CN105090600B - 一种电液比例溢流阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电液比例溢流阀，包括溢流阀、先导阀和电液换向阀，溢流阀主阀座安装主阀体内，外表面与主阀体配合，内表面与主阀芯配合，主阀芯通过弹簧实现复位与部分密封；电液换向阀阀体右端开有引入高压油的流道，电磁阀阀芯右端安装有弹簧，通过弹簧力、液压力和电磁力的共同作用实现电液换向阀阀芯的轴向运动；先导阀阀芯、先导阀阀体和盖板构成推缸结构，通过电液换向阀来控制先导阀阀芯的轴向运动，取代了传统使用大刚度的调压弹簧来调节溢流阀的压力，提高了系统的调节压力。通过改变电磁力的大小来改善溢流阀的稳定性，提高溢流阀的控制精度，适用于高压大流量液压控制系统。

Description

一种电液比例溢流阀
技术领域
本发明涉及流体控制领域，尤其涉及一种电液比例溢流阀。
背景技术
溢流阀在液压系统中起调压阀和安全阀的作用，在锻压同步控制系统、机床进给系统、汽车转向系统和船舶调距桨等电液系统的多级压力控制中得到了广泛应用。从手动型溢流阀、电磁溢流阀到现在出现的数字溢流阀，由于液压高端装备的迅猛发展，对溢流阀提出更高的要求，同时也为发展响应灵敏度高、调压范围大、调压偏差小、压力超调量小，振动噪声小的溢流阀提供了广阔的市场空间。
在当前的工程机械系统中，比例溢流阀按照控制功率大小的不同，分直动式和先导式两种。直动式比例溢流阀控制功率比较小，主要的作为先导阀，控制功率放大级主阀，构成先导式压力阀；目前先导式比例溢流阀有间接检测先导式比例溢流阀和直接检测先导式比例溢流阀。在间接检测先导式比例溢流阀中，主阀中的各种干扰量，如摩擦力、液动力等得不到抑制，因此其压力偏差和超调量都较大。直接检测先导式比例溢流阀的先导阀芯右端的电磁力与左端推杆上的液压力直接比较，这样消除了主阀中液动力、弹簧力等因素对调压特性的影响，大大减小了调压偏差。
对比例溢流阀的设计，主要围绕调压范围和稳定性来展开。在调压范围方面，与传统的利用先导阀弹簧调节系统压力不同，它是通过电磁铁产生的电磁力和推杆直接作用在先导阀阀芯上，控制先导阀阀芯的轴向运动，实现对系统压力的调压，改变电磁力的大小便可调整系统的压力（如参考专利EP0826914A1）。在稳定性方面，通过液阻网络结构作为先导回路，通过合理的参数匹配，使系统的调压偏差接近零，提高液压系统的控制精度（如参考专利200610032281.4）；或者在主阀体上开阻尼孔，将一部分油液通过阻尼孔引入先导阀内作用在先导阀阀芯上，改善先导阀阀芯的稳定性，也能消除阻尼孔带来的后腔压力向先导阀阀芯传递过程中的非线性影响（如参考专利201310394158.7）。
在调压范围和稳定性方面，以上的发明在一定程度上克服了现有溢流阀的缺点，但仍有一些不足。
先导阀弹簧刚度不足或容易疲劳影响溢流阀使用寿命。由于系统压力的变化，先导式比例溢流阀在工作过程中先导阀阀芯经常处于闭合—开启状态，对先导阀弹簧的负担比较大，容易使得弹簧疲劳，影响溢流阀的溢流压力。
溢流阀工作时的依然存在一定的超调量和调压偏差。由于传统的先导式溢流阀主要还是通过调节先导弹簧来调节溢流阀的溢流压力，由于弹簧本身的结构特性，使得存在一定的超调量，由于整个溢流阀的压力传递过程是一个开环的传递关系，所以系统依然存在一定的调压偏差。
先导阀阀座或者阀芯的磨损使得整个溢流阀报废。由于系统工作过程中压力的变化，使得先导阀阀芯经常处于开启—闭合的工作状态，从而使得先导阀阀芯与先导阀阀座频繁碰撞，不仅产生噪音污染，还会使得先导阀阀芯或者先导阀阀座磨损，进而影响密封，降低溢流阀的性能，甚至使得溢流阀报废，特别是在高压情况下，磨损现象更严重，溢流阀需要常常更换，增加了成本。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种电液比例溢流阀，加了调压范围，提高了溢流阀的性能。