CN105221506A - 一种负载敏感阀及负载敏感液压系统 - Google Patents
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Abstract
一种负载敏感阀，包括比例换向阀、压力补偿阀、使能换向阀，压力补偿阀的出油口与比例换向阀的进油口连通，其弹簧腔通过阀后压力检测油路与比例换向阀的阀后压力口连通，其负载反馈油路上设有节流子；使能换向阀进油口与压力补偿阀的负载反馈油路连通；一种单负载敏感液压系统，负载敏感阀的进油口通过负载敏感泵与油箱连通，所述负载敏感阀的电控口与控制器电连接；一种多负载敏感液压系统，每个负载执行单元中的负载敏感阀的进油口均通过负载敏感泵与油箱连通，每个负载执行单元中的负载敏感阀的电控口均与控制器电连接，各个负载敏感阀的压力检测口通过梭阀连通。本发明能使在系统中仅有一个执行机构工作的工况下减少能量的损失。
Description
技术领域
本发明涉及液压系统控制技术领域，具体涉及一种负载敏感阀及负载敏感液压系统。
背景技术
常规的负载敏感阀主要由一个比例换向阀和压力补偿阀组成。比例换向阀可以根据控制器的电信号控制油液方向和阀口的开度大小。压力补偿阀的本质是一个定差减压阀。压力补偿阀左侧有弹簧，还作用有通过油路比例换向阀的主工作油路反馈回来的比例换向阀的阀后的负载压力信号P2，右侧作用有通过负载反馈油路反馈回来比例换向阀的阀前的压力信号P1。当压力补偿阀处于平衡位置工作时，使比例换向阀前后的压力差△P＝P1-P2与弹簧力平衡，即该压力差基本恒定。根据液压阀口的流量公式Q是通过阀口的流量，C是常数，A是阀口的开度大小，△P是阀口前后的压力差。因此，通过比例换向阀的流量就仅取决于其阀口开度的大小，而与其对应执行元件的负载大小无关。通过压力补偿阀的作用，使得负载敏感系统解决了多个执行机构在同时工作时的互相干扰问题。
但是，液压系统并不是一直工作在多个执行机构同时工作的情况下。很多工况下，液压系统仅有一个执行机构在工作。这时，负载敏感阀中的压力补偿阀与泵上的流量控制阀在功能上就重复了。这是因为这时只需要一个流量控制阀起作用，通过阀口的流量仍然正比于阀口开度的大小。这样，压力补偿阀的存在就造成了能量的浪费。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种负载敏感阀、单负载敏感液压系统及多负载敏感液压系统，该单负载敏感阀具较强的通用性，其在单负载液压系统或多负载液压系统中均能有效地减少能量的损失，该单负载敏感液压系统能在只有一个执行机构工作的工况下有效地减少能量的损失，该多负载敏感液压系统能在多个执行机构共同工作时或仅有一个执行机构单独工作时均具有良好的节能效果。
为了实现上述目的，本发明提供一种负载敏感阀，负载敏感阀包括比例换向阀、压力补偿阀、使能换向阀，
所述比例换向阀为电磁比例换向阀，其上设有阀后压力口，比例换向阀工作在左位或右位时，其进油口均与其阀后压力口连通，比例换向阀工作中位时，其阀后压力口与其回油口连通；所述比例换向阀的两个工作油口作为负载敏感阀的两个工作油口；比例换向阀的阀后压力口作为负载敏感阀的压力检测口；所述比例换向阀的左位电控口、右位电控口分别作为负载敏感阀的第一电控口、第二电控口；
所述压力补偿阀的出油口与比例换向阀的进油口连通，其弹簧腔通过阀后压力检测油路与比例换向阀的阀后压力口连通，其负载反馈油路上设有节流子；压力补偿阀的进油口作为负载敏感阀的进油口；
所述使能换向阀为电磁换向阀，其进油口与压力补偿阀的负载反馈油路连通；所述使能换向阀的电控口作为负载敏感阀的第三电控口。
一种单负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵、负载执行单元、控制器，所述负载执行单元包括一个负载敏感阀和一个液压缸，所述负载敏感阀的两个工作油口分别与液压缸的两个工作油口连通，所述负载敏感阀的进油口通过负载敏感泵与油箱连通，所述负载敏感阀的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器电连接，所述负载敏感泵中内置有流量控制阀，该流量控制阀的控制口与负载敏感阀的压力检测口连通。
