CN104196795B - 气液补偿阀及具有该气液补偿阀的闭环液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液补偿阀及具有该气液补偿阀的闭环液压系统，属于液压系统领域。所述气液补偿阀包括：导管、阀体、增压缸、活塞、弹簧和推力机构，阀体为两端截面积不同的筒状结构，阀体套装在导管上，阀体的小头端与导管密封连接，活塞密封滑动安装在阀体的大头端内壁与导管外壁之间；增压缸密封滑动安装于阀体内壁与导管外壁之间，且增压缸分别密封形成液腔和气腔；导管上对应液腔处设有油孔，气腔内充有气体；弹簧套装在导管上对应活塞外侧的位置，弹簧一端与活塞外侧相抵，弹簧另一端与推力机构相连，推力机构包括曲柄推杆和环状结构的滑块。本发明通过采用两端截面积不同的阀体实现调压功能，体积较小，且可扩展为具有补偿功能的组件。

Description

气液补偿阀及具有该气液补偿阀的闭环液压系统

技术领域

本发明涉及液压系统领域，特别涉及一种气液补偿阀及具有该气液补偿阀的闭环液压系统。

背景技术

对于高精度的闭环液压系统，其反应速度的精确性和平稳性，一般可通过物理性与逻辑性两方面进行调控。其中，常规意义上的物理性调控，是在闭环液压系统中增加减震性的阀件(例如，减压阀和平衡性阀件等)来降低系统中压力的波动，从而提高系统的稳定性。逻辑性调控，是依靠各元件的逻辑关系的叠加，通过伺服反馈至放大器，对闭环液压系统频率特性进行分析后，判断系统的稳定性，并予以校正。

现有技术中，提供了一种气液缓冲器，它由液室、气室、缸体、柱塞、节流调节芯棒、气液隔离活塞等结构组成，其中，柱塞在缸体内，并与缸体配合形成液室，气液隔离活塞在柱塞内，并与柱塞配合形成气室，节流调节芯棒的一端与缸体固定连接，节流调节棒的另一端与柱塞上的节流孔配合形成节流面积。当冲击物碰撞到柱塞时，柱塞向缸体内运动，压缩液室，将冲击能转化为液压能，液室中的油液在压力作用下流入柱塞液室，消耗液压能，即吸收冲击能，起到缓冲减震的作用，在油液流入柱塞液室的过程中，会通过气液隔离活塞压缩气室中的空气，当气液缓冲器完成一次冲击能的吸收后，气室空气压力又可以推动气液隔离活塞，使柱塞液室中的油液流回液室，柱塞在油液推动下回到初始位置。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于液室的作用面积比气室的作用面积大，为了达到比较好的缓冲作用，在液室和气室的空间都较大，导致了该气液缓冲器必须独立安装在闭环液压系统外，不利于气液缓冲器与闭环液压系统的集成，且该气液缓冲器只能在气液隔离活塞的移动下进行自我调节，当闭环液压系统中压力变化比较大时，这种调节往往收效甚微。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明实施例提供了一种气液补偿阀及具有该气液补偿阀的闭环液压系统。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种气液补偿阀，所述气液补偿阀包括：导管、阀体、增压缸、活塞、弹簧和推力机构，

所述阀体为两端截面积不同的筒状结构，所述阀体套装在所述导管上，所述阀体的小头端与所述导管密封连接，所述活塞密封滑动安装在所述阀体的大头端内壁与所述导管外壁之间；

所述增压缸密封滑动安装于所述阀体内壁与所述导管外壁之间，且所述增压缸的一端与所述阀体的小头端和所述导管密封形成液腔，所述增压缸的另一端与所述阀体的大头端、所述导管和所述活塞密封形成气腔；

所述导管上对应所述液腔处设有油孔，所述气腔内充有气体；

所述弹簧套装在所述导管上对应所述活塞外侧的位置，所述弹簧一端与所述活塞外侧相抵，所述弹簧另一端与所述推力机构相连，所述推力机构包括曲柄推杆和环状结构的滑块，所述曲柄推杆一端用于与电机的输出轴连接，所述曲柄推杆另一端与所述滑块连接，所述滑块套装在所述导管上，且所述滑块与所述弹簧相抵触，所述滑块的内径与所述导管的外径相配合。