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种新型电液比例溢流阀，包括一直动式的溢流阀，所述溢流阀上端紧密固定有一先导阀，所述先导阀包括一中部沿横向贯通的先导阀阀体、分别紧密固定于先导阀阀体左、右腔的先导阀阀座和盖板和位于所述先导阀阀座和盖板之间且沿先导阀阀体左、右腔横向滑动的先导阀阀芯，所述先导阀阀芯的一端呈锥形且与所述先导阀阀座中部通孔紧密配合，另一端设有一凸肩，所述凸肩的左、右两侧分别与先导阀阀体右腔形成B腔和A腔；所述先导阀阀座底端自左向右开设有一与所述先导阀阀座中部通孔相连通阻尼孔c；所述先导阀阀芯经一位于先导阀上端的电液换向阀驱动；位于溢流阀底部的进油口P经一流道a与先导阀阀体左腔相连通；所述先导阀阀体上还开设有一与所述流道a相连通的流道b，所述流道b与所述电液换向阀的进油口P1相连通，所述电液换向阀的内腔还与先导阀阀体右腔相连通；所述电液换向阀的内腔右端还经一阻尼孔e与所述流道b相连通；所述先导阀阀座中部通孔经一阻尼孔g与所述溢流阀上腔相连通。
进一步的，所述溢流阀包括一中部沿纵向贯通的主阀体，所述主阀体内固定有一主阀座，所述主阀座上端面与所述主阀体上端面平行；所述主阀座内滑动套设有一主阀芯，所述主阀芯的下端呈锥形，且与所述阀座底部的锥形通孔紧密配合；所述主阀座内腔经所述锥形通孔与位于主阀体底部的进油口P相连通，所述主阀体一侧还横向开设有一出油口T，所述出油口T延伸至所述主阀座内腔，所述主阀芯的上端面与所述主阀座的上端面之间固定连接有一弹簧且形成所述溢流阀上腔。
进一步的，所述出油口T经一阻尼孔f与所述先导阀阀体内腔相连通。
进一步的，所述先导阀阀座与所述先导阀阀体过盈配合连接。
进一步的，所述流道a包括一设置于主阀体内的流道a1和与所述流道a1连通且设置于先导阀阀体内的流道a2,所述流道a1与所述进油口P连通，所述流道a2与所述先导阀阀体左腔和流道b连通。
进一步的，所述电液换向阀包括一中部横向贯通的换向阀阀体、对称设置于所述换向阀阀体内左、右两端电磁铁、分别设置于电磁铁端部且横向伸入所述阀体内的推杆、位于推杆之间的换向阀阀芯，所述阀芯两端分别经一复位弹簧与两推杆连接，电液换向阀的进油口P1一端位于换向阀阀体的中间且延伸至换向阀阀体内腔，另一端经一上下连通换向阀阀体上的流道n与所述流道b相连通；所述进油口P1左右两侧还对称设有一与所述换向阀阀体内腔连通的回油口T1和回油口T2；所述换向阀阀体上自左向右还间隔设有两个一端分别与所述B腔和A腔相连通的纵向通孔，所述纵向通孔另一端连通所述换向阀阀体内腔；所述阻尼孔e纵向设置于所述换向阀阀体且与所述流道n和流道b相连通。
进一步的，所述电磁铁和推杆之间还套接有一O型圈座。
进一步的，所述先导阀阀体的左端部还设有密封盖，所述密封盖与所述先导阀阀体左端面固定连接。
进一步的，所述先导阀阀座中部通孔自右向左延伸至所述阻尼孔c处，所述中部通孔的顶端呈锥形且与所述先导阀阀芯配合。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过所述电液换向阀来控制先导阀阀芯的轴向运动，解决了先导式溢流阀中弹簧刚度不足或者弹簧容易疲劳的问题。用A腔和B腔的压力差替代了原有的弹簧结构，不仅在响应速度上有所提升，而且也增加了调压范围。
利用所述电液换向阀的电磁铁产生的电磁力、弹簧力和液压力的共同作用来实现先导阀阀芯的轴向运动，使得整体溢流阀通过电液换向阀形成一个压力反馈的闭环回路，通过控制左右电磁力的大小来改善溢流阀的稳定性，从而使得控制更加精确。
先导阀和溢流阀采用分离式的，结构简单，安装方便，当先导阀阀芯与阀座出现磨损的情况时，不需要更换整个溢流阀。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的内部结构的示意图。
图2为本发明实施例的电液换向阀内部结构图。
图3为图2的C-C剖视图；
图4为本发明实施例的先导阀的结构图。
图5为本发明实施例的工作原理图。
图6为本发明的实施例的仿真效果图。
