CN1040420A

CN1040420A - 多功能无静差压力控制阀

Info

Publication number: CN1040420A
Application number: CN89103298.3A
Authority: CN
Inventors: 刘长年; 陈哲; 刘思澜
Original assignee: 刘长年
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CN1008130B; JPH02310707A; DE3931957A1; US4972870A

Abstract

本发明属于先导型压力阀类，它由圆柱形三通阀和双作用差动液压缸分别组成先导阀和主阀。其特点在于多功能和无静差，前者借助转接板或转换开关可分别构成溢流阀、遥控溢流阀、定值和定差减压阀以及内控和外控顺序阀等，后者可使阀的启、闭误差减小到0.5％，而且先导阀和整个压力阀在各种状态下均不产生自激振荡。此外，压力超调小，过渡时间短也是本发明的一大特点。

Description

本发明涉及一种多功能无静差式压力控制阀，该阀属于先导型压力阀类，即由主阀和先导阀组成的二级阀类，它是液压系统中控制和调节油液压力必不可少的重要元件。

从所周知，目前先导型压力阀种类繁多，仅举主要类型即有溢流阀、遥控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等多种。它们各具备单一功能但结构是不相同的，因而给生产和工艺带来诸多麻烦。

如上所述，先导型压力阀种类繁多，这给综合论述其现有技术形成很大难度。现仅择与本发明创造性有关的一份欧洲专利申请EP0229841进行对比说明。上述欧洲专利申请示出一种减压阀，其主阀芯和导阀芯都是圆柱形的，阀芯均可在其相应的阀体柱形腔内滑动，柱形腔均设置有环槽分别与进油口、出油口和回油口相通，其中环槽直径设置成大于相应柱形腔直径，借此使液流相对于阀芯轴线呈喇叭发散状，以保持阀芯运动的稳定性，从而防止振动和噪声的出现。但是按照这种结构，阀芯至少具有三个凸肩，与其对应的柱形腔内设置有三道环槽，这些在工艺上将要求有很高的加工精度，从而增加了生产成本。另一方面其主阀出口油压力显然大于节流后通入导腔中的压力，而且由于主阀与导阀之间无反馈连接，形成开环控制，因此这类阀是一种有差系统，它无法消除液动力、弹簧力以及其它干扰的影响，这是其出现较大的启、闭误差的根本原因。此外，该阀的先导阀采用常开型，因此泄漏大。

在此须要特别提出的是，目前大部分液压阀仍以锥阀式直动型压力阀作为先导阀，用以控制一个主阀的锥形窗口开度，从而保持所调节的油压近似不变。这类先导阀由于锥阀的稳定性差容易出现自激振荡和噪声，而且整个阀仍为有差系统，加之与导阀弹簧平衡的液压力并不是受控压力P₁，而是经过两次节流后的压力P₁′，因此阀的启、闭误差必然较大。

综合上述可知，当今的先导型压力阀还存在一种原理性的缺欠，因此单靠提高加工精度或是局部改动的办法，企图从根本上解决问题是徒劳的。

因此，本发明的任务在于设计出一种无静差（即高启、闭精度）、高稳定性和多功能的先导型压力阀。

本发明是用圆柱形双边三通阀作为先导阀，而用非对称双作用差动液压缸作为主阀。主阀的下侧设置有通常的锥形窗口，以控制液流的大小。先导阀芯仍由一侧的液压力与另一侧的弹簧力相平衡，但此时的液压力是受控压力P₁，而不是前述的压力P₁′，因为此时来自受控压力腔的液流并未经过节流孔。先导阀套上有两个窗口分别与高压油和回油相通，先导阀芯中间颈部所形成的中间腔与主阀上腔相通，主阀的下腔与进口高压油相通。因此，借助先导阀芯的位移就可控制主阀芯的锥形窗口开度。由于先导阀芯承受的是阀的受控压力P₁，而主阀芯相当于一个积分环节，因此，本发明乃是1型无静差的闭环负反馈压力控制系统。由于先导阀的结构稳定性好，系统的开环增益又可通过改变先导阀套控制窗口的面积梯度来调整，因此系统稳定性好、噪声小，而且具有超调量小，过渡时间短等优点。此外，通过一些转接板或转换开关又可使本发明具有多功能性，它可以分别作为溢流阀、遥控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等六种阀类使用。

