CN105387015B - 节能液压阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能液压阀，包括主换向阀、可控顺序阀和防逆流保压阀；所述主换向阀包括常位、能量回收位和回收能量利用位三个工作位，并且主换向阀的工作油口连接执行装置，其他的压力油口分别连接油源装置、可控顺序阀和防逆流保压阀；所述可控顺序阀以及防逆流保压阀均以逻辑阀为基础单元，其中，所述可控顺序阀与油源装置的主油路并联，逆流保压阀与蓄能元件连接，可控顺序阀用于实现压力顺序功能及越权可控功能，防逆流保压阀用于实现常位保压功能及接通防逆流倒灌功能。主换向阀能根据外部输入指令接通或关闭相应油道，从而控制着能量的回收或利用。

Description

节能液压阀

技术领域

本发明涉及液压驱动的机械设备执行装置能量回收利用的液压阀，尤其涉及挖掘机执行装置等可实现能量回收利用的节能液压阀。

背景技术

工程机械和农业设备常采用流体传动来操作各种机械部件。例如，挖掘机是一种常用的工程机械，挖掘机悬臂常利用液压油作用在油缸上来实现其升降。液压油缸包括一个带有活塞的缸，该活塞在缸中划分出两个室，与活塞相连的杆连接到悬臂上，而油缸与挖掘机的主体相连，通过将杆从油缸中向外伸展以及将杆朝油缸中缩回实现支架的升高与降低；挖掘机作业时，例如悬臂、斗杆、铲斗及相应的油缸等执行装置的位置经常不断调整，特别是悬臂常处于从某一低位提升到某一高位，再从某一高位降到某一低位的循环运动过程之中，由于悬臂及作用在其上的斗杆、铲斗等质量较大，从能量转化原理来说，支架可以只在重力的作用下降低，而且若不提供下降的阻力，在下降过程中易出现失重现象。当动臂在下降时为了防止其失重，以往的解决方法是，维持液压油缸具有一定的背压，为此常在液流回流管道上设有节流装置，液压油通过节流装置后流回油箱，这样悬臂的能量转化成热能，被白白地浪费掉了，为了防止液压油的温度大幅度升高对系统带来的危害，还需设有散热装置。因此，需要找到一种有效控制装置来实现能量的回收和再利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种节约能源，降低液压油温升的增压式执行装置能量回收利用液压阀。

本发明采用如下技术方案实现：

一种节能液压阀，包括主换向阀1、可控顺序阀2和防逆流保压阀3；所述主换向阀1包括常位、能量回收位和回收能量利用位三个工作位，并且主换向阀1的工作油口连接执行装置，其他的压力油口分别连接油源装置4、可控顺序阀2和防逆流保压阀3；所述可控顺序阀2以及防逆流保压阀3均以逻辑阀为基础单元，其中，所述可控顺序阀2与油源装置的主油路并联，逆流保压阀3与蓄能元件5连接，可控顺序阀2用于实现压力顺序功能及越权可控功能，防逆流保压阀3用于实现常位保压功能及接通防逆流倒灌功能。

进一步的，所述可控顺序阀2包括第一先导控制阀2C、第一逻辑阀2D和第一先导顺序阀2E；所述第一逻辑阀2D的其中一个连接口引出连接到油源装置的主油路上，并从该主油路上引出信号油路连接至第一逻辑阀2D的信号口，另一连接口则连接至主换向阀1的压力油口；所述第一先导控制阀2C和第一先导顺序阀2E分别并联在第一逻辑阀2D的信号油路上。第一先导控制阀2C的先导控制信号口Kc无信号控制时，所述可控顺序阀2按压力顺序功能工作；第一先导控制阀2C的先导控制信号口Kc有信号作用时，所述可控顺序阀2按越权可控功能工作。