图中：1-溢流阀；10-主阀体；11-主阀座；12-主阀芯；13-弹簧；14-进油口P；15-出油孔T；2-先导阀；20-先导阀阀体；21-先导阀阀座；22-先导阀阀芯；220-凸肩；23-盖板；24-阻尼孔c；3-电液换向阀；30-换向阀阀体；31-换向阀阀芯；32-电磁铁；33-O型圈座；34-推杆；35-复位弹簧；36-进油口P1；37-回油口T1；38-回油口T2；39-阻尼孔e；4-流道a；5-流道b;6-流道n；7-阻尼孔g；8-阻尼孔f；9-纵向通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～6所示，一种电液比例溢流阀，包括一直动式的溢流阀1，所述溢流阀1上端紧密固定有一先导阀2，所述先导阀2包括一中部沿横向贯通的先导阀阀体20、分别紧密固定于先导阀阀体20左、右腔的先导阀阀座21和盖板23和位于所述先导阀阀座21和盖板23之间且沿先导阀阀体左、右腔横向滑动的先导阀阀芯22，所述先导阀阀芯22的一端呈锥形且与所述先导阀阀座21中部通孔紧密配合，另一端设有一凸肩220，所述凸肩220的左、右两侧分别与先导阀阀体右腔形成B腔和A腔；所述先导阀阀座21底端自左向右开设有一与所述先导阀阀座21中部通孔相连通阻尼孔c24；所述先导阀阀芯22经一位于先导阀2上端的电液换向阀3驱动；位于溢流阀1底部的进油口P14经一流道a4与先导阀阀体左腔相连通；所述先导阀阀体20上还开设有一与所述流道a4相连通的流道b5，所述流道b5与所述电液换向阀3的进油口P136相连通，所述电液换向阀3的内腔还与先导阀阀体右腔相连通；所述电液换向阀3的内腔右端还经一阻尼孔e39与所述流道b5相连通；所述先导阀阀座21中部通孔经一阻尼孔g7与所述溢流阀上腔相连通。
从上述可知，本发明的有益效果在于：先导阀阀芯22的凸肩220的左、右端面与先导阀阀体20形成B腔和A腔，先导阀阀芯22的左端位通过先导阀阀座21来限位，右端为通过盖板23来限位，盖板23与先导阀阀体20之间设置有密封圈，并且通过螺栓固定。通过所述电液换向阀3来控制先导阀阀芯22的轴向运动，解决了溢流阀中弹簧刚度不足或者弹簧容易疲劳的问题。用A腔和B腔的压力差替代了原有的弹簧结构，不仅在响应速度上有所提升，而且也增加了调压范围。
先导阀阀座21采用分离式锥阀座结构，使得磨损后能简单更换，而且安装方便，适合于高压、超高压的流体传动系统中。
在本实施例中，所述溢流阀1包括一中部沿纵向贯通的主阀体10，所述主阀体10内固定有一主阀座11，所述主阀座11上端面与所述主阀体10上端面平行；所述主阀座11内滑动套设有一主阀芯12，所述主阀芯12的下端呈锥形，且与所述阀座底部的锥形通孔紧密配合；所述主阀座11内腔经所述锥形通孔与位于主阀体10底部的进油口P14相连通，所述主阀体10一侧还横向开设有一出油口T15，所述出油口T15延伸至所述主阀座11内腔，所述主阀芯12的上端面与所述主阀座11的上端面之间固定连接有一弹簧13且形成所述溢流阀1上腔。
在本实施例中，所述出油口T15经一阻尼孔f8与先导阀阀体20左腔相连通。
在本实施例中，所述先导阀阀座21与所述先导阀阀体20过盈配合连接。
在本实施例中，所述流道a4包括一设置于主阀体10内的流道a1和与所述流道a1连通且设置于先导阀阀体20内的流道a2,所述流道a1与所述进油口P14连通，所述流道a2与所述先导阀阀体左腔和流道b5连通。
在本实施例中，所述电液换向阀3包括一中部横向贯通的换向阀阀体30、对称设置于所述换向阀阀体30内左、右两端电磁铁32、分别设置于电磁铁32端部且横向伸入所述阀体内的推杆34、位于推杆34之间的换向阀阀芯31，所述阀芯两端分别经一复位弹簧35与两推杆34连接，所述电液换向阀3的进油口P1的一端位于换向阀阀体30的中间且延伸至换向阀阀体内腔，另一端经一上下连通换向阀阀体30上的流道n6与所述流道b5相连通；所述进油口P136左右两侧还对称设有一与所述换向阀阀体30内腔连通的回油口T137和回油口T238；所述换向阀阀体30上自左向右还间隔设有两个一端分别与所述B腔和A腔相连通的纵向通孔9，所述纵向通孔9另一端连通所述换向阀阀体内腔；所述阻尼孔e39纵向设置于所述换向阀阀体30且与所述流道n6和流道b5相连通。
当换向阀阀芯31位于右位时，进油口P136与A腔连通，回油口T137和B腔连通，此时A腔的压力大于B强，先导阀2左移至闭合；当换向阀阀芯31位于左位时，进油口P136与B腔连通，回油口T238和A腔连通，此时B腔的压力大于A强，先导阀2右移开启；通过控制电液换向阀3的左、右两端电磁力、电液换向阀3阀芯右端的液压力和弹簧力的共同作用来实现电液换向阀3的左右换向功能。