现在结合下列附图所示的实施例，详细地阐述按照本发明的压力控制阀。其中

图1按照发明的压力控制阀结构剖面图

图2按照图1的沿线A-A或B-B剖面图

图3按功能设置的转接板

图4多功能油路网络图

图5遥控调压回路

由图1可知，按照发明所述的压力控制阀是由一个主阀10和一个先导阀20组成的。其中主阀10具有一个主阀芯7，该阀芯是上端带有一个凸肩的柱塞，可在相应的主阀套6内滑动，其上下柱塞截面积之比（A1/A2）为1.4～2.0。在主阀芯7的空腔中设置有一个主阀弹簧3。主阀套6′设置在主阀体6内，其下端设置成锥形窗口，该窗口的下面和上面分别设置有主阀进油口4和主阀出油口5。先导阀20具有一个先导阀芯12，该阀芯设置有两个凸肩，并可在相应的先导阀套13内滑动，先导阀套13则是装置在先导阀体14内。先导阀芯12的右端带有弹簧座，用以固定调压弹簧11的左端，该调压弹簧的另一端通过弹簧座与手动调压装置或线性电磁铁15相接。由图1和图2可知，在先导阀套13上设置有两个进（回）油窗口，它们分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成，圆孔直径为2.0～2.5毫米。上述圆孔的外侧设置有环形汇流槽，分别与油路2和8相通。先导阀芯12左端的容腔经受控油液进口油路1与受控油液和遥控口K相通。先导阀芯12右侧的封闭腔设置有通油口9。上述的受控油液进口油路1、进（回）油窗口油路2和8，以及通油口油路9均设置在先导阀体14内。主阀10的上腔通过油路C与先导阀芯12颈部和先导阀套13所形成的容腔相通。主阀芯7在靠近凸肩的颈部与主阀套6′的内腔所形成的环形空间与通向回油的泄油口L相通，泄油口L的油路依次穿过主阀套6′和主阀体6。上述受控油液进口油路1、进（回）油窗口油路2和8以及通油口9，均可引向主阀体6外表的一个集成平面上。同理，主阀进油口4、主阀出油口5和主阀泄油口L也均可引向同一个集成平面，在该平面上七个油口的排列情况及其相对位置与图3所示转接板上的七个油口相对应。若选用一块如图3所示的设置有特殊油路网络的转接板覆盖在上述的集成平面上，以沟通有关油路，便构成具有所需功能的压力控制阀，因为按图3所示的转接板41、42、43、44、45和46上设置的油路网络分别相当于溢流阀、摇控溢流阀、定值减压阀、定差减压阀、内控顺序阀和外控顺序阀等六种工作状态。另一种多功能的实施形式是在阀体内设置5个圆柱形转换开关a、b、c、d和e。每个转换开关在与其轴线相垂直的平面上，开有一个或T形或L形或1形的通道，这些开关上的通道与上述的油路和油口按照图4所示的形式连接起来，便构成本发明的多功能网络。此外，为增加系统的稳定裕度，在开关a，b一侧的油路上串有节流孔。

