CN104373406B - 一种变量泵的控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变量泵控制阀，由主阀和两个分别连接在主阀两端的控制阀构成。主阀包主阀体、沿X向设置在主阀体内的滑阀、沿Y向设置在主阀体内且一端伸出主阀体的偏心轴、沿Z向设置在主阀体内且下端伸出主阀体的反馈杠杆，偏心轴位于滑阀之下并穿过反馈杠杆中部的孔，还包括与偏心轴配合的左弹簧拉杆和右弹簧拉杆、两端分别与左弹簧拉杆和右弹簧拉杆的上端勾挂的拉伸弹簧；偏心轴为四级阶梯圆柱结构，其第三级圆柱与反馈杠杆中部的孔配合；反馈杠杆的下端与闭式回路双向变量泵的控制活塞连接。其能够靠较小的压力油或直流电源实现泵的远程控制，并且能够在无需更换主阀的情况下，只更换控制阀，即可实现液控与电控之间的转换。

Description

一种变量泵的控制阀

技术领域

本发明涉及液压控制部件，具体涉及一种变量泵控制阀。用于调节泵中控制活塞的活塞体左右移动，从而带动斜盘倾角变化；斜盘倾角变化使泵的排量在零与最大值之间实现无级变化；斜盘相对于水平位置的倾斜方向决定了泵的进、出油口。本发明专利适用于建筑机械、农业和林业机械、路面机械、起重机、钻机等领域的闭式泵。

背景技术

随着工程机械等领域向智能化、自动化发展的趋势，泵的控制方式实现远程控制显得尤为重要；保证控制阀在工作中既具有较高的工作精度与稳定性能，又保持较小的功率损耗，是技术的关键所在。同时该类控制阀对滑阀、阀体的形位公差要求也极为苛刻。怎样尽可能的降低加工成本，对于提升产品的竞争力同样非常重要。控制阀属于易损件，其市场需求量大。

CN201301797Y公开了“一种变量泵控制器”，其控制对象为比例电磁阀，即斜盘。压力传感器和阀芯位置传感器将压力和流量输入转换为电信号，经过模拟信号调理电路调理变化，通过A/D转换后连接到MCU，再经D/A转换而连接到放大控制电路，以达到控制流量和压力的目的。该变量泵控制器可以整定压力，流量输入成比例的对应变量泵输出的压力和流量，即输入输出信号线性化的对应。

CN102410166A公开了“一种变量泵控制装置、恒功率变量泵及工程机械”。该变量泵控制装置包括变量活塞、控制阀、辅助活塞，和调节弹簧，变量泵的工作压力作用在所述辅助活塞上，还包括L型杠杆，调节弹簧的弹力作用在所述L型杠杆的第一端，辅助活塞的推力作用在所述L型杠杆的第二端，L型杠杆的第一端和第二端之间设置有活动的力臂支点，该力臂支点随所述变量活塞的位置变化而移动。该变量泵控制装置，通过构建一套伺服机构，使得变量活塞自适应地调节变量泵的斜盘倾角以改变变量泵的排量，从而控制变量泵的总功率输出恒定，提高了总功率控制精度，使原动机的功率得到合理分配。

CN201301797Y专利主要是通过传感器来控制流量和压力。CN102410166A专利主要是恒功率泵，当泵的功率设定好时，泵的输出压力和流量的乘积是不变的，随着压力的升高流量逐渐降低。本申请主要是根据先导压力或者电流的大小直接控制变量泵的输出流量的大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种变量泵控制阀，其能够靠较小的压力油或常见的直流电源实现泵的换向及远程控制，通过控制控制阀两端压差的大小和电流的大小来控制变量泵的排量，使变量泵的排量和压差或电流成比例关系。并且能够在无需更换控制阀主阀的情况下，只更换体积较小、结构较简单的控制体，即可实现液控与电控之间的转换。

本发明所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，由主阀和两个分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀构成，其特征是：

所述主阀包括主阀体、沿X向设置在主阀体内的滑阀、沿Y向设置在主阀体内且一端伸出主阀体的偏心轴、沿Z向设置在主阀体内且下端伸出主阀体的反馈杠杆，所述偏心轴位于滑阀之下并穿过反馈杠杆中部的孔，所述主阀还包括与所述偏心轴配合的左弹簧拉杆和右弹簧拉杆、两端分别与所述左弹簧拉杆和右弹簧拉杆的上端勾挂的拉伸弹簧；

