述先导阀套302的轴线方向一致，所述先导阀芯301的侧壁上设置有两个斜向直线槽304[1]，所述先导阀套302上设置有能与所述斜向直线槽304[1]连通的两组通油孔303[1]、303[2]，所述套筒306上设置有两个固定阻尼节流孔307，两个所述固定阻尼节流孔307分别与两组所述通油孔303[1]、303[2]连通。
该实施例提供的液压先导结构为液压阻尼全桥结构，其具体介绍及工作过程参见下文采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明提供的上述方案，先导阀芯301上设置了斜向直线槽304[1]，通过设置斜向直线槽304[1]采用直线开槽加工方式，降低了加工难度，提高了加工的便利性及一致性。该液压先导结构还具有先导放大系数大，结构简单，便于加工，降低了对油液清洁程度的要求，可靠性强的优点。
实际使用中，先导阀芯301的一端连接有旋转电机，通过旋转电机来控制先导阀芯301的转动，具有利于控制及控制精度高的优点。
实际使用中，另参见图1或图3，先导阀芯301圆周方向上设置有两个直线槽304和两组通油孔，每组通油孔具有两个圆周上成一定角度的孔，为了增大控制比例系数和提高安全性，还可以周向布置多个直线槽和多组通油孔，先导级具有多余度，可以保证在某些先导级出现故障时该液压螺旋先导结构能够继续正常工作。
图4为本发明实施例提供的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀的立体图；图5为本发明实施例提供的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀的剖视图。如图4及图5所示，本发明实施例提供的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，包括多个独立负载阀，独立负载阀包括阀体11，阀体11内设置有两个阀腔，阀体11上设置有供油口10和回油口8，供油口10和回油口8分别与阀腔连通，上部的阀腔连通有控制油口6，下部的阀腔连通有控制油口9，各阀腔内均设置有阀芯4，阀芯4的一端连接先导阀芯3具有斜向直线槽304的液压先导结构、另一端压接复位弹簧7，各独立负载阀的供油口10和回油口8分别相连通。其中，图5仅示出了液压先导结构为液压阻尼半桥结构的多路阀，而采用液压全桥结构的多路阀仅需相应的变换液压先导结构（如图3所示的液压先导结构）和阀腔尺寸即可。
实际使用中，多个独立负载阀的阀体可以是相互独立的，也可以是一体式结构的。本发明实施例中，图4所示出的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀是三路阀，也即由三个独立负载阀构成，其阀体为一体式结构。当然，根据具体的使用情况，也可不限于采用三路阀，可任意选用独立负载阀的数量来组成相应的多路阀，只需保证各独立负载阀的供油口10相互连通，各回油口8相互连通，也即各独立负载阀的供油口10和回油口8分别相连通。
另参见图1所示，液压先导结构包括与阀芯固定连接的先导阀套302，先导阀套302内设置有先导阀芯301，先导阀芯301的轴线与阀芯的轴线方向一致，先导阀芯301的侧壁上设置有两个斜向直线槽304，先导阀套302上设置有能与斜向直线槽304连通的两组通油孔。在先导阀芯的侧壁上设置斜向直线槽304便于加工，且可提高不同先导阀芯301上斜向直线槽304加工的一致性。上述结构的液压先导结构，通过旋转电机等转动驱动部件控制先导阀芯301旋转，先导阀芯301上的斜向直线槽304分别与先导阀套302上的两组通油孔相交有小的弓形面积，形成可变节流孔303，两个可变节流孔与阀芯的供油压力端形成液压阻尼半桥结构，先导阀芯301的旋转导致液压阻尼半桥失去平衡，在正对图1的视角上，先导阀芯301的旋转角度为顺时针时，位于上侧的可变节流孔303的面积变大，位于下侧的可变节流孔303的面积变小，使得先导敏感油路305的油液压力变小，阀芯另一端的油液压力保持系统供油压力不变，这就推动整个阀芯向左侧运动，阀芯向左运动时，又会导致两个可变节流孔303的面积朝向相同的方向推进，使得液压先导半桥趋于平衡，起到机械位移负反馈的作用。此外，由于采用上述液压螺旋先导结构形成液压阻尼半桥结构，使得该采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀抗污染能力强，液压放大倍数大，动态响应快。本文中先导阀套与阀芯一体加工，可以认为先导阀套为阀芯的一部分。
本发明提供的上述方案，其液压先导结构的先导阀芯上设置了斜向直线槽，通过设置斜向直线槽采用直线开槽加工方式，降低了加工难度，提高了加工的便利性及一致性。且其通过双阀芯控制技术打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统具有两个自由度，各自独立控制流量和压力，可以很好地适应不同的负载和工况，让运动变得更加快速平稳，提高系统效率。
另参见图3所示，液压先导结构还可以是如下结构，包括套筒306及与阀芯固定连接的先导阀套302，先导阀套302设置于套筒306内，先导阀套302内设置有先导阀芯301，先导阀芯301的轴线与阀芯的轴线方向一致，先导阀芯301的侧壁上设置有两个斜向直线槽304，先导阀套302上设置有能与斜向直线槽304连通的两组通油孔，套筒306上设置有两个固定阻尼节流孔307，两个固定阻尼节流孔307分别与两组所述通油孔连通。该结构的液压先导结构，通过控制先导阀芯301旋转，先导阀芯301上的斜向直线槽304分别与先导阀套302上的两组通油孔相交有小的弓形面积，形成可变节流孔303[1]、303[2]，两个变节流孔与位于套筒306上的两个固定阻尼节流孔307形成液压阻尼全桥结构，先导阀芯301的旋转导致液压阻尼全桥失去平衡，在正对图2的视角下，先导阀芯的旋转角度为顺时针时，位于左侧的可变节流孔303[1]的面积变大，位于右侧的可变节流孔303[1]的面积变小，使得阀芯右侧的压力大于左侧的压力，这将推动阀芯向左侧运动，同时会产生机械位移负反馈的作用。由于采用上述液压螺旋先导结构形成液压阻尼全桥结构，使得该采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀抗污染能力强，液压放大倍数大，动态响应快。