现在结合图4所示的油路网格，详细地说明按照发明所述压力控制阀的多功能实施方法。

（1）溢流阀

图4所示的油路网络即为溢流阀工作状态。此时主阀进油口4的受控油液通过开关e引至先导阀20内进口油路1，因而先导阀芯12的左端作用有液压力，此力与先导阀芯12右端的调压弹簧11的预压力相平衡。若此时阀芯处于中位，即阀芯12的两个凸肩刚好堵住先导阀套13上的与油路2相通的进油窗口和与油路8相通的回流窗口，则说明受控油液的压力P₁等于调定值，系统处于平衡状态。如主阀进油口4的流量突然增加，油压P₁将增高，先导阀芯12向右移动。于是主阀芯7将借助回路窗口油路8、开关b、主阀泄油口L、开关d和主阀出油口5回油。主阀芯7在下腔高压油的作用下向上移动，因此打开或开大锥形窗口，使P₁下降。当P₁回到调定值时，先导阀芯12又回到中位，系统将进入新的平衡状态。如果主阀进油口4的流量突然减小，P₁将降低，先导阀芯12向左移动，因而沟通油路2的窗口被打开。于是主阀进油口4的高压油将通过开关a和油路2，流入主阀10的上腔。由于主阀10的上腔有效面积A₁大于下腔有效面积A₂，故能迫使主阀芯7向下移动，以关小锥形窗口，使P₁增加。当P₁恢复到调定值时，先导阀芯12又回到中位，使系统达到新的平衡状态。由此可见，按发明所述的压力控制阀组成的阀类，在任何平衡状态下，先导阀均处于常闭状态，与流量大小无关，因此泄漏小和无静差。此外，图1所示的通油口9的泄漏通过开关c和d流入主阀的出油口5，而主阀泄油口L的泄漏油也通过开关d一并流入主阀的出油口5（因溢流阀状态时L口被封死）。

（2）遥控溢流阀

如果将图4中的开关a顺时针旋转45°，则沟通油路2的窗口被封住，本发明即构成遥控溢流阀。此时应将手动调压装置15调至压力为最大的极限位置，因而先导阀芯12右端的弹簧座靠紧先导阀套13的右端面，于是沟通油路8的窗口被封住，而沟通油路2的窗口虽被打开却为开关a所封闭，因此先导阀将失去控制作用。若将按照发明的先导阀20作为远程调压阀，并按图5连接油路，便构成遥控调压回路。

（3）定值减压阀

若将图4中的开关a、b、e均按顺时针方向旋转90°，本发明即构成定值减压阀。此时沟通油路2的窗口与主阀泄油口L相通，而上述泄油口L则通过直径为0.8毫米，长度为5毫米的节流孔与油箱相通。沟通油路8的窗口与主阀进油口4相通，进油口油路1与主阀出油口5相通，主阀出油口5借助通过孔直径为0.8毫米的开关d与泄油口L相通，以适应封闭负载（因减压阀状态L口与油箱相通）。显然，主阀出口油压P₂为受控量。当P₂因负载变动而升高时，先导阀芯12将向右移动，沟通油路8的窗口被打开。于是主阀进油口4的高压油将通过开关b流入主阀10的上腔，迫使主阀芯7下移，从而关小锥形窗口，直到P₂回到调定值，先导阀芯12才回到中位。若P₂因负载变动而降低时，先导阀芯12左移，主阀10上腔将通过沟通油路2的窗口、开关a与主阀泄油口L相通。主阀芯7在主阀进口4的高压油作用下向上移动，于是锥形窗口开大，P₂升高，直到P₂回到调定值，先导阀芯12才回到中位。可见此时系统仍是无静差的。

（4）定差减压阀

将图4中的开关c顺时针旋转90°，即构成定差减压阀。此时阀的受控量为主阀的进口油压与出口的负载压力之差，即P₁-P₂。因此，主阀出油口5的油液通过开关c被引至通油口9。

（5）内控顺序阀

若将图4中的开关d旋转90°，本发明即构成内控顺序阀。当进口油压P₁小于设定值P₁₀时，先导阀芯12向左偏移，主阀进油口4的高压油通过开关a、油路2和与其相连的窗口流入主阀10上腔，使主阀芯7下移，从而锥形窗口关闭;当P₁微大于P₁₀时，先导阀芯12回到中位并微微偏向右边，使主阀10上腔经沟通油路8的窗口、开关b向主阀泄油口L回油，因而锥形窗口被打开。因此时主阀出油口5通向负载，P₁并不因锥形窗口打开而下降，故形成开环控制，主阀芯一直上移到极限位置。压力损失基本上为零。而且泄漏也很小。