进一步的，所述第一逻辑阀2D的信号油路以及第一先导控制阀2C和第一先导顺序阀2E的连接油路上设有若干节阻2A，2B。

进一步的，所述防逆流保压阀3包括第二逻辑阀3A、先导单向阀3B和第二先导控制阀3C；所述第二逻辑阀3A的其中一个连接口与主换向阀1的压力油口连接，另一个连接口连接至蓄能元件5，第二逻辑阀3A的信号油路从可控顺序阀2连接的主换向阀压力油口引出；所述第二先导控制阀3C设置在第二逻辑阀3A的信号油路上，所述先导单向阀3B设置在该信号油路和蓄能元件连接的油路之间。

进一步的，所述第二先导控制阀3C采用与主换向阀1切换至回收能量利用位相同的换向控制信号。

在本发明中，所述主换向阀1为三位五通换向阀，其先导控制信号采用液压的和/或电的信号。

优选的，所述节能液压阀采用集成阀块的形式，相应外接油口包括油口P、油口ACC以及主换向阀的工作油口A、工作油口B和信号油口；所述油口P外接油源装置4，阀块内部与所述主换向阀1的压力油口P1直接连接，并通过所述可控顺序阀2与所述主换向阀1的压力油口P2间接连接，与主换向阀1的连接油路形成并联；所述油口ACC外接蓄能元件5，阀块内部通过所述防逆流保压阀3与所述主换向阀1的压力油口P3连接，所述第二先导控制阀3C所在的信号油路与所述主换向阀1的压力油口P2连接；所述主换向阀1的工作油口A、工作油口B分别与外部执行装置连接。

进一步的，所述执行装置为同步运动的液压油缸或液压马达。

本发明具有如下有益效果：本发明适用于工程机械及农业设备执行装置能量回收利用控制，特别是挖掘机类动臂能量回收利用控制，利用本发明即可把动臂下降能量转换而成的压力油充入外接的蓄能元件，又可把储存的压力油全部进行释放利用，协助举臂做功，从而减少原动机输入功率。此发明原理巧妙，结构简单，控制方便，性能可靠，在无需增加增压装置的情况下，即能实现能量的增压方式收集，又能实现蓄能元件内的热油冷却，这不仅能减小蓄能元件体积，而且能热少液压系统发热，节约能源，降低原动机排放。

附图说明

图1为实施例1中的节能液压阀连接示意图。

图2为实施例2中的节能液压阀连接示意图。

图3为逻辑阀的结构原理示意图。

1-主换向阀；

2-可控顺序，2A/2B-节阻，2C-第一控先导控制阀，2D-第一逻辑阀，2E-第一先导顺序阀；

3-防逆流保压阀，3A-第二逻辑阀，3B-先导单向阀，3C-第二先导控制阀；

4-油源装置；

5-蓄能元件；

6A/6B-液压油缸；

7A/7B-液压马达。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

参见图1，图示中的节能液压阀，包括主换向阀1、可控顺序阀2和防逆流保压阀3；所述主换向阀1包括常位、能量回收位和回收能量利用位三个工作位，并且主换向阀1的工作油口连接执行装置，本实施例中的执行装置为挖掘机动臂上的一对液压油缸6A、6B，其他的压力油口分别连接油源装置4、可控顺序阀2和防逆流保压阀3；所述可控顺序阀2以及防逆流保压阀3均以逻辑阀为基础单元，其中，所述可控顺序阀2与油源装置的主油路并联，逆流保压阀3与蓄能元件5连接，可控顺序阀2用于实现压力顺序功能及越权可控功能，防逆流保压阀3用于实现常位保压功能及接通防逆流倒灌功能。

具体的，主换向阀1包括可在高压力下工作的五个油口P1/P2/P3/A/B及两个换向先导控制信号口Ka/Kb,两个换向先导控制信号口Ka/Kb都无信号作用时，主换向阀1工作在常位,工作油口P1/A/B互通,工作油口P2/P3关闭；换向先导控制信号口Kb有信号作用时，主换向阀1工作在能量回收位，工作油口P1/B、工作油口P3/A各自接通，压力油口P2关闭；换向先导控制信号口Ka有信号作用时，主换向阀1工作在回收能量利用位，工作油口P1/A、工作油口P2/P3/B各自接通。