所述偏心轴为四级阶梯圆柱结构，伸出主阀体的一端为第一级圆柱，与第一级圆柱相连的为第二级圆柱，与第二级圆柱相连的为第三级圆柱，与第三级圆柱相连的为第四级圆柱，所述第三级圆柱的轴心线与偏心轴的轴心线之间有距离；所述第一级圆柱与所述主阀体螺纹配合连接并通过锁紧螺母紧固；所述第二级圆柱与所述左弹簧拉杆和右弹簧拉杆的下端部配合连接，所述第三级圆柱与所述反馈杠杆中部的孔配合，所述第四级圆柱与所述主阀体内的定位孔配合；偏心轴的第三级圆柱的轴心线与偏心轴的轴心线之间有距离（即不重合），为偏心设计，能够在安装位置做360°的轴向旋转，使得滑阀能够在轴向平移调整中位，解决因零件机加工累积误差以及安装间隙形成的误差累积起来引起的滑阀中位不能对中的问题，在一定程度上降低了相关零件的精度要求，使生产成本得到有效降低。

所述左弹簧拉杆和右弹簧拉杆构成弹弓型结构，两者中部偏下的部位夹住设在所述滑阀中部的阀芯上的下圆柱销，两者中部偏上的部位夹住设在所述反馈杠杆上端的上圆柱销；

所述反馈杠杆的下端安装在闭式回路双向变量泵的控制活塞所开的方槽内。反馈杠杆与偏心轴的第三级圆柱配合，反馈杠杆的下端安装在变量泵控制活塞的活塞体中部开设的方槽内并与方槽保持很小的间隙配合，反馈杠杆的下端和下圆柱销以偏心轴第三级圆柱为支点，形成一个杠杆。

进一步，所述主阀体与滑阀构成的是一个三位四通换向阀（三位指滑阀的左位、中位、右位三种状态，四通指上述的四路油道，阀体内油路之间的接通状态由滑阀在阀体内的三位来决定），所述主阀体内形成四路油路，分别为高压油路、低压油路、左控制油路、右控制油路，高压油路的油口连接变量泵的补油泵(辅助泵)输出油口、低压油路的油口连接低压腔（泵腔）、左控制油路的油口连接控制活塞左腔、右控制油路的油口连接控制活塞右腔。

进一步，所述滑阀有四个控制边，每个控制边上均开设有节流槽。

所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为液控阀，所述液控阀包括液控阀体和设在其内的液控阀芯；一液控阀固定连接在所述主阀的一端并与远程控制油连通，该液控阀的液控阀芯与所述滑阀一端紧靠；另一液控阀固定连接在所述主阀的另一端并与远程控制油连通，该另一液控阀的液控阀芯与所述滑阀的另一端紧靠。

所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为比例电磁阀（控制电压DC24V，工作电流200mA～600mA，电磁力为35～80N，如PM-6H-045），两个比例电磁阀分别与控制电源连接。两个比例电磁阀和两个液控阀一样，都是将外部的控制信号转换为作用在滑阀上的轴向力。

本发明的有益效果：能够靠较小的压力油或常见的直流电源实现变量泵的换向及远程控制，通过控制控制阀两端压差的大小和电流的大小来控制变量泵的排量，使变量泵的排量和压差或电流成比例关系。并且能够在无需更换控制阀主阀的情况下，只更换体积较小、结构较简单的控制阀，即可实现液控与电控之间的转换。

附图说明

图1是本发明的结构示意框图；

图2是本发明的控制阀采用液控阀的结构示意图；

图3是图2的A－A剖视图；

图4是滑阀的结构示意图；

图5是偏心轴的结构示意图；

图6是图2的局部放大示意图；

图7是滑阀处于中位时的示意图；

图8是滑阀处于左位时的示意图；

图9是本发明的控制阀采用电磁阀的工作曲线图。

图中：1－主阀体，2－滑阀，3－反馈杠杆，4－左弹簧拉杆，41－右弹簧拉杆，5－拉伸弹簧，6－偏心轴，7－下圆柱销，71－上圆柱销，8－锁紧螺母，9－液控阀体，10－液控阀芯；