实际使用中，另参见图1或图3，先导阀芯301圆周方向上设置有两个直线槽304和两组通油孔，每组通油孔具有两个圆周上成一定角度的孔，为了增大控制比例系数和提高安全性，还可以周向布置多个直线槽和多组通油孔，先导级具有多余度，可以保证在某些先导级出现故障时该液压螺旋先导结构能够继续正常工作。
阀体上一般通过电机连接装置2安装一个旋转电机1（参见图5），旋转电机1例如但不限于为音圈电机、步进电机等。旋转电机1与先导阀芯3连接，来控制先导阀芯3转动，也即旋转电机1与先导阀芯3驱动连接。为了提高响应速度及系统效率，控制油口设置有压力传感器5。通过控制器发出控制信号来控制相应的旋转电机1旋转，旋转电机1输出轴带动先导阀芯3转动，打破液压阻尼半桥或全桥结构的平衡，从而推动阀芯4的运动，此外，控制器通过对旋转电机的角度控制实现对阀芯位移的控制，同时通过压力传感器5实时采集控制油路的压力信号，再通过节流公式获取每一路中的两个控制油路的流量大小，这样则可以根据工程机械的负载工况来进行独立的流量、压力闭环控制，因此提高了响应速率，提升了系统效率。此方案打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统具有两个自由度，各自独立控制流量与压力，可以很好的适应不同的负载和工况，让运动变得更加快速平稳，提高了系统的效率。
另参见图4，本方案的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀在使用时，每一路独立负载阀的两个液压螺旋先导结构的先导阀芯3，分别在旋转电机的带动下进行转动。从而对两控制油口进行流量和压力的独立控制，实现换向功能。当上侧阀芯4朝着左侧运动下侧阀芯4朝着右侧运动时，供油口10与上侧的高压控制油口6相连，回油口8与下侧的低压控制油口9相连，油液从供油口10流入上侧的控制油口6，经过负载后，油液从下侧的控制油口9流到回油口8，当上侧阀芯4朝着右侧运动下侧阀芯4朝着左侧运动时，供油口10与下侧的高压控制油口9相连，回油口8与上侧的低压控制油口6相连，油液从供油口10流入下侧的控制油口9，经过负载后，油液从上侧的控制油口6流到回油口8，构成完整的循环油路。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液压先导结构，其特征在于，包括先导阀套，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述先导阀套的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔。
2.根据权利要求1所述的液压先导结构，其特征在于，所述先导阀芯的一端连接有旋转电机。
3.一种液压先导结构，其特征在于，包括套筒及先导阀套，所述先导阀套设置于所述套筒内，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述先导阀套的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔，所述套筒上设置有两个固定阻尼节流孔，两个所述固定阻尼节流孔分别与所述通油孔连通。
4.根据权利要求3所述的液压先导结构，其特征在于，所述先导阀芯的一端连接有旋转电机。
5.一种采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，包括多个独立负载阀，其特征在于，所述独立负载阀包括阀体，所述阀体内设置有两个阀腔，所述阀体上设置有供油口和回油口，所述供油口和所述回油口分别与所述阀腔连通，各所述阀腔均连通有控制油口，各所述阀腔内均设置有阀芯，所述阀芯的一端连接先导阀芯具有斜向直线槽的液压先导结构、另一端压接复位弹簧，各所述独立负载阀的所述供油口和所述回油口分别相连通；
所述液压先导结构包括与所述阀芯固定连接的先导阀套，所述先导阀套内设置有所述先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述阀芯的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔；或者，
所述液压先导结构包括套筒及与所述阀芯固定连接的先导阀套，所述先导阀套设置于所述套筒内，所述先导阀套内设置有先导阀芯，所述先导阀芯的轴线与所述阀芯的轴线方向一致，所述先导阀芯的侧壁上设置有斜向直线槽，所述先导阀套上设置有能与所述斜向直线槽连通的通油孔，所述套筒上设置有两个固定阻尼节流孔，两个所述固定阻尼节流孔分别与所述通油孔连通。
6.根据权利要求5所述的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，其特征在于，所述先导阀芯上设置有所述斜向直线槽，多个所述斜向直线槽在所述先导阀芯的圆周方向上依次设置，所述先导阀套上具有多组依次设置的通油孔。
7.根据权利要求5或6所述的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，其特征在于，所述控制油口设置有压力传感器。
8.根据权利要求5或6所述的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，其特征在于，所述阀芯的位移与所述先导阀芯的转角成比例，采用旋转电机等对所述先导阀芯进行角度控制达到对阀芯位移的控制。
9.根据权利要求5或6所述的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，其特征在于，所述阀芯与所述先导阀套为一体结构。
10.根据权利要求5或6所述的采用旋转电机驱动的液压先导独立负载多路阀，其特征在于，所述阀体上通过电机连接装置固定连接有旋转电机，所述旋转电机与所述先导阀芯驱动连接。
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