可控顺序阀2包括节阻2A/2B、第一先导控制阀2C、第一逻辑阀2D、第一先导顺序阀2E，第一先导控制阀2C的先导控制信号口Kc无信号控制时，可控顺序阀2按压力顺序功能工作；第一先导控制阀2C的先导控制信号口Kc有信号作用时，可控顺序阀2按越权可控功能工作。

防逆流保压阀3包括第二逻辑阀3A、先导单向阀3B、第二先导控制阀3C，第二先导控制阀3C的先导控制信号口与主换向阀1的先导控制信号口Ka连接，受同一信号作用。

先导控制信号口Ka/Kb/Kc可作用液压的和/或电的信号。

相应油口油道连接包括连接外部油源装置的油口P与主换向阀1的压力油口P1直接连接及通过可控顺序阀2与主换向阀1的压力油口P2间接连接，连接外接蓄能元件的油口ACC通过防逆流保压阀3与主换向阀1的压力油口P3间接连接，第二先导控制阀3C与主换向阀1的压力油口P2直接连接，主换向阀1的工作油口A,B分别与外部执行装置的液压油缸6A/6B的对应油口连接。

本实施例中的可控顺序阀2和防逆流保压阀3均以逻辑阀为基础单元，结合参见图3，在介绍实施例的原理示意图前先以防逆流保压阀3中的第二逻辑阀3A为例具体说明逻辑阀的工作原理，逻辑阀被可动阀芯分隔成上中下三腔，上腔内设有复位弹簧及油口Ⅲ，中腔两侧设有常通油口Ⅱ，下腔设有油口Ⅰ，上腔与中小两腔不直通，中腔与小腔关断时两腔油不会相互内泄。设阀芯上腔作用面积为A3，压力为Pa，弹簧力为F，中腔的环形作用面积为A2，压力为Pb，下腔作用面积为A1，压力为Pc，且有A1+A2＝A3，在计量单位统一的情况下，当上腔阀芯向下作用力A3·Pa+F小于中下腔向上作用力A2·Pb+A1·Pc时，中小腔接通，反之不通，因而只需控制上腔的压力就可控制中小腔的通断；在本实施例中，可控顺序阀2中的对于第一逻辑阀2D是采用A2＝0，A1＝A3的一种特例，其工作原理与第二逻辑阀3A一样。

实施例2

参见图2，本实施例中的外部执行装置为卷扬机构的一对同步液压马达7A、7B。

下面结合实施例1和实施例2对节能液压阀的工作过程进行阐述。

非节能方式。

参见图1、图2，换向先导控制信号口Ka/Kb无信号作用时，主换向阀1不换向，工作在常位，这时工作油口P1/A/B互通,工作油口P2/P3关闭，液压系统以非节能方式工作,这种方式主要在节能方式油路元件发生故障的情况下开启，保证机器工作。其工作过程如下：

举升操作过程：举升操作时，油口P与外部油源装置的压力油源接通，外部压力油从油口P进入压力油口P1，然后一分为二通过工作油口A/B分别进入外部执行装置的两液压油缸6A/6B或两液压马达7A/7B对应油口，推动两液压油缸6A/6B或两液压马达7A/7B进行负载举升作业,如负载产生的压力大于第一先导顺序阀2E设定压力，这时外部油源装置的压力油会打开第一逻辑阀2D进入压力油口P2，但由于有先导单向阀3B的作用，外部油源装置的压力油不会通过先导单向阀3B充入蓄能元件，不会影响举升作业。

下降操作过程：下降操作时，油口P与外部油源装置的回油流道节流接通，作用在外部执行装置两液压油缸6A/6B或两液压马达7A/7B上的平衡负载压力油通过主换向阀的工作油口A/B汇合后进入其压力油口P1，然后再从油口P流入外部油源装置的回油流道，在外部油源装置回油流道的节流作用下，外部执行装置可带动负载进行可控速度下降。