21－节流槽，22－控制边，61－第一级圆柱，62－第二级圆柱，63－第三级圆柱，64－第四级圆柱；

FC1－滑阀所受控制信号1产生的作用力，FC2－滑阀所受控制信号2产生的作用力，ΔFc－滑阀所受控制信号产生的作用力之差，Fs－拉伸弹簧初始拉力；

a－拉伸弹簧力作用在支点上的力臂，

b－反馈杠杆上端的上圆柱销到支点（即偏心轴第三级圆柱）的距离，

c－反馈杠杆下端到支点的距离，

d－滑阀中部的下圆柱销到支点（即偏心轴第三级圆柱）的距离，

P－高压油(接补油泵压力输出口)，

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：参见图1至图8，一种闭式回路双向变量泵的控制阀，由主阀和两个分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀构成，其突出的实质性特点是：

所述主阀包括主阀体1、沿X向（即左右向）设置在主阀体内的滑阀2、沿Y向（即前后向）设置在主阀体内且一端伸出主阀体的偏心轴6、沿Z向（即上下向）设置在主阀体内且下端伸出主阀体的反馈杠杆3，所述偏心轴位于滑阀之下并穿过反馈杠杆中部的孔，所述主阀还包括与所述偏心轴配合的左弹簧拉杆4和右弹簧拉杆41、两端分别与所述左弹簧拉杆和右弹簧拉杆的上端勾挂的拉伸弹簧5；

所述偏心轴6为四级阶梯圆柱结构，伸出主阀体的一端为第一级圆柱61，与第一级圆柱相连的为第二级圆柱62，与第二级圆柱相连的为第三级圆柱63，与第三级圆柱相连的为第四级圆柱64，所述第三级圆柱的轴心线与偏心轴的轴心线之间有距离；所述第一级圆柱61与所述主阀体1螺纹配合连接并通过锁紧螺母8紧固；所述第二级圆柱62与所述左弹簧拉杆4和右弹簧拉杆41的下端部配合连接，所述第三级圆柱63与所述反馈杠杆3中部的孔配合，所述第四级圆柱64与所述主阀体1内的定位孔配合；偏心轴的第三级圆柱的轴心线与偏心轴的轴心线之间有距离（即不重合），为偏心设计，能够在安装位置做360°的轴向旋转，使得滑阀能够在轴向平移调整中位，解决因零件机加工累积误差以及安装间隙形成的误差累积起来引起的滑阀中位不能对中的问题，在一定程度上降低了相关零件的精度要求，使生产成本得到有效降低。

所述左弹簧拉杆4和右弹簧拉杆41构成弹弓型结构，两者中部偏下的部位夹住设在所述滑阀2中部阀芯上的下圆柱销7，两者中部偏上的部位夹住设在所述反馈杠杆3上端的上圆柱销71；

所述反馈杠杆3的下端安装在闭式回路双向变量泵的控制活塞所开的条形槽内。反馈杠杆与偏心轴的第三级圆柱配合，反馈杠杆的下端安装在变量泵控制活塞的活塞体中部开设的方槽内并与方槽保持很小的间隙配合，反馈杠杆的下端和下圆柱销以偏心轴第三级圆柱为支点，形成一个杠杆。

进一步，所述主阀体1与滑阀2构成的是一个三位四通换向阀（三位指滑阀的左位、中位、右位三种状态，四通指上述的四路油道，阀体内油路之间的接通状态由滑阀在阀体内的三位来决定），所述主阀体内形成四路油路，分别为高压油路、低压油路、左控制油路、右控制油路，高压油路的油口连接变量泵的补油泵(辅助泵)输出油口、低压油路的油口连接低压腔(泵腔)、左控制油路的油口连接控制活塞左腔、右控制油路的油口连接控制活塞右腔。