一种多负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵、至少两个负载执行单元、控制器，每个负载执行单元包括一个负载敏感阀和一个液压缸，所述负载敏感阀的两个工作油口分别与液压缸的两个工作油口连通；每个负载执行单元中的负载敏感阀的进油口均通过负载敏感泵与油箱连通，每个负载执行单元中的负载敏感阀的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器电连接，各个负载执行单元中的负载敏感阀的压力检测口通过梭阀连通，所述负载敏感泵中内置有流量控制阀，该流量控制阀的控制口与梭阀的输出口连通。
本发明中的负载敏感阀通用性较强，不仅能应用于单个执行机构的液压系统中，也能应用于多个执行机构的液压系统中，且都能达到良好的节能效果；在有多个执行机构同时工作时，采用本发明中的负载敏感阀的系统为多负载敏感系统，该系统能够保证各个执行机构互不干扰的完成指定动作，避免了不同负载的影响；在仅有一个执行机构动作时，采用本发明中的负载敏感阀的系统为单负载敏感系统，该系统中因为减少了组成负载敏感阀的压力补偿阀的节流损失，因此提升了节能效果。同时，对于同样开度大小的比例换向阀，使用流量控制阀进行压力补偿要比使用压力补偿阀进行补偿通过更多的流量。
附图说明
图1是负载敏感阀的液压原理图；
图2是单负载敏感液压系统的原理图；
图3是多负载敏感液压系统的原理图。
图中：1、比例换向阀，2、压力补偿阀，3、使能换向阀，4、阀后压力口，5、阀后压力检测油路，6、节流子，7、负载反馈油路，8、控制器，9、液压缸，10、负载敏感泵，11、梭阀,12、负载敏感阀，13、流量控制阀，14、变量控制油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种负载敏感阀12，负载敏感阀12包括比例换向阀1、压力补偿阀2、使能换向阀3，
所述比例换向阀1为电磁比例换向阀，其上设有阀后压力口4，比例换向阀1工作在左位或右位时，其进油口均与其阀后压力口4连通，比例换向阀1工作中位时，其阀后压力口4与其回油口连通；所述比例换向阀1的两个工作油口作为负载敏感阀12的两个工作油口；比例换向阀1的阀后压力口4作为负载敏感阀12的压力检测口；所述比例换向阀1的左位电控口、右位电控口分别作为负载敏感阀的第一电控口、第二电控口；
所述压力补偿阀2的出油口与比例换向阀1的进油口连通，其弹簧腔通过阀后压力检测油路5与比例换向阀1的阀后压力口4连通，其负载反馈油路7上设有节流子6；压力补偿阀2的进油口作为负载敏感阀12的进油口；
所述使能换向阀3为电磁换向阀，其进油口与压力补偿阀2的负载反馈油路连通；所述使能换向阀3的电控口作为负载敏感阀12的第三电控口。使能换向阀3为二位二通电磁换向阀，其左工作位时，进油口与出油口连通，其右工作位时，进油口与出油口断开。
如图2所示，一种单负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵10、负载执行单元、控制器8，所述负载执行单元包括一个负载敏感阀12和一个液压缸9，所述负载敏感阀12的两个工作油口分别与液压缸9的两个工作油口连通，所述负载敏感阀12的进油口通过负载敏感泵10与油箱连通，所述负载敏感阀12的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器8电连接，控制器8可以控制与其连接的负载敏感阀12的供油方向和供油流量，进而控制与负载敏感阀12连接的液压缸9的运动方向和速度，所述负载敏感泵10中内置有流量控制阀13，该流量控制阀13的控制口与负载敏感阀12的压力检测口连通，流量控制阀13的就可以根据负载敏感阀12的压力检测口的压力的不同来调节负载敏感泵10的工作状态，其中梭阀11将两个负载敏感阀12的负载压力信号进行比较，将其中较大的压力信号传递到负载敏感泵2中内置的流量控制阀控制口。