进一步地，所述液腔中的油液的作用面积与所述气腔中的气体的作用面积比满足1:7～1:15。

优选地，所述液腔中的油液的作用面积与所述气腔中的气体的作用面积比为1:7。

进一步地，所述活塞外侧与所述弹簧之间安装有限位挡块。

可选地，所述限位挡块通过螺纹连接方式套装在所述导管上

可选地，所述气体为惰性气体或者去除氧气后的空气。

可选地，所述惰性气体为氮气或氦气中的一种或多种。

优选地，所述导管的一端设有螺纹，所述导管的另一端设有螺纹或法兰。

另一方面，本发明实施例提供了一种闭环液压系统，所述闭环液压系统包括油箱、液压泵、补油装置、油缸、传感器、控制器和放大器，所述液压泵的两端分别与所述油缸的两端连接，所述油箱与所述补油装置的进油口连接，所述补油装置两端的出油口分别与所述油缸的两端连接，所述传感器安装在所述油缸的输出端，所述闭环液压系统还包括如一方面所述的气液补偿阀，所述气液补偿阀的推力机构通过电机与所述控制器连接，所述气液补偿阀的导管的一端与所述油缸连接，所述气液补偿阀的导管的另一端密封或与所述液压泵的一端连接。

优选地，所述补油装置包括第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀的出油口与所述油缸的一端连接，所述第二单向阀的出油口与所述油缸的另一端连接，所述第一单向阀的进油口和所述第二单向阀的进油口分别与所述油箱连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过采用两端截面的面积不同的阀体，使液腔中的油液的作用面积小于气腔中的气体的作用面积，有效地减小了气液补偿阀的体积，便于与闭环液压系统的集成，采用增压缸实现液腔与气腔的压力快速平衡，使气液补偿阀在起缓冲作用时，系统变化更平稳，且在导管的另一端安装有弹簧，在系统的中压力过大时，活塞可以压缩弹簧以扩大气腔的体积，在系统的压力过小时，通过外力使弹簧推动活塞滑动以缩小气腔的体积，从而起到补偿系统压力的作用，操作十分简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种气液补偿阀的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种闭环液压系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种气液补偿阀，参见图1，该气液补偿阀包括：导管1、阀体2、增压缸3、活塞4、弹簧51和推力机构52，阀体2为两端截面积不同的筒状结构，阀体2套装在导管1上，阀体2的小头端与导管1密封连接，活塞4密封滑动安装在阀体2的大头内壁与导管1外壁之间；增压缸3密封滑动安装于阀体2内壁与导管1外壁之间，且增压缸3的一端与阀体1的小头端和导管1密封形成液腔6，增压缸3的另一端与阀体2的大头端、导管1和活塞4密封形成气腔7；导管1上对应液腔6处设有油孔8，气腔7内充有气体；弹簧51套装在导管1上对应活塞4外侧的位置，弹簧51一端与活塞4外侧相抵，弹簧4另一端与推力机构52相连接，推力机构52包括曲柄推杆521和环状结构的滑块522，曲柄推杆521一端用于与电机(图未示)的输出轴连接，曲柄推杆521另一端与滑块522连接，滑块522套装在导管1上，且滑块522与弹簧51相抵触，滑块的内径与导管1的外径相配合。

具体地，该气液补偿阀可应用于受温度影响比较大的高精度执行机构中或者环境比较恶劣的工程机械中或者具有较高柔性控制要求的转动机构中等。

实现时，增压缸3可以采用气液增压缸。增压缸3可以将两侧的油液或气体的压强按比例进行转换，在液腔6中的油液的作用面积和气腔7中的气体的作用面积不变的情况下，可以快速实现压力的转化，进而有效地保证闭环液压系统的稳定性。

在本实施例中，阀体2两端截面积不同，液腔6形成于阀体2的小头端，气腔7形成于阀体2的大头端，使得液腔6中的油液的作用面积小于气腔7中的气体的作用面积，液腔6中的油液的作用面积与气腔7中的气体的作用面积比满足1:7～1:15。优选地，液腔6中的油液的作用面积与气腔7中的气体的作用面积比为1:7。在实际应用中，液腔6中的油液的作用面积与气腔7中的气体的作用面积比还可以根据气腔7中的气体的压力与闭环液压系统中的正常的工作油压比确定。

其中，气体可以为惰性气体或者去除氧气后的空气。进一步地，惰性气体可以为氮气或氦气中的一种或多种。由于惰性气体或者去除氧气后的空气对且接触的各部件的几乎没有腐蚀性，可以极大地延长该阀的使用寿命。