进一步，所述滑阀2有四个控制边22，每个控制边上均开设有节流槽21。滑阀中部开有一贯通的槽，并在阀芯的中心、垂直于槽的方向安装一下圆柱销。左弹簧拉杆或右弹簧拉杆能将受到的力通过下圆柱销传递给滑阀。当滑阀在中位时，四个控制边均处于零开口，高压油路、低压油路、左控制油路、右控制油路均通过滑阀的控制边开设的节流槽在主阀体内形成的通路接通。滑阀在左位时(阀芯在主阀体内向右移动)，高压油路与左控制油路接通，与右控制油路断开；低压油路与右控制油路接通，与左控制油路断开。滑阀在右位时(阀芯在阀体内向左移动)，高压油路与右控制油路接通，与左控制油路断开；低压油路与左控制油路接通，与右控制油路断开。上述的“左”、“右”因参照方向的选择而不同。

所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为液控阀，所述液控阀包括液控阀体9和设在其内的液控阀芯10；一液控阀固定连接在所述主阀的一端并与远程控制油连通，该液控阀的液控阀芯与所述滑阀2一端紧靠；另一液控阀固定连接在所述主阀的另一端并与远程控制油连通，该另一液控阀的液控阀芯与所述滑阀2的另一端紧靠。

实施例二：参见图1和图9，所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为电磁阀，两个电磁阀分别与控制电源连接。两个电磁阀均为比例电磁阀（控制电压DC24V，工作电流200mA～600mA，电磁力为35～80N，如PM-6H-045）和两个液控阀一样，都是将外部的控制信号转换为作用在滑阀上的轴向力。

本发明专利安装在双向闭式变量泵（简称变量泵）的换向活塞上，通过外部接入主阀体两端的信号，进而控制换向活塞使斜盘产生倾斜，从而控制变量泵的输出流量。

采用液控阀控制时，两组控制变量之间的差值与变量泵的排量成线性比例关系，其控制始、终点为差值0.6MP、1.8MPa，或(-0.6MP)、(-1.8MPa)。

采用电磁阀控制时，由两组24V的直流电压提供的控制电流、或者由两组12V的直流电压提供的控制电流，来控制变量泵达到改变排量的目的。

当采用24V直流电压时，控制始、终点为差值200mA、600mA，或(-200mA)、(-600mA)；

当采用12V直流电压时，控制始、终点为差值400mA、1200mA，或(-400mA)、(-1200mA)。

“正负”表示变量泵进、出油口之间的转换，在控制范围内调节控制参数的大小可无级改变变量泵的排量；当控制参数小于控制起点时，变量泵排量为零；当控制参数大于控制终点时，变量泵保持全排量。

本发明的工作原理如下：

参见图7和图8。图中：FC1－滑阀所受控制信号1产生的作用力，FC2－滑阀所受控制信号2产生的作用力，ΔFc－滑阀所受控制信号产生的作用力之差，Fs－拉伸弹簧初始拉力；

a－拉伸弹簧力作用在支点上的力臂，

b－反馈杠杆上端的上圆柱销到支点（即偏心轴第三级圆柱）的距离，

P－高压油(接补油泵压力输出口)，

T－低压油(接泵腔)。

变量泵在初始状态时，其控制活塞的活塞体处于中部位置，变量泵的斜盘处于水平位置，倾角为零，变量泵的排量也为零。主阀体内的滑阀的开口量决定了变量泵的控制活塞左腔或者右腔的压力和流量，这样就决定了变量泵的控制活塞的活塞体运动方向和速度。

当滑阀处于中位时（参见图7），此时的拉伸弹簧有着一个拉伸弹簧初始拉力Fs，拉伸弹簧初始拉力决定了ΔFc需要大于一定值，才能够使滑阀产生位移。若主阀体左边的控制信号增大，即Fc1增大，即ΔFc=Fc1-Fc2增大，当ΔFc×b＞Fs×a时，滑阀将向右移动，带动右弹簧拉杆绕支点（即偏心轴第三级圆柱）顺时针旋转，并使高压油P与变量泵控制活塞左腔油路之间的开口增加，与控制活塞右腔油路之间的开口减小至断开；同时使低压油T与控制活塞左腔油路之间的开口减小至断开，与控制活塞右腔油路之间的开口增加。变量泵控制活塞中的活塞体在高压油P(来自变量泵的补油泵)的作用下向右移动，同时带动反馈杠杆下端绕支点（即偏心轴第三级圆柱）逆时针旋转，使左弹簧拉杆与右弹簧拉杆的上端之间的距离继续增大，即拉伸弹簧的拉伸量继续增大，拉伸弹簧初始拉力Fs增大。