单负载敏感阀液压系统工作原理：控制器8控制负载敏感阀12中的比例换向阀1打开合适的开口度，同时，控制器8给负载敏感阀12中的使能换向阀3发送控制信号，使其工作在左位。此时，负载压力信号通过阀后压力检测油路5作用在压力补偿阀2的左侧(弹簧腔)，比例换向阀1的进油油路压力信号通过负载反馈油路7经节流子6作用在压力补偿阀的右侧，由于此时使能换向阀3打开，所以使能换向阀3将压力补偿阀2的右侧卸荷，即将经过节流子6的负载反馈压力卸荷，压力补偿阀2在左侧的压力信号和弹簧的作用下一直处于左位工作，即无节流作用，此时，只有比例换向阀1起节流作用。节流子6可以使由比例换向阀1的进油油路上的油液只有一个很小的流量分流出，因此可保证比例换向阀1的正常工作。同时，负载压力信号也通过油路反馈至负载敏感泵10中流量控制阀13的控制口(该流量控制阀13的控制口位于流量控制阀13的右侧弹簧腔，该流量控制阀13的左侧还具有左侧控制口，该左侧控制口分别与流量控制阀13的进油口P、油泵的出油油路、控制油泵输出油量多少的变量控制油缸14的有杆腔连通，该流量控制阀13的的工作油口A与变量控制油缸14的无杆腔连通，此时，负载压力信号和弹簧腔中的弹簧同时作用在流量控制阀13的右侧，流量控制阀13的左侧作用有油泵的出油油路的油液压力，当流量控制阀13左侧的压力和右侧的压力平衡时，流量控制阀13工作在平衡位置。此时，油泵出油油路的压力刚好比负载压力高出一个定值，这个定值由弹簧的弹力设定。流量控制阀13稳定工作在某一位置下，油泵的排量大小与系统中的负载敏感阀12的开口总面积成正比，流量控制阀13设定的压差完全作用在比例换向阀1内的节流阀口上，根据液压阀口的流量公式，通过比例换向阀13的流量就仅取决于其阀口开度的大小，也就是控制器8给出的信号大小，而与包括其执行元件的负载大小在内的其他因素无关。当比例换向阀1的阀口受控制器8的信号控制发生变化时，油泵的排量也会做出相应的调整。具体的变量过程如下：
A、排量变大的变化过程。当系统中负载敏感阀12的控制信号变大时，其开口面积增大。此时负载并未发生变化，故流量控制阀13右侧的作用力没有发生改变。负载敏感阀12的开口面积增大而油泵的流量没有发生变化，故其压力损失变小，故油泵出口的压力降低。流量控制阀13的阀芯在右侧负载压力和弹簧弹力的合力的作用下向左运动，其进油口P与工作油口A之间油路逐渐关闭，其工作油口A与回油口T逐渐打开。变量控制油缸14右侧的无杆腔中的部分油液通过流量控制阀13的工作油口A到回油口T，流入油泵的壳体，最后，经泄露油口L回油箱。变量控制油缸14在其左侧复位弹簧的作用下向右移动，油泵的排量逐渐变大。与此同时，油泵输出的流量增大，通过比例换向阀1的流量增大，其阀口的压力损失也增大，故油泵出口的压力逐渐升高。流量控制阀13的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的工作油口A到回油口T之间油路逐渐关小，直到变量控制油缸14稳定在一个固定位置，流量控制阀13达到新的平衡位置。此时，油泵的排量也就稳定了。这就是油泵的排量随着控制信号增大而增大的过程。
B、排量变小的变化过程。当系统中负载敏感阀12的控制信号变小时，其开口面积减小。此时负载并未发生变化，故流量控制阀13右侧的作用力没有发生改变，负载敏感阀12阀的开口面积减小而油泵的流量没有发生变化，所以其压力损失增大，故油泵出油油路的压力升高。流量控制阀13的阀芯在左侧泵的出口压力的作用下向右运动，流量控制阀13的进油口P与工作油口A之间的油路逐渐打开，其工作油口A与回油口T之间的油路逐渐关闭。油泵出口的高压油液通过流量控制阀13的进油口到工作油口A流出，进入变量控制油缸14右侧的腔体，从而压缩变量控制油缸14右侧的复位弹簧向左移动，油泵的排量逐渐减小。与此同时，油泵输出的流量减小，通过负载敏感阀12的流量减小，其阀口的压力损失也减小，故油泵出口的压力逐渐降低。流量控制阀13的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的进油口P到工作油口A逐渐关小，直到变量控制油缸14稳定在一个固定位置，流量控制阀13达到新的平衡位置。此时，泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号减小而减小的过程。