在本实施例中，所述电磁铁32和推杆34之间还套接有一O型圈座33。
在本实施例中，所述先导阀阀体20的左端部还设有密封盖，所述密封盖与所述先导阀阀体20左端面固定连接。
在本实施例中，所述先导阀阀座21中部通孔自右向左延伸至所述阻尼孔c24处，所述中部通孔的顶端呈锥形且与所述先导阀阀芯22配合。
在本实施例中，所述凸肩220的高度等于先导阀阀体右腔的高度，且所述A腔的宽度大于等于所述B腔的宽度，使得先导阀2可以实现开启速度小于回位的速度，减小先导阀阀芯22和阀座之间的磨损。
下面通过本实施例的具体实施过程对本发明作进一步的解释说明。
具体实施过程：结合图1和图5，油液从进油口P14流进，其中一条油路经流道a4和流道b5与电液换向阀3的进油口P136连通，电液换向阀3右端油液由阻尼孔e39进入，直接作用在电液换向阀3的阀芯上右端；另外一条油路经阻尼孔c24流入先导阀阀体左腔,再经过g作用在主阀芯上腔。
电液换向阀3左端复位弹簧35产生的弹簧力为Fk1，右端复位弹簧35产生的弹簧力为Fk2，当油液压力小于开启压力时，右端电磁铁32产生的电磁力F2、油液经过阻尼孔e39作用在电液换向阀3阀芯的右端产生的液压力Fy和弹簧力的共同作用下比左端电磁铁32产生的电磁力F1与弹簧力Fk1的合力小，即F1+Fk1> F2+Fy+Fk2，换向阀阀芯31处于右位,先导阀2的A腔进油,B腔经回油口T1回油,在A腔和B腔压差的作用下先导阀阀芯22左移，使得先导阀阀芯22紧贴在先导阀阀座21上，先导阀2处于闭合状态。此时，进油口P14的油液流经阻尼孔c24和阻尼孔g7流入主阀上腔，由于先导阀2关闭，主阀芯上腔和主阀芯下腔（进油口P14内腔）压力相等，主阀芯12在弹簧13的作用下紧贴主阀座11，溢流阀1处于闭合状态，进油口P14与出油口T15不通，溢流阀1不能溢流。
当进油口P14油液的压力增加，油液经流道a4和流道b5进入换向阀阀芯31右端的液压力增大，当液压力、右端电磁铁32产生的电磁力F2和右端复位弹簧35产生的弹簧力Fk2共同作用力大于电磁铁32产生的电磁力F1与左端复位弹簧35的弹簧力Fk1总和时，即F1+Fk1<F2+Fy+Fk2，换向阀阀芯31左移，油液经贯穿电液换向阀3和先导阀2的纵向通孔9流入B腔，作用在先导阀阀芯22的凸肩220左端面，A液压油经换向阀流道回油口T2，在A腔和B腔的压力差作用下，先导阀阀芯22右移，先导阀2开启，先导阀阀体20左腔油液回油，先导阀2左腔压力下降，由先导阀2左腔经阻尼孔g作用在溢流阀上腔的油液压力降低，在主阀芯12上下表面压差作用下，当进油口压力P大于溢流阀上腔油液的压力和弹簧13的弹簧力的时候，主阀芯12上升，进油口P14与出油口T15相通，溢流阀1开启，系统溢流；当进油口P14压力逐渐下降，则作用在换向阀阀芯31左端面的液压力也减小，当液压力、左端电磁铁32产生的电磁力F1和复位弹簧35产生的弹簧力共同作用力小于右端电磁铁32产生的电磁力F2时，电液换向阀3阀芯右移，使得先导阀2控制A腔的压力大于B腔的压力，在压差作用下先导阀2逐渐关闭，主阀芯12也逐渐下降直到闭合，则系统不溢流。
图6所示的本发明的仿真效果图，给定前5s的200L/min的流量输入，后5s的流量为0L/min，电磁力为100N，其他参数按照额定流量200L/min、额定压力为18MPa设计。将固定阻尼孔R1直径的值分别设置为1.5mm、2.0mm、2.2mm，并通过AMESim软件仿真得出主阀口的压力曲线图，其中，1bar=0.1MPa。从图5可以看出，该溢流阀响应时间大约0.6s，固定阻尼孔径从1.5mm到2.2mm时，本发明溢流阀的溢流压力范围为41.5～85MPa。本发明溢流阀适用于高压、超高压的液压系统，工作稳定，性能良好。
综上所述，本发明提供的电液比例溢流阀通过电液换向阀来控制先导阀阀芯的轴向运动，用A腔和B腔替代了弹簧结构，克服了在高压大流量的工作情况下弹簧刚度不足的问题，不仅在响应速度上有所提升，而且增加了调压范围。通过控制左、右电磁力的大小来改善溢流阀的稳定性，从而使得控制更加精确。