在本实施例中，导管1上设有活动安装的限位挡块9，限位挡块9位于在活塞4外侧与弹簧5之间。实现时，限位挡块9在导管上的安装极限位置(即限位挡块距离阀体2与导管1密封连接的那一端最远时)，在增压缸3的滑动过程中，当增压缸3的一端刚好到达液腔6与气腔7的交接处时，使增压缸3另一端、活塞4和限位挡块9刚好接触，以防止增压缸3完全脱离液腔6。具体地，限位挡块9可以通过螺纹方式套装在导管1上，例如，限位挡块9可以是螺母。当限位挡块9卸下时，活塞4可压缩弹簧51以扩大气腔7的体积，弹簧5也可推动活塞4滑动以缩小气腔7的体积。当闭环液压系统中的压力变化不大即该阀主要起缓冲作用时，系统的压力变化可以直接采用增压缸的自动滑动进行调节，此时，限位挡块固定在前述极限位置；当闭环液压系统中的压力变化比较大即需要该阀主要起补偿作用时，可以卸下限位挡块，通过弹簧和活塞相互作用，对系统的压力进行调节。

实现时，电机的输入轴可以与闭环液压系统中的控制器进行连接，并根据控制器的指令，实现自身的正转或者反转，以通过推力机构压缩或者拉伸弹簧51，进而改变气腔的体积。具体地，曲柄推杆521可以包括第一推杆和第二推杆，第一推杆一端用于与电机的输出轴连接，第一推杆另一端与第二推杆一端铰接，第二推杆另一端与滑块连接。

在本实施例中，导管1的一端设有螺纹，导管1的另一端设有螺纹或法兰，以便导管与闭环液压系统串联或者连接在闭环液压系统外。

实现时，阀体2与导管密封连接处、增压缸3与阀体2的内壁之间以及活塞4与阀体2之间均设有密封体，以保证该阀的密封性。

需要说明的是，在其他的实现方式中，也可以将滑块522设为方形，并在导轨1上对应滑块522设有滑槽，以实现滑块522的滑动。

下面简要介绍该气液补偿阀的工作过程：

在闭环液压系统中的压力变化不大时，限位挡块固定安装在导管上，当液腔中的油液的压力大于气腔中气体的压力(即需要降低系统的压力)时，增压缸在油液压力的作用下向气腔一侧移动直到两腔的压力达到平衡，当液腔中的油液的压力小于气腔中气体的压力(即需要增大系统的压力)时，增压缸在气体压力的作用下向液腔一侧移动直到两腔的压力达到平衡，当液腔中的油液的压力等于气腔中气体的压力(即系统的压力不需要调节)时，增压缸保持不动。

在闭环液压系统中的压力变化比较大时，将限位挡块卸下，根据控制器分析结果，当需要增大系统压力时，通过推力机构压缩弹簧，推动活塞向增压缸一侧移动，减小气腔的体积，同时增大液腔中油液的压力，进而增大系统的压力；当需要减小系统压力时，由于限位挡块已经卸下，活塞可以向弹簧一侧自由移动，使气腔的体积变大，气体的压力变小，油液的压力推动增压缸向气腔侧移动更多，进而减小系统的压力。

本发明实施例通过采用两端截面的面积不同的阀体，使液腔中的油液的作用面积小于气腔中的气体的作用面积，有效地减小了气液补偿阀的体积，便于与闭环液压系统的集成，采用增压缸实现液腔与气腔的压力快速平衡，使气液补偿阀在起缓冲作用时，系统变化更平稳，且在导管的另一端安装有弹簧，在系统的中压力过大时，活塞可以压缩弹簧以扩大气腔的体积，在系统的压力过小时，通过外力使弹簧推动活塞滑动以缩小气腔的体积，从而起到补偿系统压力的作用，操作十分简便。

实施例二

本发明实施例提供了一种闭环液压系统，参见图2，闭环液压系统包括油箱10、液压泵20、补油装置30、油缸40、传感器50、控制器60和放大器70，液压泵20的两端分别与油缸40的两端连接，油箱10与补油装置30的进油口30a连接，补油装置30两端的出油口30b、30c分别与油缸40的两端连接，传感器50安装在油缸40的输出端，闭环液压系统还包括如实施例一气液补偿阀80，气液补偿阀80的推力机构通过电机(图未示)与控制器60连接，气液补偿阀80的导管80a的一端与油缸40连接，气液补偿阀80的导管80a的另一端密封或与液压泵20的一端连接。

实现时，油缸40可以为双作用油缸。传感器50可以采用无线传感器，具体地，传感器50采用位移传感器。控制器60可以是PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑)控制器。