通过以上的分析可知，此时系统能够自动使泵的输出流量大小与负载敏感阀12的比例换向阀1的开口大小相适应。这样，就可以使得各个执行元件的速度只与相应的负载敏感阀12的开口有关，而不受其他执行元件负载的影响。
同时，因为压力补偿阀2的设定压力差△P小于流量控制阀13设定的压力差△P’，对于同样开度大小的比例换向阀1，使用流量控制阀13进行压力补偿要比使用压力补偿阀2进行补偿通过更多的流量。
如图3所示，一种多负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵10、至少两个负载执行单元、控制器8，每个负载执行单元包括一个负载敏感阀12和一个液压缸9，所述负载敏感阀12的两个工作油口分别与液压缸9的两个工作油口连通；每个负载执行单元中的负载敏感阀12的进油口均通过负载敏感泵10与油箱连通，每个负载执行单元中的负载敏感阀12的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器8电连接，控制器8可以控制与其连接的负载敏感阀12的供油方向和供油流量，进而控制与负载敏感阀12连接的液压缸9的运动方向和速度，各个负载执行单元中的负载敏感阀12的压力检测口通过梭阀11连通，所述负载敏感泵10中内置有流量控制阀13，该流量控制阀13的控制口与梭阀11的输出口连通，流量控制阀13的就可以根据负载敏感阀12的压力检测口的压力的不同来调节负载敏感泵10的工作状态。
当多个执行机构同时工作时的工作原理：控制器8不对使能换向阀3输出任何控制信号，此时，本发明中的负载敏感阀12中只有比例换阀1和压力补偿阀2工作，其中的使能换向阀3始终工作在右位，使能换向阀3的进油口与出油口之间的油路始终断开，此时，多负载敏感液压系统中的负载敏感阀12与传统的负载敏感阀的工作原理一致，多个执行机构中的负载敏感阀12的压力检测口通过梭阀11连通(如果执行机构的数量大于两个，各执行机构中的负载敏感阀12的压力检测口通过梭阀网络相连，上一级的梭阀的输出作为下一级梭阀的输入，最后一级的梭阀的输出口与流量控制阀13的控制口连通)，梭阀11的输出口与流量控制阀13的控制口(右侧弹簧腔)连通。A：当需要某一执行机构速度提高时，控制器8向对应执行机构中的负载敏感阀12中的比例换向阀1的电控口发出变大的控制信号，控制比例换向阀1的阀的开口面积增大，此时，负载未发生变化，所以比例换向阀1的阀后压力口4的压力不变，而压力补偿阀2的负载反馈油路7的压力减小，所以压力补偿阀2左侧的压力信号和弹簧的合力大于负载反馈油路7的负载压力，压力补偿阀2的阀芯向右运动，其阀口面积将增大，该压力补偿阀2节流作用减小。同时，梭阀11保持之前的状态，将两个负载当中负载压力较大的信号输出，该梭阀11的输出端负载压力信号不发生变化，此时，由于油泵出油口的压力减小，流量控制阀13的阀芯将向左侧运动，其工作在右位，该阀的进油口P与工作油口A之间的油路逐渐关闭，工作油口A与回油口T之间的油路逐渐打开。变量控制油缸14右侧的腔体中的部分油液通过流量控制阀13的工作油到回油口，流入泵的壳体，最后，经泄露油口L回油箱。变量控制油缸14在左侧复位弹簧的作用下向右移动，油泵的排量逐渐变大。与此同时，油泵输出的流量增大，这样需要提供更大速度所在的执行机构中的比例换向阀1的流量就相应地增大，其阀口的压力损失也增大，故油泵出口的压力逐渐升高。流量控制阀13的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的工作油口A到回油口T之间的油路逐渐关小，直到变量控制油缸14稳定在一个固定位置，流量控制阀13达到新的平衡位置。此时，油泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号增大而增大的过程。