无操作过程：不操作时，外部油源装置封住油口P的进出油道，这时外部压力油既不能从油口P流入，又不能让外部执行装置的两液压油缸6A/6B或两液压马达7A/7B内平衡负载压力油从油口P流出，因而外部执行装置及负载处于锁止状态。

节能方式：

节能方式分能量回收方式和回收能量利用方式，其工作过程如下：

能量回收方式：下降操作时，换向先导控制信号口Kb受信号作用，油口P与外部油源装置的回油流道接通，主换向阀1工作在能量回收位，这时外部执行装置的液压油缸6A或液压马达7A变为能量回收缸或马达，外部执行装置的液压油缸6B或液压马达7B变为辅助下降缸或马达，辅助下降缸或马达的回油通过工作油口B、工作油口P1及油口P流入外部油源装置的回油流道，能量回收缸或马达的回油通过工作油口A、工作油口P3及油口ACC充入外接蓄能元件，由于下降操作外部油源装置的回油流道对辅助下降缸或马达的回油节流作用很弱，背压小，而能量回收缸或马达与充有一定气体压力的蓄能元件连接，因而回油背压主要由蓄能元件产生，能量回收缸或马达平衡负载的压力油压缩蓄能元件内的气体而存储能量，这为节能举升准备能量了条件。

回收能量利用方式：举升操作时，换向先导控制信号口Ka受信号作用，油口P与外部油源装置的压力油接通，主换向阀1工作在回收能量利用位，这时外部油源装置的压力油通过油口P、压力油口P1、油口A进入外部执行装置的液压油缸6A或液压马达7A，同时，防逆流保压阀3的第二先导控制阀3C的先导控制信号口也受同一信号作用，第二先导控制阀3C从左位换入右位，工作油口P2，P3，B与第二逻辑阀3A上腔互通，这时根据负载大小第二逻辑阀3A工作有两种状态：

1、外接蓄能元件压力油压力大于负载产生的压力：由于第二逻辑阀3A上腔的工作压力取自负载产生的压力，即负载产生的压力Pa<蓄能元件压力油压力Pb,根据第二逻辑阀3A的工作原理，这时第二逻辑阀3A能让外接蓄能元件的压力油从油口ACC、第二逻辑阀3A、压力油口P3、工作油口B进入外部执行装置的液压油缸6B或液压马达7B，反之不能，因而由于有蓄能元件压力油的辅助举升做功，在举升相同负载时，外部油源装置的压力油流量节省一半，进而减少原动机的输出功率而节能。在上述举升过程中，如果外接蓄能元件压力油压力大于外部油源装置举升作业时压力油压力，则由于第一逻辑阀2D的防逆流作用，蓄能元件压力油不会通过第一逻辑阀2D通入压力油口P1。

2、外接蓄能元件压力油压力小于或等于负载产生的压力：由于第二逻辑阀3A上腔的工作压力取自负载产生的压力，即负载产生的压力Pa≥蓄能元件压力油压力Pb,根据第二逻辑阀3A的工作原理，外接蓄能元件的压力油不能通过第二逻辑阀3A进行辅助做功，但这时负载压力会大于第一先导顺序阀2E设定压力而打开第一先导顺序阀2E，这时液阻2A,2B构成的液桥会在第一逻辑阀2D上产生上腔小于下腔的压差而打开第一逻辑阀2D，外部油源装置的压力油通过油口P、第一逻辑阀2D、压力油口P2、工作油口B进入外部执行装置的液压油缸6B或液压马达7B，因而全部由外部油源装置供油进行无节能举升做功。此过程中，由于有第二逻辑阀3A防逆流作用，外部油源装置的压力油不能通过压力油口P3充入外接蓄能元件，不会影响外部油源装置供油作业。此种工况主要用于偶尔需要高压举升负载的情况。