在本实施例中，补油装置30包括第一单向阀31和第二单向阀32，第一单向阀31的出油口31a与油缸40的一端连接，第二单向阀32的出油口32a与油缸40的另一端连接，第一单向阀31的进油口31b和第二单向阀32的进油口32b分别与油箱10连接。

实现时，该闭环液压系统还可以包括压力表90，以实时监测系统的压力值。

传感器实时检测油缸的行程及加速度，并将测量信号传输回控制器，有由控制器与初始设定值(与时间有关)进行比较，并给出差动值信号，差动值信号经过放大器放大后，反馈给气液补偿阀，然后由气液补偿阀进行增压或者减压控制。

需要说明的是，气液补偿阀的控制精度取决于测量点选取周期、传感器的测量精度、阀体内的导入力的大小、密封件的泄漏量、增压缸的传递效率等因素。

本发明实施例通过采用两端截面的面积不同的阀体，使液腔中的油液的作用面积小于气腔中的气体的作用面积，有效地减小了气液补偿阀的体积，便于与闭环液压系统的集成，采用增压缸实现液腔与气腔的压力快速平衡，使气液补偿阀在起缓冲作用时，系统变化更平稳，且在导管的另一端安装有弹簧，在系统的中压力过大时，活塞可以压缩弹簧以扩大气腔的体积，在系统的压力过小时，通过外力使弹簧推动活塞滑动以缩小气腔的体积，从而起到补偿系统压力的作用，操作十分简便。另外，传感器可以实时采集油缸的行程及速度，以便控制器实时改变其控制量，进而实时对闭环液压系统的压力进行控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种气液补偿阀，其特征在于，所述气液补偿阀包括：导管、阀体、增压缸、活塞、弹簧和推力机构，

所述阀体为两端截面积不同的筒状结构，所述阀体套装在所述导管上，所述阀体的小头端与所述导管密封连接，所述活塞密封滑动安装在所述阀体的大头端内壁与所述导管外壁之间；

所述增压缸密封滑动安装于所述阀体内壁与所述导管外壁之间，且所述增压缸的一端与所述阀体的小头端和所述导管密封形成液腔，所述增压缸的另一端与所述阀体的大头端、所述导管和所述活塞密封形成气腔；

所述导管上对应所述液腔处设有油孔，所述气腔内充有气体；

所述弹簧套装在所述导管上对应所述活塞外侧的位置，所述弹簧一端与所述活塞外侧相抵，所述弹簧另一端与所述推力机构相连，所述推力机构包括曲柄推杆和环状结构的滑块，所述曲柄推杆一端用于与电机的输出轴连接，所述曲柄推杆另一端与所述滑块连接，所述滑块套装在所述导管上，且所述滑块与所述弹簧相抵触，所述滑块的内径与所述导管的外径相配合。

2.根据权利要求1所述的气液补偿阀，其特征在于，所述液腔中的油液的作用面积与所述气腔中的气体的作用面积比满足1:7～1:15。

3.根据权利要求2所述的气液补偿阀，其特征在于，所述液腔中的油液的作用面积与所述气腔中的气体的作用面积比为1:7。

4.根据权利要求1所述的气液补偿阀，其特征在于，所述活塞外侧与所述弹簧之间安装有限位挡块。

5.根据权利要求4所述的气液补偿阀，其特征在于，所述限位挡块通过螺纹连接方式套装在所述导管上。

6.根据权利要求1所述的气液补偿阀，其特征在于，所述气体为惰性气体或者去除氧气后的空气。

7.根据权利要求6所述的气液补偿阀，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氦气中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的气液补偿阀，其特征在于，所述导管的一端设有螺纹，所述导管的另一端设有螺纹或法兰。

9.一种闭环液压系统，所述闭环液压系统包括油箱、液压泵、补油装置、油缸、传感器、控制器和放大器，所述液压泵的两端分别与所述油缸的两端连接，所述油箱与所述补油装置的进油口连接，所述补油装置两端的出油口分别与所述油缸的两端连接，所述传感器安装在所述油缸的输出端，其特征在于，所述闭环液压系统还包括如权利要求1-8任一项所述的气液补偿阀，所述气液补偿阀的推力机构通过电机与所述控制器连接，所述气液补偿阀的导管的一端与所述油缸连接，所述气液补偿阀的导管的另一端密封或与所述液压泵的一端连接。

10.根据权利要求9所述的闭环液压系统，其特征在于，所述补油装置包括第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀的出油口与所述油缸的一端连接，所述第二单向阀的出油口与所述油缸的另一端连接，所述第一单向阀的进油口和所述第二单向阀的进油口分别与所述油箱连接。