B、当需要某一执行机构速度降低时，控制器8向对应执行机构中的负载敏感阀12中的比例换向阀1的电控口发出变小的控制信号，控制比例换向阀1的阀的开口面积减小，此时，由于负载未发生变化，对应执行机构中的比例换向阀1的阀后压力口4的压力不变，而对应执行机构中的压力补偿阀2的负载反馈油路7的压力变大，该负载反馈油路7的负载压力大于阀后压力检测油路5和弹簧的共同合力，所以对应执行机构中的压力补偿阀2的阀芯在负载反馈油路7的作用下向左运动，使压力补偿阀2的阀口面积减小，该压力补偿阀2节流作用增强，而此时油泵出口的压力增大，与此同时，梭阀11保持之前的状态，仍将两个负载当中负载压力较大的信号输出，该梭阀11的输出端负载压力信号不发生变化，流量控制阀13的左侧作用有油泵的出油油路的油液压力，使流量控制阀13的阀芯向右运动，该阀的进油口P与工作油口A之间的油路逐渐打开，其工作油口A与回油口T之间的油路逐渐关闭。油泵出油口的部分高压油液经流量控制阀13的进油口P、工作油口A进入变量控制油缸14的右侧无杆腔，变量控制油缸14在右侧无杆腔新进油液的作用下向左移动，油泵的排量逐渐变小。与此同时，油泵输出的流量减小，这样需要提供较小速度所在的执行机构中的比例换向阀1的流量就相应地减小，其阀口的压力损失也减小，故油泵出口的压力逐渐降低。流量控制阀13的阀芯受力逐渐平衡，朝着平衡位置移动，阀的进油口P到工作油口A之间的油路逐渐关小，直到变量控制油缸14稳定在一个固定位置，流量控制阀13达到新的平衡位置。此时，油泵的排量也就稳定了。这就是泵的排量随着控制信号变小而变小的过程。
Claims (3)
1.一种负载敏感阀(12)，负载敏感阀(12)包括比例换向阀(1)和压力补偿阀(2)，其特征在于，还包括使能换向阀(3)，
所述比例换向阀(1)为电磁比例换向阀，其上设有阀后压力口(4)，比例换向阀(1)工作在左位或右位时，其进油口均与其阀后压力口(4)连通，比例换向阀(1)工作中位时，其阀后压力口(4)与其回油口连通；所述比例换向阀(1)的两个工作油口作为负载敏感阀(12)的两个工作油口；比例换向阀(1)的阀后压力口(4)作为负载敏感阀(12)的压力检测口；所述比例换向阀(1)的左位电控口、右位电控口分别作为负载敏感阀的第一电控口、第二电控口；
所述压力补偿阀(2)的出油口与比例换向阀(1)的进油口连通，其弹簧腔通过阀后压力检测油路(5)与比例换向阀(1)的阀后压力口(4)连通，其负载反馈油路(7)上设有节流子(6)；压力补偿阀(2)的进油口作为负载敏感阀(12)的进油口；
所述使能换向阀(3)为电磁换向阀，其进油口与压力补偿阀(2)的负载反馈油路连通；所述使能换向阀(3)的电控口作为负载敏感阀(12)的第三电控口。
2.一种应用权利要求1所述的负载敏感阀(12)的单负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵(10)、负载执行单元、控制器(8)，其特征在于，所述负载执行单元包括一个负载敏感阀(12)和一个液压缸(9)，所述负载敏感阀(12)的两个工作油口分别与液压缸(9)的两个工作油口连通，所述负载敏感阀(12)的进油口通过负载敏感泵(10)与油箱连通，所述负载敏感阀(12)的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器(8)电连接，所述负载敏感泵(10)中内置有流量控制阀(13)，该流量控制阀(13)的控制口与负载敏感阀(12)的压力检测口连通。
3.一种应用权利要求1所述的负载敏感阀(12)的多负载敏感液压系统，包括油箱、负载敏感泵(10)、至少两个负载执行单元、控制器(8)，其特征在于，每个负载执行单元包括一个负载敏感阀(12)和一个液压缸(9)，所述负载敏感阀(12)的两个工作油口分别与液压缸(9)的两个工作油口连通；每个负载执行单元中的负载敏感阀(12)的进油口均通过负载敏感泵(10)与油箱连通，每个负载执行单元中的负载敏感阀(12)的第一电控口、第二电控口和第三电控口均与所述控制器(8)电连接，各个负载执行单元中的负载敏感阀(12)的压力检测口通过梭阀(11)连通，所述负载敏感泵(10)中内置有流量控制阀(13)，该流量控制阀(13)的控制口与梭阀(11)的输出口连通。
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