当滑阀处于左位时（参见图8），拉伸弹簧初始拉力Fs×a＞ΔFc×b时，滑阀中部的下圆柱销受到来自右弹簧拉杆传递的弹簧拉力，开始向左移动，使高压油P与变量泵控制活塞左腔油路之间的开口逐渐减小，开口越小，活塞的运动速度越慢。滑阀最终停留在平衡点(实际是一种在平衡点进行左右微小颤动的动态平衡状态)，满足平衡条件ΔFc×b=Fs×a。通过控制ΔFc的大小，就可以调节控制活塞的活塞体停留位置，从而改变变量泵的排量。

滑阀右位的调节原理与左位调节原理一样，当ΔFc为负值时，泵控制活塞的活塞体向左移动，当斜盘倾角跨过水平位置并反向增加时(相对于滑阀左位时斜盘倾斜方向)，变量泵的输出口与输入口之间互相转变。

Claims (5)

1.一种闭式回路双向变量泵的控制阀，由主阀和两个分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀构成，其特征是：所述主阀包括主阀体（1）、沿X向设置在主阀体内的滑阀（2）、沿Y向设置在主阀体内且一端伸出主阀体的偏心轴（6）、沿Z向设置在主阀体内且下端伸出主阀体的反馈杠杆（3），所述偏心轴位于滑阀之下并穿过反馈杠杆中部的孔，所述主阀还包括与所述偏心轴配合的左弹簧拉杆（4）和右弹簧拉杆（41）、两端分别与所述左弹簧拉杆（4）和右弹簧拉杆（41）的上端勾挂的拉伸弹簧（5）；

所述偏心轴（6）为四级阶梯圆柱结构，伸出主阀体的一端为第一级圆柱（61），与第一级圆柱相连的为第二级圆柱（62），与第二级圆柱相连的为第三级圆柱（63），与第三级圆柱相连的为第四级圆柱（64），所述第三级圆柱（63）的轴心线与偏心轴的轴心线之间有距离；所述第一级圆柱（61）与所述主阀体（1）螺纹配合连接并通过锁紧螺母（8）紧固；所述第二级圆柱（62）与所述左弹簧拉杆（4）和右弹簧拉杆（41）的下端部配合连接，所述第三级圆柱（63）与所述反馈杠杆（3）中部的孔配合，所述第四级圆柱（64）与所述主阀体（1）内的定位孔配合；

所述左弹簧拉杆（4）和右弹簧拉杆（41）构成弹弓型结构，两者中部偏下的部位夹住设在所述滑阀（2）中部的阀芯上的下圆柱销（7），两者中部偏上的部位夹住设在所述反馈杠杆（3）上端的上圆柱销（71）；

所述反馈杠杆（3）的下端安装在闭式回路双向变量泵的控制活塞所开的方槽内。

2.根据权利要求1所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其特征是：所述主阀体（1）与滑阀（2）构成的是一个三位四通换向阀，所述主阀体内形成四路油路，分别为高压油路、低压油路、左控制油路、右控制油路，高压油路的油口连接变量泵的补油泵输出油口、低压油路的油口连接低压腔、左控制油路的油口连接控制活塞左腔、右控制油路的油口连接控制活塞右腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其特征是：所述滑阀（2）有四个控制边（22），每个控制边上均开设有节流槽（21）。

4.根据权利要求1或2所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其特征是：所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为液控阀，所述液控阀包括液控阀体（9）和设在其内的液控阀芯（10）；一液控阀固定连接在所述主阀的一端并与远程控制油连通，该液控阀的液控阀芯与所述滑阀（2）一端紧靠；另一液控阀固定连接在所述主阀的另一端并与远程控制油连通，该另一液控阀的液控阀芯与所述滑阀（2）的另一端紧靠。

5.根据权利要求1或2所述的一种闭式回路双向变量泵的控制阀，其特征是：所述分别连接在主阀两端的左控制阀、右控制阀为比例电磁阀，两个比例电磁阀分别与控制电源连接。