第一先导控制阀2C主要用在外接蓄能元件储存的压力油不够满足节能举升循环时的情况开启，让第一逻辑阀2D打开，负载举升全部由外部油源装置供油。

从上述可以看出，在节能方式下，外部油源装置的压力油、蓄能元件与外部执行装置的两液压油缸6A/6B或两液压马达7A/7B在举升下降时自动实现主油道交换接通，从而实现蓄能元件内的油液更换冷却，此外，与非节能方式相比，节能方式下降时平衡负载的蓄能元件产生的背压是非节能方式下背压的两倍，从而可以选择体积更小的蓄能元件，举升时回收能量利用效果更好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种节能液压阀，其特征在于：包括主换向阀(1)、可控顺序阀(2)和防逆流保压阀(3)；

所述主换向阀(1)包括常位、能量回收位和回收能量利用位三个工作位，并且主换向阀(1)的工作油口连接执行装置，其他的压力油口分别连接油源装置(4)、可控顺序阀(2)和防逆流保压阀(3)；所述主换向阀(1)具有两个换向先导控制信号口；

所述可控顺序阀(2)以及防逆流保压阀(3)均以逻辑阀为基础单元，其中，所述可控顺序阀(2)与油源装置的主油路并联，逆流保压阀(3)与蓄能元件(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能液压阀，所述可控顺序阀(2)包括第一先导控制阀(2C)、第一逻辑阀(2D)和第一先导顺序阀(2E)；

所述第一逻辑阀(2D)的其中一个连接口引出连接到油源装置的主油路上，并从该主油路上引出信号油路连接至第一逻辑阀(2D)的信号口，另一连接口则连接至主换向阀(1)的压力油口；

所述第一先导控制阀(2C)和第一先导顺序阀(2E)分别并联在第一逻辑阀(2D)的信号油路上。

3.根据权利要求2所述的一种节能液压阀，所述第一逻辑阀(2D)的信号油路以及第一先导控制阀(2C)和第一先导顺序阀(2E)的连接油路上设有若干节阻(2A，2B)。

4.根据权利要求3所述的一种节能液压阀，所述防逆流保压阀(3)包括第二逻辑阀(3A)、先导单向阀(3B)和第二先导控制阀(3C)；

所述第二逻辑阀(3A)的其中一个连接口与主换向阀(1)的压力油口连接，另一个连接口连接至蓄能元件(5)，第二逻辑阀(3A)的信号油路从可控顺序阀(2)连接的主换向阀压力油口引出；

所述第二先导控制阀(3C)设置在第二逻辑阀(3A)的信号油路上，所述先导单向阀(3B)设置在该信号油路和蓄能元件连接的油路之间。

5.根据权利要求4所述的一种节能液压阀，所述第二先导控制阀(3C)采用与主换向阀(1)切换至回收能量利用位相同的换向控制信号。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种节能液压阀，所述主换向阀(1)为三位五通换向阀，其先导控制信号采用液压的和/或电的信号。

7.根据权利要求4所述的一种节能液压阀，所述节能液压阀采用集成阀块的形式，相应外接油口包括油口P、油口ACC以及主换向阀的工作油口A、工作油口B和信号油口；

所述油口P外接油源装置(4)，阀块内部与所述主换向阀(1)的压力油口P1直接连接，并通过所述可控顺序阀(2)与所述主换向阀(1)的压力油口P2间接连接，与主换向阀(1)的连接油路形成并联；

所述油口ACC外接蓄能元件(5)，阀块内部通过所述防逆流保压阀(3)与所述主换向阀(1)的压力油口P3连接，所述第二先导控制阀(3C)所在的信号油路与所述主换向阀(1)的压力油口P2连接；

所述主换向阀(1)的工作油口A、工作油口B分别与外部执行装置连接。

8.根据权利要求7所述的一种节能液压阀，所述执行装置为同步运动的液压油缸或同步运动的液压马达。