（6）外控顺序阀

若将图4中的开关d和e均逆时针旋转90°，便构成本发明的外控顺序阀，它与内控顺序阀的不同点是先导阀20内，进口油路1与主阀进油口4断开，而将外控油液通过遥控口K进入进口油路1的进口。

（7）比例压力阀

若将图1中的手动调压装置15改换成线性电磁铁，便构成比例压力阀。

按照发明所述的压力控制阀，其技术性能经实际测试表明：在各种状态下，先导阀和整个压力阀均不产生自激振荡，压力平稳，其波动值和偏移值均在0.5%左右。另一方面由于无静差而具有高启、闭精度，如溢流阀的启、闭误差为0.5%。其动态性能对于额定压力为31.5MPa，额定流量为100升/分的溢流阀，其压力超调小于5%，瞬态恢复时间为14ms，下降时间为20ms。

Claims

1、一种压力控制阀包括一个主阀和一个先导阀，其中主阀是非对称双作用差动液压缸，而先导阀则是圆柱形双边三通阀，其特征在于，

主阀(10)的主阀芯(7)是一个上端带有凸肩的柱塞，其下端设置成锥形窗口，该窗口的上面和下面分别设置有主阀进油口(4)和主阀出油口(5)，主阀芯(7)在靠近凸肩的颈部与主阀套(6′)的内腔所形成的环形空间与通向回油的泄油口(L)相通，泄油口(L)的油路依次穿过主阀套(6′)和主阀体(6)，

先导阀(20)的先导阀芯(12)设置有两个凸肩，两凸肩之间为较细的颈部，先导阀芯(12)的右端带有弹簧座，用以固定调压弹簧(11)的左端，该弹簧的另一端通过弹簧座与手动调压装置或线性电磁铁(15)相接，先导阀套(13)上的两个进(回)油窗口分别由两个径向等弧度排列的圆孔组成，上述圆孔的外侧设置有环形汇流槽分别与油路(2)和(8)相通，先导阀芯(12)左端的容腔经受控油液进口油路(1)与受控油液和遥控口(K)相通，先导阀芯(12)右端封闭腔设置有通油口(9)，先导阀体(14)内还相应设置有受控油液进口油路(1)，进(回)油窗口油路(2)和(8)，这些油路分别与先导阀套(13)上相应的油口和窗口相通。

主阀(10)上腔通过油路(C)与先导阀芯(12)颈部和先导阀套(13)所形成的容腔相通，

将上述油路(1，2，8)和油口(4，5，9，L)引向同一个集成平面，并借助一块设置有特殊油路网络的转接板(41，42，43，44，45，46)组成多功能网络，或是上述油路(1，2，8)和油口(4，5，9，L)借助于转换开关(a，b，c，d，e)也可组成多功能网格。

此外，将手动调压装置(15)改用线性电磁铁(15)还能组成比例压力阀的功能。

2、按权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述先导阀芯（12）借助右侧的调压弹簧（11）与左侧的受控油液所形成的液压力相平衡，使其在稳态时处于中位，因此所述先导阀（20）是常闭型的。

3、按权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述主阀芯（7）的上下柱塞受压面之比为1.4～2.0。

4、按权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述转接板（41，42，43，44，45，46）上设置的特殊油路网格分别相当于溢流阀，遥控溢流阀，定值减压阀，定差减压阀，内控顺序阀和外控顺序阀的工作状态。

5、按权利要求1所述的压力控制阀，其特征在于，所述转换开关（a，b，c，d，e）在与轴线相垂直的一个平面上，设置有或T形或L形或I形的通道，这些通道随开关旋转到不同的位置可使阀分别构成溢流阀，遥控溢流阀，定值减压阀，定差减压阀，内控顺序阀和外控顺序阀的工作状态。