本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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 (9)

1.一种电液比例溢流阀，包括一直动式的溢流阀，其特征在于：所述溢流阀上端紧密固定有一先导阀，所述先导阀包括一中部沿横向贯通的先导阀阀体、分别紧密固定于先导阀阀体左、右腔的先导阀阀座和盖板和位于所述先导阀阀座和盖板之间且沿先导阀阀体左、右腔横向滑动的先导阀阀芯，所述先导阀阀芯的一端呈锥形且与所述先导阀阀座中部通孔紧密配合，另一端设有一凸肩，所述凸肩的左、右两侧分别与先导阀阀体右腔形成B腔和A腔；所述先导阀阀座底端自左向右开设有一与所述先导阀阀座中部通孔相连通阻尼孔c；所述先导阀阀芯经一位于先导阀上端的电液换向阀驱动；位于溢流阀底部的进油口P经一流道a与先导阀阀体左腔相连通；所述先导阀阀体上还开设有一与所述流道a相连通的流道b，所述流道b与所述电液换向阀的进油口P1相连通，所述电液换向阀的内腔还与先导阀阀体右腔相连通；所述电液换向阀的内腔右端还经一阻尼孔e与所述流道b相连通；所述先导阀阀座中部通孔经一阻尼孔g与所述溢流阀上腔相连通。
2.根据权利要求1所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述溢流阀包括一中部沿纵向贯通的主阀体，所述主阀体内固定有一主阀座，所述主阀座上端面与所述主阀体上端面平行；所述主阀座内滑动套设有一主阀芯，所述主阀芯的下端呈锥形，且与所述阀座底部的锥形通孔紧密配合；所述主阀座内腔经所述锥形通孔与位于主阀体底部的进油口P相连通，所述主阀体一侧还横向开设有一出油口T，所述出油口T延伸至所述主阀座内腔，所述主阀芯的上端面与所述主阀座的上端面之间固定连接有一弹簧且形成所述溢流阀上腔。
3.根据权利要求2所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述出油T经一阻尼孔f与所述先导阀阀体内腔相连通。
4.根据权利要求2所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述先导阀阀座与所述先导阀阀体过盈配合连接。
5.根据权利要求2所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述流道a包括一设置于主阀体内的流道a1和与所述流道a1连通且设置于先导阀阀体内的流道a2,所述流道a1与所述进油口P连通，所述流道a2与所述先导阀阀体左腔和流道b连通。
6.根据权利要求1所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述电液换向阀包括一中部横向贯通的换向阀阀体、对称设置于所述换向阀阀体内左、右两端电磁铁、分别设置于电磁铁端部且横向伸入所述阀体内的推杆、位于推杆之间的换向阀阀芯，所述阀芯两端分别经一复位弹簧与两推杆连接，电液换向阀的进油口P1一端位于换向阀阀体的中间且延伸至换向阀阀体内腔，另一端经一上下连通换向阀阀体上的流道n与所述流道b相连通；所述进油口P1左右两侧还对称设有一与所述换向阀阀体内腔连通的回油口T1和回油口T2；所述换向阀阀体上自左向右还间隔设有两个一端分别与所述B腔和A腔相连通的纵向通孔，所述纵向通孔另一端连通所述换向阀阀体内腔；所述阻尼孔e纵向设置于所述换向阀阀体且与所述流道n和流道b相连通。
7.根据权利要求6所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述电磁铁和推杆之间还套接有一O型圈座。
8.根据权利要求1所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述先导阀阀体的左端部还设有密封盖，所述密封盖与所述先导阀阀体左端面固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种电液比例溢流阀，其特征在于：所述先导阀阀座中部通孔自右向左延伸至所述阻尼孔c处，所述中部通孔的顶端呈锥形且与所述先导阀阀芯配合。
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